En fullständig introduktion till solid-litiumbatterier, flytande-tillstånd och halv-solid-litiumbatterier

Flytande litiumbatteri

De fyra kärnkomponenterna är: positiv elektrod, negativ elektrod, poröst membran och flytande elektrolyt.

Elektrolyt: En brandfarlig organisk litiumsaltlösning i vilken litiumjoner är helt nedsänkta och leder genom elektrolyten; Separator: En plastfilm som separerar de positiva och negativa elektroderna för att förhindra kortslutning; Elektrolythalt > 20 %; Alla litiumjärnfosfatbatterier, ternära batterier, bladbatterier och patronbatterier på marknaden är flytande litiumbatterier.

Arbetsprincip

Laddning: Litiumjoner frigörs från den positiva elektroden, simmar genom membranet i den flytande elektrolyten och bäddar in sig i den negativa elektroden;

Urladdning: Litiumjoner återgår till den positiva elektroden i motsatt riktning, och elektroner bildar en ström i den externa kretsen.

Fördelar

1. Tekniken är helt mogen, industrikedjan är komplett och massproduktionskostnaden är den lägsta;

2. Jonledningsmotståndet är lågt, och snabbladdningen och lågtemperaturprestanda är stabila;

3. Cykellivslängden är stabil (1000–2000 gånger), och utbytet är högt.

Brist

1. Elektrolyten är brandfarlig och benägen för läckage, termisk rusning och brand på grund av punktering, kompression eller höga temperaturer;

2. Energitäthetstaket är cirka 250–300Wh/kg, vilket begränsar potentialen för förbättring av räckvidden;

3. Litiumdendriter kan lätt punktera separatorn, vilket utgör en risk för interna kortslutningar;

4. Elektrolytaktiviteten minskar vid låga temperaturer, vilket resulterar i en betydande minskning av räckvidden under vintern.

Den upptar över 95 % av marknadsandelen inom elfordon, energilagring och mobiltelefonbatterier, och kommer att vara den absoluta stöttepelaren 2026.

Halv-solida batterier

Den flytande elektrolyten reduceras avsevärt till 5%–10%, med det återstående utrymmet fyllt med en solid keramisk/polymerelektrolytram; separatorn bibehålls, vilket gör den till en förbättrad och förbättrad version av vätskebatteriet.

Fördelar

1. Avsevärt reducerat vätskeinnehåll, vilket gör den mindre benägen för explosion och antändning från punktering, kompression och brand, vilket avsevärt förbättrar säkerheten;

2. Energitäthet på 350–400Wh/kg, 30–50 % högre än i vanlig flytande form, vilket enkelt uppnår en räckvidd på 1000km+;

3. Kompatibel med hög-kisel-kolanoder med hög kapacitet, undertrycker litiumdendritpenetration;

Brist

1. En liten mängd flytande elektrolyt finns kvar, som inte helt eliminerar brandrisken;

2. Kostnaden är 1,5–2 gånger högre än för vanliga flytande batterier;

3. Impedans finns vid fast-vätskegränssnittet, vilket resulterar i svagare prestanda vid extrem snabbladdning och ultra-lågtemperaturapplikationer jämfört med alla-solid-batterier.

Alla-solid-litiumbatterier

Den använder endast en fast elektrolyt (oxid/sulfid/polymer) för att samtidigt utföra de dubbla funktionerna jonledning och isolering av positiva och negativa elektroder, och innehåller inga brandfarliga organiska lösningsmedel.

Tre elektrolyter

Sulfider: Deras jonledningsförmåga är närmast den för flytande elektrolyter, vilket gör dem lämpliga för snabbladdning i fordon; ledande företag fokuserar på detta område.
Oxider (keramer): De erbjuder hög stabilitet och säkerhet, men är spröda och har dålig kontakt med gränsytan.
Polymerer: De erbjuder god flexibilitet, vilket gör dem lämpliga för flexibla batterier; de kräver hög-temperaturdrift och används främst för energilagring.

Fördelar

1. Ultimate säkerhet: Inga brandfarliga vätskor, inget läckage, ingen termisk flykt och ingen brand vid stöt eller punktering;

2. Teoretiskt sett kan energitätheten nå 500–700Wh/kg, vilket stöder litiummetallanoder, vilket effektivt fördubblar batteritiden;

3. Längre cykellivslängd, mindre låg-temperaturförsämring och stöder 10-minuters supersnabb laddning;

4. Mindre cellstorlek, betydande lättviktsfördelar, lämplig för flyg och avancerade elfordon.

Brist

1. Dålig vidhäftning mellan fasta ämnen resulterar i långsam litium-jonledning;

2. Ny process: Kräver ultra-torra, dammfria-verkstäder, isostatisk pressning och torra elektroder, vilket gör nästan alla befintliga produktionslinjer föråldrade och kräver enorma investeringar;

3. Sulfider producerar giftiga gaser när de utsätts för vatten, vilket kräver extremt stränga tillverkningsmiljökrav;

4. För närvarande extremt höga kostnader, sannolikt osannolikt att vara överkomliga för allmänheten på kort sikt.