固態電池三大技術路線對比

固態電池三大技術路線對比

       固態電池有三大主流技術路線：聚合物固態電池、氧化物固態電池、硫化物固態電池。固態電池的不同技術路線主要由不同的固態電解質進行區分。根據固態電解質的分類，固態電解質主要有三大技術路線：

       聚合物電解質、氧化物電解質、硫化物電解質。其中，聚合物電解質屬于有機電解質，氧化物電解質和硫化物電解質屬于無機電解質。理想的固態電解質材料應該擁有高離子電導率，對鋰金屬具有化學和電化學穩定性，能夠很好地抑制鋰枝晶產生，制造成本較低，無需使用稀有金屬等特點。但目前三大技術路線各有優缺點，未有能同時滿足以上要求的，在技術突破上仍存在一定的難度。總的來說，硫化物電解質在全固態電池中頗具有發展潛力。

       聚合物電解質：聚合物的優點是易加工，與現有的電解液生產設備、工藝都比較兼容，機械性能好。其缺點包括：（1）離子電導率太低，需要加熱到 60℃高溫才能正常充放電；（2）化學穩定性較差，無法適用于高電壓的正極材料，在高溫下也會發生起火燃燒的現象；（3）電化學窗口窄，電位差太大時（>4V）電解質易被電解，使得聚合物的性能上限較低。

       氧化物電解質：其優點在于具有較好的導電性和穩定性，離子電導率比聚合物更高，熱穩定性高達1000℃，機械穩定性和電化學穩定性都較好。其缺點包括：（1）相對于硫化物，其離子電導率偏低，使得氧化物固態電池在性能提升過程中會遇到容量、倍率性能受限等一系列問題；（2）氧化物非常堅硬，導致固態電池存在剛性界面接觸問題，在簡單的室溫冷壓情況下，電池的孔隙率非常高，可能導致電池無法正常工作。

       硫化物電解質：離子電導率最高，機械性能好，并且電化學穩定窗口較寬（5V 以上），工作性能表現優異，在全固態電池中發展潛力最大。其缺點包括：（1）界面不穩定，容易與正負極材料發生副反應，造成界面高阻抗，導致內阻增大；（2）在制備工藝層面，硫化物固態電池的制備工藝比較復雜，且硫化物容易與空氣中的水、氧氣反應產生硫化氫劇毒氣體。

       其中，聚合物電解質發展最為迅速，技術較成熟，最早推進商業化應用，已實現小規模量產，但存在電導率低等缺點，性能上限較低，到目前也并未大面積鋪開。氧化物電解質各方面的性能表現較為均衡，目前進展較快。硫化物電解質的電導率較高，性能表現優異，適用于電動車，商業化潛力大，但研究難度也大，如何保持較高穩定性有待解決。對固態電解質的關鍵問題實現技術突破，將有望加速產業化的進程。