锂固态电池研究及产业化进展

锂固态电池研究及产业化进展

引言

• 随着全球对新能源技术的需求日益增长，锂固态电池因其更高的安全性、更长的寿命和更优的性能而受到广泛关注。
• 为了应对化石燃料引发的环境问题，我国提出了“2030碳达峰”和“2060碳中和”计划。

固态电解质概述

• 固态电解质主要分为无机固体电解质（ISEs）、固体聚合物电解质（SPEs）和复合固体电解质（CSEs）。
• 理想的固态电解质应具备高锂离子电导率、低电子电导率、合适的电化学窗口、良好的机械强度、与电极材料的良好兼容性、高安全性、低成本和易于大规模商业化应用。

各类固态电解质

• 无机固体电解质

  • LISICON型：具有优异的离子电导率和机械强度，但稳定性较差。
  • NASICON型：离子电导率较高，但对锂金属的稳定性较差。
  • 钙钛矿型：具有较高的离子电导率，但室温下的晶界离子电导率较低。
  • 石榴石型：离子电导率高，但与锂金属的界面问题较多。

• 固体聚合物电解质

  • 聚合物中的锂盐解离产生阳离子和阴离子，如LiTFSI、LiFSI等。
  • 聚合物应满足溶解锂盐、形成配位键、化学/电化学稳定性和物理支持性的标准。

• 复合固体电解质

  • 由常规电解质和其他固体物质组成，能互补各自的优点，提高综合性能。
  • 常见活性填料如LATP、LLZO、LGPS等，惰性填料如SiO2、TiO2等。

发展现状

• 全球固态电池发展方向不同，欧美企业侧重于研究电池的安全性，而日韩企业则更多致力于解决硫化物体系的问题。
• 国内企业如中科院化学所、中科院青岛能源所、中科院宁波材料所等研究机构，以及赣锋锂业、宁德时代等电池企业积极参与。

结论

• 锂固态电池的研究和产业化进展正在加速，未来有望在新能源领域发挥重要作用。