水有三态 —— 液态、气态和固态,现代硬盘主要有两类,机械硬盘、固态硬盘;或许你有听说过,其实电池也有「固态」的。
固态硬盘称之为「固态」的解释有多个版本,但通俗来说,它由固态电子存储芯片矩阵列组成的,相比起以磁性材料为存储介质的机械硬盘,其形态更为固定,故成为「固态硬盘」。
固态电池是否也是如此呢?
01
电池如何「固态」?
如今大多数的蓄电池,特别是锂离子电池,其电解质都是液态的,可以称之为「液态锂离子电池」—— 而所谓「固态电池」其实就是与之相对的一种锂离子电池技术。
我们知道,如今成熟的锂离子电池内部的结构包括有正极(阴极)、负极(阳极)、电解质,还有分隔阴阳极(正负极)的隔膜。
而固态电池,将当中原本液态的电解质改为了固态材料,并去掉了独立的隔膜结构。
当然,固态电池的类型也是多种的,以电解质来分,有氧化物、硫化物、聚合物等,它们都有不同的优势和劣势,成本上也各有优势,这方面后面再聊。
02
电池为什么要固态?
聊到我们今天已司空见惯的「液态锂离子电池」,总能找到它的槽点 —— 自锂离子电池面世以来,它的进步仍赶不上我们的需求,即使是近几年电动汽车的发展带动了锂电池技术的发展,今天的手机还得一天一充、电动汽车的续航仍比不上油车;即使配套的电池管理技术再怎么完善,电池本身的安全性的进步仍有限,仍时不时有手机电池自燃烧伤用户、电动汽车自燃难以扑灭的新闻出现。
磷酸铁锂和三元锂电池是如今锂电池的缩影,而另一方面液态锂离子能量密度已经贴近技术天花的 300Wh/kg 左右(实际密度更是低于这个值),而下一步掺硅等方法改进的传统锂电池,只能将理论天花板捅到 400Wh/kg 左右。
前面提到的安全问题,可以说是如今「液态」锂离子电池的痛 —— 在过充、电解质活性低等情况下,锂离子若无法及时嵌入到石墨负极时,会在负极表面形成金属锂枝晶,一来会损失锂离子,降低电池的容量,二来形成的金属锂枝晶可能会有刺穿阴阳极之间的隔膜,造成短路的风险,电池内部一旦短路,很有可能引起热失控,引起自燃。
而固态电池,理论上能解决液态锂电池的这两个问题。
首先固态电池的内部结构简单,普通电池液态的有机电解液含有易燃的溶剂,固态电池的固态电解质则不需要,直接去掉了易燃的隐患,阴阳极之间就不需要额外的隔膜结构,即使电池遭到破坏,也不易发生自燃 —— 将锂电池的安全性提升到另一个次元。
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