面向未来发展的动力和储能电池电解质材料研发进展:从液态走向固态

王若1,2, 林久3, 陈珊珊2, 张通2, 张光照2, 徐洪礼1, 池上森2, 邓永红1, 王军1, 许晓雄1(1. 南方科技大学创新创业学院;2. 南方科技大学材料科学与工程系;3. 浙江锋锂新能源科技有限公司)
摘要:随着新能源汽车和规模储能的快速发展, 锂二次电池的应用规模不断增大, 现在其已占据主导地位, 但是,其能量密度和安全性方面的提升空间还很大. 锂二次电池性能的提升与所用电解质材料的发展密不可分, 其电解质材料的发展也经历着从传统的有机液态电解质到混合固液电解质, 再到如今已成为全球研发热点的纯固体电解质的演变过程. 液态锂离子电池以有机液态电解质为主, 为提升电池安全性, 凝胶电解质有一定作用; 混合固液电解质作为液态与固态的兼容态, 兼具了液态电解质与固体电解质的特点, 显示出较好的应用潜力; 全固态电池使用固体电解质, 涵盖了无机、聚合物及复合固态电解质等多种类型, 其高安全性、高能量密度及长寿命等特点为下一代锂二次电池的需求带来了全新的发展机遇, 然而, 固体电解质材料的产业化之路仍充满挑战, 需要克服生产成本高、生产工艺全面更新等问题. 本文围绕锂二次电池内电解质的不同状态, 深入剖析了各类电解质的特点, 并探讨了其产业化现状、面临的挑战及未来发展机遇, 旨在为锂二次电池技术的持续进步与应用领域的持续拓展提供参考.
关键词:锂二次电池, 液态电解质, 混合固液电解质, 固体电解质, 安全性

目录介绍

1 电解质材料发展进程概述

2 液态锂电池电解质材料的现状及挑战

2.1 液态电解质的分类和特性介绍

2.1.1 有机电解液

(I) 锂盐

(II) 有机溶剂

(III) 添加剂

2.1.2 水系电解质

2.1.3 凝胶电解质

2.2 有机碳酸酯电解液各组分发展现状及市场规模

2.2.1 锂盐

(I) LiPF6

(II) LiFSI

2.2.2 溶剂

(I) EC

(II) DMC

2.2.3 添加剂

2.3 针对传统液态电解质的改进和优化措施

2.3.1 新型添加剂的开发

(I) 稳定高电压正极

(II) 稳定硅负极

(III) 稳定锂金属负极

(IV) 抑制产气

2.3.2 溶剂化结构调整

(I) 高浓度电解液

(II) 局部高浓度电解液

(III) 弱溶剂化电解液

3 混合固液电解质材料现状及挑战

3.1 混合固液电解质的分类和特性介绍

3.1.1 半固态电池电解质

3.1.2 准固态电解质

3.2 混合固液电解质在动力和储能电池中的应用进展

3.3 混合固液电解质的产业化前景和挑战

4 固体电解质材料现状及挑战

4.1 固体电解质的分类和特性介绍

4.1.1 氧化物固体电解质

(I) 石榴石型电解质

(II) NASICON型固体电解质

(III) 钙钛矿型固体电解质

(IV) LISICON固体电解质

4.1.2 硫化物固体电解质

(I) 硫-LISICON电解质

(II) Li11−xM2−xP1+xS12(M=Ge, Sn or Si)电解质

(III) Argyrodite结构固体电解质

4.1.3 卤化物固体电解质

4.1.4 聚合物固态电解质

(I) PEO基聚合物电解质

(II) PAN基聚合物电解质

(IV) PMMA基聚合物电解质

4.1.5 复合固态电解质

(I) 惰性填料

(II) 活性填料

4.2 新型固体电解质的应用进展

4.3 固体电解质的产业化前景和挑战

5 总结与展望

 

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