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什么是全固态电池?

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全固态电池不使用传统锂离子电池中的液态电解液,而是通过固体电解质传导离子。它有望降低起火和漏液风险,并提高高温环境下的可靠性。

结构与工作原理

全固态电池仍由正极、负极和电解质组成。充电时锂离子由正极移动到负极,放电时返回正极;与液态电池的主要区别在于离子通道和隔离结构均由固体材料实现。

主要类型

块体型使用较厚电极和固体电解质,适合追求容量与输出的车辆和工业设备;薄膜型通过沉积工艺形成微小电池,适合传感器、医疗设备和微型电子产品。

固体电解质材料

主要候选包括硫化物、氧化物和聚合物。硫化物离子电导率高且易于压合,但需注意水分和气体;氧化物稳定性较好但界面接触较难;聚合物便于加工,但常需改善室温导电性。

优点

固体电解质不可燃或难燃,可提高安全性。材料选择范围扩大后,还有望实现高能量密度、快速充电、宽温度工作范围和较长寿命。

课题

固体与固体之间难以保持均匀接触,充放电引起的体积变化会增加界面电阻和裂纹。量产还需解决材料成本、低水分制造、加压、成品率和大型电池一致性。

应用与展望

应用方向包括EV、航空航天、工业设备、储能和消费电子。实用化需要把单体材料性能转化为可长期循环、可制造且成本合理的电池系统。