什么叫做全固态电池？全固态电池的优缺点主要有哪些呢？

全固态电池

什么叫做全固态电池，通俗的讲，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 “全固态锂离子电池”。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。那么全固态电池的优缺点点主要有哪些呢？

1、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”。

2、优势之二：薄——体积小

实际上，体积能量密度对于电池来说是一个很重要的参数，如果就应用领域来说，要求从高到低是消费电子产品>家用电动汽车>电动公交车。如果通俗的讲，就是体积能量密度高了，因此相同质量的电池才能做的体积更小。电子产品中的可用空间往往很有限，很多产品（例手机、平板电脑）有近1/3左右的体积和质量已经被电池占据，而且在广大生产厂商和消费者希望对电池进一步提高容量（增加续航）和压缩体积（便携美观和便于设计）的要求下，高压实、体积能量密度最高的钴酸锂（LCO）电池依然是当仁不让的主流产品。

传统锂离子电池中，需要使用隔膜和电解液，它们加起来占据了电池中近40%的体积和25%的质量。而如果把它们用固态电解质取代（主要有有机和无机陶瓷材料两个体系），正负极之间的距离（传统上由隔膜电解液填充，现在由固态电解质填充）可以缩短到甚至只有几到十几个微米，这样电池的厚度就能大大地降低——因此全固态电池技术是电池小型化，薄膜化的必经之路。不仅如此，很多经过物理/化学气相沉积（PVD/CVD）制备的全固态电池，其整体厚度可能只有几十个微米，因此就可以制成非常小的电源器件，整合到MEMS（微机电系统）领域中。能够制成体积非常小的电池也是全固态电池技术的一大特色，这可以方便电池适应各种新型小尺寸智能电子设备的应用，而在这一点上传统的锂离子电池的技术是很难达到的。

3、优势之三：柔性化的前景

全固态电池可以经过进一步的优化，变成柔性电池，从而带来更多的功能和体验。

实际上，即使是脆性的陶瓷材料，在厚度薄到毫米级以下后经常是可以弯曲的，材料会变得有柔性。相应的，全固态电池在轻薄化后柔性程度也会有明显的提高，通过使用适当的封装材料（不能是钢性的外壳），制成的电池可以经受几百到几千次的弯曲而保证性能基本不衰减。实际上，以各种可穿戴设备为代表的柔性电子器件是下一代电子产品发展的重要方向，而这就要求该产品中的元件同样需要具有柔性，因此柔性全固态电池是科研与工业界中，非常有前景的明日之星。

不仅如此，功能化的全固态电池潜力远不只以上的柔性电池，经过电池材料结构优化可以制成透明电池，或者是拉伸幅度可达300%的可拉伸电池，或是可以和光伏器件集成化的发电-存储一体化器件等等——全固态电池所意味的功能上的创新应用前景还有很多，在这方面科研人员与工程师们的想像力会给我们带来越来越多的惊喜。

4、优势之四：更安全

作为一种能量存储器件，实际上所有电池在热力学实质上都不可能是绝对安全的。但是电池实际应用中的决定其真正安全性的因素是多方面的，影响因素包括电池的电极材料特性、电解液的性质，以及电子产品中的电池管理系统等。

目前一般商用的锂离子的安全性是大家关心的重点，在这里用“不够理想”来评价现在电池的安全性，应该是一个比较合适的评价。目前普通锂离电池的安全性的影响因素主要有：1）电极材料特性，比如在大电流下工作有可能出现锂枝晶，从而刺破隔膜导致短路破坏；2）电解液为有机液体，在高温下发生副反应、氧化分解、产生气体、发生燃烧的倾向都会加剧；3）电池质量参差不齐，尤其是小厂家的电池安全性能不达标；4）电池管理系统不合格，造成电池的过充放，导致危险的发生。

而如果采用了全固态电池技术，以上的1和2两点问题就可以直接得到解决，而且所得的电池的最高工作温度可以从现在的40度提升到更高，这样就可以使电池的适应工作温度区间更宽，应用范围也会更广。安全性，其实是全固态电池领域发展的最根本驱动力之一。

以上说了全固态电池的种种优点。在这里也必须介绍一下全固态电池的几个缺点。

5、问题之一：快充不现实

固态电解质电导率总体偏低，低于它们的“前辈”——液态电解液。这就导致了目前全固态电池的倍率性能整体偏低，内阻较大，高倍率放电时压降较大，如果想指望该类技术能在近期解决电池快充的问题，基本上是不可能的。

当然了，固态电解质的电导率随着温度上升也会有明显的提高，所以这就导致了一个有趣的现象，就是全固态电池最好或者说必须在高一点的温度下工作，才能发挥良好的性能。因此目前市面上有些使用全固态电池的产品，实际上都不是在室温下工作的。

6、 问题之二：成本依然偏高，制备工艺复杂，技术不够成熟

目前的全固态锂电池的电解质主要有有机和无机两大体系，成本总体偏高，尤其是无机体系的电池很多采用CVD/PVD等复杂的工艺制备，生产（沉积薄膜）速度慢，成本昂贵，单体电池容量很小，往往只适合做小型电子器件用的电池。因此现在的全固态电池如果要和普通锂离子电池在传统市场上竞争，并没有太大的优势。发挥全固态电池本身高安全性、高温稳定性、可能达到的柔性等其它多功能特性，与传统锂离子电池在差异化的市场中竞争，可能是全固态电池近期内比较有希望的市场突破方向。

典型的全固态电池，容量只有1.0mAh，只能给小型电子产品供电，不仅如此，全固态电池现在的制备技术成熟度总体一般，能形成规模产能的企业非常有限，技术规模化扩产需要克服的困难还有很多，仍处于推广发展期。但是可以预期的是，随着研发和工业技术的不断发展，全固态电池中的科学和工艺上的问题会逐渐得到缓解，在未来几年，该类产品的市场会迎来蓬勃发展的机遇。

锂电池容量的减损能在锂电池充放电和自放电过程中表达出来：

1、锂电池一次完整的循环每增加一次，充电时间就会减少一点。锂电池的充电平台在3.7V~4.2V，该阶段充入容量占总充电量的90%以上，随着循环次数增加，电压上升速度加快，充满电后锂电池容量就会有所减少。

2、锂电池的放电平台在4.1V~2.75V（单节锂电池放电电压最低为2.75V），该阶段放电容量占到总容量的90%以上，随着循环次数的增加，锂电池的放电平台降低，放电容量亦随之降低。

3、锂电池自放电的电量占锂电池总电量的比例随着循环次数的增加而加大，但使锂电池放电平台加速降低。

锂离子电池的寿命减少表现为容量衰退的特点说明：锂电池的寿命终归是有限的，这与任何事物的发展都要是一样的，容量衰退是量变到质变的一种表现形式。从这种表现中可以看出，延长锂电池寿命的方法无疑都从科学充放电和减少自放电的角度来考虑，在使用过程中的损耗会直接影响到电池的寿命。

如果想要锂电池寿命发挥到最佳，那么消费者们一定要懂得“锂电池”的三大禁忌！

第一、温度：锂电池怕高温。

第二、大电流：比如18650电芯是3C放电，你电动车是8000W的，用的电芯低于你的电动车放电电流，这样会导致锂电池温度过高，电流过大而寿命变短，还会出现鼓包报废的情况，如果你的电动车功率非常大，速度非常快，建议选择10C电流的18650电芯，这样选择合适的电芯显然非常重要！

第三、满电存放：拿三元锂来说，电满电是4.35V，目前市面上的保护板都是4.2V就截止充电，所以很多人买到电动车锂电池都说没有标称的容量多，其实就是这个原因，一般长时间存放电动车锂电池，充满半分之50的电视最好的，比如你买新手机，很多都是开机百分之50的电量。如果满电存放时间长，会让锂电池容量减少。磷酸铁锂和钛酸锂除外，这两种是可以满电存放的，还需要注意的就是选择品质较好的保护板，锂电池最大的禁忌就是过冲过放，三元锂一次过放就报废，过冲必定鼓包也报废。