什么是固态电池？固态电池有哪些优点？
来源：宝鄂实业
2019-08-13 10:00
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目前，动力电池全球化竞争日益激烈，虽然中国企业在本轮竞争中占据了市场规模优势，但欧美、日韩等企业已经在为下一阶段做布局，是潜在的强大竞争者。有不少专家呼吁建议，应该关注固体电池发展的问题。尽管目前固态电池还多处于试验阶段，离走向产业化还有一定时间。但为了抢占未来发展的制高点，各企业对固态电池的研发已快马加鞭，市场需求或推动固态电池量产提前。
按照《中国制造2025》确定的技术目标，2020年锂电池能量密度到300Wh/kg，2025年能量密度达到400Wh/kg，2030年能量密度达到500Wh/kg。但是基于高镍三元+硅碳负极材料，现有体系的锂电池的能量密度很难突破300Wh/kg。而固态锂电池的能量密度大约为传统锂电池的2.5—3倍，且杜绝了电池破裂或高温等意外带来的燃烧隐患。
全固态锂电池具有极高的安全性，其固态电解质不可燃、无腐蚀、不挥发、不漏液，同时也克服了锂枝晶现象，搭载全固态锂电池的汽车的自燃概率会大大降低。
电解质材料是全固态锂电池技术的核心，目前固态电解质的研究主要集中在三大类材料：聚合物、氧化物和硫化物。聚合物高温性能好，已经有商业化的应用案例;氧化物循环性能良好，适用于薄膜柔性结构;硫化物电导率最高，是未来主要方向。
既然固态电池有这么多优点，为什么没有大力推广呢?这是因为固态电解质具有高的电阻，在功率密度方面还存在一些待解决的问题，需要从固态电解质、正负极材料上着手。电导率、电池倍率、电池制备效率、成本控制方面都存在不小的挑战，一旦这些问题能够有效解决，必将在未来掀起一场新的电池革命。
总体来看固态电池的发展，电解质可能遵循从液态、半固态、固液混合到固态的路径发展，最后到全固态。笔者认为，2020年前采用高镍正极+准固态电解质+硅碳负极实现300Wh/Kg，2025年前采用富锂正极+全固态电解质+硅碳/锂金属负极电池实现400Wh/Kg，2030年前燃料/锂硫/空气电池实现500Wh/Kg。
如果通俗地讲，全固态电池就是里面没有气体、没有液体，所有材料都以固态形式存在的电池。而考虑到现在人们日常生活中最为常见的电池为锂离子电池，我们在这里将默认把“全固态锂离子电池”当做全固态电池的代表(暂时忽略全固态锂硫等新型电池)。
一般来说，锂离子电池主要由正极、负极、隔膜、电解液、结构壳体等部分组成，其中电解液使得电流可以在电池内部以离子形式传导。电解液技术是锂电池的核心技术之一，也是现在电池工业中利润很高的一个组成部分。
但是很多读者可能发现过自己的锂电池用久后有的会鼓胀，而在更极端的小概率事件下，有的甚至会发生危险(比如近来的扭扭车的电池爆炸事件，导致了相关的生产企业和电池企业遇到了全面的困难)。另外一般来说，现在的锂离子电池的工作温度范围有限，在40 度以上的高温下寿命会急剧缩短，安全性能会也出现很大的问题(所以特斯拉MODEL S会有一套严格的电池温控系统，就是为此)。
实际上，以上所说的几个安全方面的问题都是与我们现在电池用的有机体系的电解液直接相关的。
而为了解决电池安全问题，提高能量密度，目前科研界和工业界都在研发以及生产全固态电池，也就是把传统的锂离子电池的隔膜和电解液，换成固态的电解质材料。那么说来说去，相比于我们生活中最常见的普通锂离子电池，全固态电池的优点主要有哪些呢?
固态电池有哪些优点?
优势之一：轻——能量密度高
使用了全固态电解质后，锂离子电池的适用材料体系也会发生改变，其中核心的一点就是可以不必使用嵌锂的石墨负极，而是直接使用金属锂来做负极，这样可以明显减轻负极材料的用量，使得整个电池的能量密度有明显提高。
此外，许多新型高性能电极材料，可能之前与现有的电解液体系的兼容性并不好，但是在使用全固态电解质后该问题可以得到一定的缓解。
综合考虑到以上两大因素，全固态电池相比于一般锂离子电池，能量密度可以有一个较大幅度的提升：现在许多实验室中，都已经可以小规模批量试制出能量密度为300-400Wh/kg的全固态电池了(一般锂离子电池是100-220Wh/kg)。
从能量密度的数据上看，或许全固态电池真的有希望让我们的生活从“一天一充”升级到“两天一充”。
另外，电池技术的前进受到电化学规律的制约，其容量上升是有理论极限的，一般很难以一个较大的幅度产生飞越式的、颠覆式的发展。因此建议广大读者擦亮眼睛，一但发现有性能“翻一/几番”，“几分钟充满电”，“成本下降70%”一类新闻时，要加倍警觉，因为此类新闻宣传误导的嫌疑很大，而背后存在的问题往往总是避而不谈。
