全球今日報丨固態(tài)電池真的安全嗎？

來源：鋰電前沿儲能產業(yè)新觀察時間：2022-11-22 16:06:07

(資料圖片僅供參考)

固態(tài)電池(SSB)使用不可燃固體電解質(SE)替代了傳統(tǒng)鋰離子電池(LIB)中易揮發(fā)性、易燃液體電解質(LE)，普遍認為可以有效的提高電池的安全性。在全固態(tài)電池中，通過使用鋰金屬負極來取代常規(guī)的石墨負極，進一步提高電池的能量密度。相比于固態(tài)電池，在傳統(tǒng)的液態(tài)鋰離子電池中使用鋰金屬很難有效地提升電池的安全性能和循環(huán)性能，一方面在液態(tài)鋰離子電池中金屬鋰沉積很容易形成苔蘚或樹枝狀微結構，帶來大量的副反應消耗電解液，另一方面這些枝晶很容易刺穿隔膜引起電池內部短路。

理論上在固態(tài)電池中如果使用聚合物電解質因具有較高的剪切模量可以有效阻止鋰枝晶的生長避免電池短路。相反如果使用陶瓷類固態(tài)電解質，則無法阻止鋰枝晶的生長，多項研究表明在陶瓷電解質固態(tài)電池中晶界為鋰枝晶提供了生長路徑，并最終引起電池短路。克服這一問題是當前固態(tài)電池研究的一個重要方向。除枝晶引發(fā)短路外，陶瓷基電解質固態(tài)電池還受到固態(tài)電解質和活性物質之間高界面阻抗影響，為解決界面問題工程上可以通過添加少量的液態(tài)電解質來解決，盡管電解質的引入有效降低了電解質和活性物質之間的界面阻抗，但關于液態(tài)電解質引入對電池安全性的影響卻很少有系統(tǒng)性定量的研究，而僅僅是定性的認為少量液態(tài)電解質的加入能夠提升電池的安全性。

最近國外研究人員通過設計實驗，系統(tǒng)的研究了少量液態(tài)電解質對固態(tài)電池安全性的影響，主要通過對比使用LLZO固態(tài)電解質的固態(tài)電池(含有少量液態(tài)電解質)和全固態(tài)電池在不同極端情形下引發(fā)熱失控釋放的熱量，來定量的分析了少量液態(tài)電解質對電池安全性能的影響。

情形一，外部加熱引發(fā)熱失控。當通過外部熱源引發(fā)熱失控時，添加少量液態(tài)電解質的固態(tài)電池比全固態(tài)電池釋放出更多的熱量，但比常規(guī)液態(tài)鋰離子電池產生的熱量少。顯然，外部加熱下，在全固態(tài)電池中LLZO能夠更有效的隔離電池中的正負極;對于添加了少量的液態(tài)電解質的固態(tài)電池，外部加熱時正極材料生成的O2很容易與少量的液態(tài)電解質發(fā)生反應釋放熱量。情形二，內部短路引發(fā)熱失控。當電池內部短路引發(fā)熱失控時，三種類型的電池，常規(guī)液態(tài)鋰離子電池、添加少量電解質的固態(tài)電池和全固態(tài)電池釋放熱量相同，表明當電池內部因枝晶引起內短路并引發(fā)熱失控時固態(tài)電池并沒有優(yōu)勢。情形三，機械濫用引發(fā)熱失控。在全固態(tài)電池中，極端機械濫用(如針刺)條件下，全固態(tài)電池中的固態(tài)電解質并不能很好的阻隔氧氣與負極的接觸，負極與氧反應放出大量的熱。

結論：研究人員分析了固態(tài)電池、全固態(tài)電池和液態(tài)電解質鋰離子電池在極端情形下安全問題，盡管文章并未考慮在高溫下固態(tài)電解質與負極(如金屬鋰)的反應，但也較為充分的說明與常規(guī)鋰離子電池相比，高能量密度全固態(tài)電池和添加少量液態(tài)電解質的固態(tài)電池可能沒有安全優(yōu)勢。

發(fā)布人：zhy

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關鍵詞:【鋰離子電池】【正極材料】【電解液】

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標簽：鋰離子電池電解質的活性物質

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