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固态电池是否用钴?

2020-12-13  新用户980...

很多人问,想帮大家科普一下。
第一、固态电池不用钴的说法的来源:
早期固态电池的电解质是聚合物电解质,以PEO(聚环氧乙烷)占绝大多数,PEO的电化学稳定窗口(氧化电位)是3.8V,无法与高电压正极材料(钴酸锂、三元材料等)相容,只能用磷酸铁锂做正极,所以不用钴的说法就流传下来了。但是磷酸铁锂电池的能量密度太低了,无法满足车用要求。例如法国博洛雷的固态电池就是PEO电解质+磷酸铁锂正极,能量密度只有170wh/kg,并且工作温度高达80度,所以没有推广开,只装了3000辆车。
第二、目前绝大多数在研究试制中的固态电池都用含钴正极,以钴酸锂和三元材料为主:
固态电池的核心是电解质,目前主要分为两类:聚合物电解质和无机物电解质。无机物又有氧化物和硫化物两种,它们的电化学窗口大致上分别为5.4V和5.7V,可以使用钴酸锂和三元材料,以提电池的高密度和性能。尽管也有其他种类的正极材料在研究,但都远远没有钴酸锂和三元材料成熟。日本在硫化物电解质方面世界第一,以丰田为例,它的的正极材料也是钴酸锂,能量密度为400wh/kg。
当前聚合物电解质依然是主流方向之一,但是人们采用2种方法提高窗口电压来使用能量密度高的正极材料。一是对PEO进行改性,二是寻找新的聚合物,这两种方法都取得了突破。例如许晓雄博士把氧化物和硫化物电解质与PEO复合取得了很大的成功,制造出钴酸锂正极固态电池,密度达到260-280wh/kg,下一步就到300wh/kg;中科院青能所采用聚碳酸丙烯酯电解质,是世界首创,正极是三元622,密度达到了300wh/kg。
所以可以肯定,在可以预见的未来,固态电池是必须用钴的,而且比例要比锂离子电池的还要高,因为磷酸铁锂锂离子电池适合大量用于电网储能。
顺便:从许博士和青能所的例子可以看出,我国的固态电池研究在世界上是居于前沿的,比传统锂离子电池方面强多了,是可以弯道超车的。

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