吴成伟 谢国锋† 周五星‡

1) (湖南科技大学材料科学与工程学院,湘潭 411201)

2) (新能源储存与转换先进材料湖南省重点实验室,湘潭 411201)

本文简要阐述了全固态锂离子电池的特点及其内部热输运研究的意义.介绍并总结了国内外与正极材料、负极材料、固态电解质,以及电极与电解质界面热输运性质相关的实验和理论工作.针对脱嵌锂过程对电极材料热导率的影响机理尚不明确,非晶态转变对电极材料热输运研究的挑战,界面热输运模型与方法不足等问题,系统梳理了全固态锂离子电池内部热输运的重要前沿科学问题.

1 引言

锂离子电池具有能量密度高、使用寿命长等优点,在便携式电子产品、电动汽车等领域应用越来越广泛.传统液态锂离子电池的能量密度已经接近极限,且存在易泄露、易腐蚀、易燃烧等安全问题,使得具有更高能量密度、更长使用寿命和更好安全性的全固态锂离子电池成为研究热点[1,2].全固态锂离子电池的主要组成部分为正极 (cathode)、负极 (anode) 和固态电解质 (solid state electrolyte),如图1所示.其工作原理与液态锂离子电池相似,区别在于没有隔膜,固态电解质在充当离子导体的同时,也阻挡了电子的自由通过.电池充放电过程中,电化学反应放热及焦耳热不可避免,尽管固态电解质相对于液态电解质具有更高的安全性,然而随着电池结构不断优化,封装体积进一步减小,更高的能量密度意味着更加密集的产热,如果电池内部热输运……