全固態(tài)鋰電池：可靠的安全衛(wèi)士
電動汽車自燃、手機電池爆炸……隨著鋰離子電池的大規(guī)模民用，關于電池安全事故的新聞不絕于耳，電池使用的安全問題也廣受各方關注。不久前，日本豐田汽車公司透露，計劃在2020年實現全固態(tài)電池的商用化。該公司早在2010年就推出了更安全、壽命更長、功率輸出更優(yōu)的全固態(tài)電池原型器件，希望它能在未來取代現有鋰離子電池。
細心的消費者會發(fā)現，所有的鋰離子電池都標有詳細的注意事項，乘坐飛機也有嚴格的攜帶限制，這是因為鋰離子電池內帶有的有機溶劑具有可燃性，有一定安全隱患。如果要徹底保證電池安全，就要把可燃燒的有機溶劑用更安全的不能燃燒的固體電解質替換掉。
“固態(tài)鋰電池有可能顯著提高電芯的安全性，是未來電池技術的重要方向。”李泓告訴記者，現有的鋰離子電池雖然安全性已經很高，但仍會不斷出現安全事故。全固態(tài)鋰電池沒有電解液，不易燃燒和爆炸，不會產生液體泄漏和腐蝕，在高溫下壽命不受影響，不易變形，電壓允許范圍更高。
“更重要的是，現有應用對電池能量密度要求越來越高，在現有技術下，通常電池容量越大越不安全。所以說，全固態(tài)電池是一種革命性技術，它可以在保證安全性的同時，提高電池能量密度。”李泓補充說。
不過，單純強調安全性并不能把固態(tài)電池完全推向市場，性能的提升和成本的降低更加關鍵。“目前固態(tài)電池安全性能更高，但是在其他主要性能上，比如充放電速率上，低溫特性上與采用液體電解質的現有鋰離子電池有顯著的差距。這主要是在固體電解質中離子傳輸的速度較慢，固體電解質和正負極材料界面的電阻很大，這些問題還沒有很好解決，所以快充的特性暫時沒有發(fā)揮出來。”李泓透露，全固態(tài)電池在快充時更安全，目前在日本學界的研究里表示其可以快充，但都還在實驗室探索階段，離應用較遠。
豐田歐洲先進技術小組博士ChihiroYada指出，全固態(tài)電池面臨的技術障礙是功率密度不夠高，原因在于電池陰極和固態(tài)電解質之間的轉移電阻過高。因此，全固態(tài)電池開發(fā)過程中的主要任務就是提高它的功率密度。
固態(tài)金屬鋰電池的特性使其負極可以使用金屬鋰，金屬鋰的容量是目前鋰離子電池中石墨負極的10倍，如果能解決金屬鋰使用和加工過程的安全性問題，用金屬鋰作負極，用高能量密度材料作正極，電池能量密度會有1至3倍的提升，而提升能量密度又是降低成本的最有效的辦法。“雖然固態(tài)電池的制造和設計與現有的方式不一樣，到底采用哪種工藝和技術路線還沒有確定，但可以肯定這是非常有競爭力的技術路線，固態(tài)金屬鋰電池大規(guī)模進入市場最快還需5至10年的時間。”李泓預計。
