ソリッドステートバッテリーとは、固体電解質の量に応じて、従来の電解質リチウムバッテリーではなく、固体電解質の使用を指します。通常、バッテリー内の液体含有量の10％を半固体バッテリーと液体バッテリーの間の分割線として使用しますが、オール固体バッテリーは固体電解質を完全に使用し、液体の含有量は0％に削減されます。
固体リチウムバッテリーは、主に正の電極、負の電極、固体電解質で構成されています。最も重要な違いは、液体電解質とダイアフラムを固体電解質に置き換え、ダイアフラムと電解質の使用をまったく使用しないことです。
1.陽性電極は通常、リチウム金属または同様の材料です。リチウムイオンが固体電解質から正の電極に移動すると、陽性材料は酸化反応を受け、電子を放出します。
2。負の電極は、一般にリチウム合金または同様の材料で作られています。リチウムイオンが固体電解質から負の電極に移動すると、負の材料は還元反応を起こし、電子を受け取ります。
3.固体電解質は、リチウム、ポリマー、またはセラミック材料を含む無機塩などの電気を導入できる固体材料で構成されています。この電解質は、イオンの移動度が高く、抵抗性が低く、化学的に安定しています。
電解質分類によれば、バッテリーは液体（25wt％）、半固体（5-10wt％）、準固体（0-5wt％）、および全固定（0WT％）4つのカテゴリに分割できます。自動車会社は、短期的なドライバーとして安全性があり、エネルギー密度を長期的なドライバーとして使用して、固形状態のバッテリーを使用しています。
液体バッテリーと比較して、半固体バッテリーは液体電解質の量を減らし、酸化物とポリマーの複合電解質を増加させます。酸化物は主にダイアフラムコーティングと正および負の電極コーティングの形で添加され、ポリマーは、マチウムのマチウムネットワークの形で充填されており、否定的な電極は、グラフィット電極とグラフィット電極の純電極に加えて、グラフタイム系から耐えられます。負の電極。正の電極は、高ニッケルから高ニッケル +高電圧、リチウムリッチマンガンベース、その他の正の電極にアップグレードされ、膜はまだ保持され、固体電解質コーティングでコーティングされ、リチウム塩はLIPF6からLITFSIにアップグレードされ、エネルギー密度は350 WH/ kgを超えることができます。半固体電池は液体電解質の量を減らしますが、依然として可燃性のリスクがあります。
液体バッテリーと比較して、すべての固体状態のバッテリーは、元の液体電解質をキャンセルし、酸化物、硫化物、ポリマーなどを固体電解質として選択し、薄膜の形で正と負の電極を分割するため、酸化物の将来の潜在能力が高速である酸化物の将来の潜在能力は、酸化物の将来の潜在能力が高速であるダイアフラムの役割に置き換えます。負の電極はグラファイト系からプレリチウムシリコンベースの負の電極およびリチウム金属負の負電極にアップグレードされ、高ニッケルから超高ニッケル、リチウムニッケルマンガン酸リチウム、リチウムリッチマンガンベースの正の電極にアップグレードされ、エネルギー密度は500 WH/ kgに達する可能性があります。
固体電解質の材料と特性に応じて、固体状態のバッテリーは、硫化物、酸化物、ポリマーの固体バッテリーなど、いくつかの主要なカテゴリに分けることができます。
硫化物固体バッテリーは、電解質として無機硫化物材料を使用します。これは、通常、従来の液体電解質のレベルに近づくか超えるリチウムイオン導電率が高い。
硫化物固形電解質は、イオン導電率が高いために多くの注目を集めています。たとえば、Li10Gep2S12（LGPS）電解質の導電率は1.2×10^-2 s/cmに達する可能性があります。しかし、硫化物電解質は水蒸気に敏感で、水と容易に反応して毒性のH2Sガスを生成し、空気中の酸素と水蒸気と不可逆的な化学反応を起こし、イオン導電率と構造的損傷の減少をもたらします。
したがって、硫化物固体電解質の発達は困難であり、生産環境は厳格です。
酸化物固体バッテリーは、酸化物材料を電解質として使用します。これは一般にイオン導電率が低いが、良好な機械的特性と化学的安定性を持っている。
代表的な酸化物電解質は、Li7La3Zr2O12（LLZO）のガーネット型構造であり、そのイオン導電率は室温で最大10^-4 s/cmで高くなっています。酸化物電解質のコンパクトな形態により、機械的強度が高く、空気の安定性が良好で、高電圧抵抗があります。ただし、機械的強度が高く、酸化物電解質の変形性が低く、柔らかさがあるため、電解質シートは簡単に亀裂がかかり、固体界面の接触損失が大きく、アプリケーションが制限されます。
ポリマー固体バッテリーは、ポリマーマトリックスとリチウム塩で構成されており、イオン導電率は室温で低くなりますが、60℃以上に加熱すると、イオン導電率が大幅に改善されます。
ポリマー電解質は、軽量、良好な弾力性、優れた加工性能の特性を持ち、そのプロセスは既存のリチウムバッテリーに近いため、大規模な生産が簡単です。ただし、ポリマー電解質の熱安定性は、室温でのイオン導電率が低く、リチウム樹状突起浸透によって引き起こされる短絡のリスクがあるため、制限されています。
上記の3つの主要な種類の固体バッテリーに加えて、硫化物/酸化物とポリマー電解質の組み合わせから得られた電解質である複合固体電解質など、組み合わせた固体バッテリーもあります。この複合電解質は、高リチウムイオンの導電率と電気化学的安定性を備えた無機および有機固体電解質の利点を組み合わせています。
さらに、高電圧カソード材料の硫化物、変形性、酸化物の安定性が高いイオン導電率を持つ塩化物固体電解質がありますが、大規模な商業化の観点からは実現可能ではありません。
固体電解質は電解質よりも液体が少ないため、固体と固体粒子の間の直接的な接触は不十分で、電気化学的不安定性と結び付けられており、多くのインターフェースの問題につながります。ただし、液体バッテリーと比較した固体バッテリーの潜在的な利点は次のとおりです。
高い安全性：不揮発性および非炎症性の固体電解質は、有機電解質よりも安全性が高くなっています。
良好な温度適応性：すべての固体状態のバッテリーは、特に高温でより広い温度範囲で動作する可能性があります。
高エネルギー密度：すべての固体状態のバッテリーは、リチウム金属負の電極（リチウム樹状突起）の安全性の問題を解決することが期待されています。さらに、リチウムイオン電池のエネルギー密度は、市販のリチウムイオン電池のグラファイトとシリコン炭素負の電極に基づいて改善されます。
簡素化されたセル、モジュール、システム設計：固体電解質には流動性がないため、内部文字列を使用できます。
将来のエネルギー技術の重要な方向として、ソリッドステートバッテリーには幅広い開発の見通しがあります。テクノロジーの進歩、ポリシーの促進、市場の拡大により、ソリッドステートバッテリーは大規模な商業アプリケーションを達成することが期待されています。
技術の進歩：材料科学、電気化学、その他の分野の継続的な開発により、固体バッテリーの技術的な問題が徐々に解決されます。たとえば、固体バッテリーのイオン導電率と高速電荷性能は、材料の複合材とインターフェイスの最適化によって改善できます。
政策促進：中国政府は、ソリッドステートバッテリー産業の開発を非常に重要視しており、一連のサポートポリシーを導入しています。これらのポリシーのリリースは、ソリッドステートバッテリー産業の発展のための明確で幅広い市場の見通しと優れた生産および運用環境を提供します。
市場の需要：新しいエネルギー車両市場の急速な成長とエネルギー貯蔵需要の増加により、固体バッテリーの広範な市場スペースが提供されます。将来、新しいエネルギー車の普及とエネルギー貯蔵システムの幅広い適用により、固体バッテリーの需要は大幅に増加します。
