固態(tài)電池結(jié)構(gòu)示意圖

什么是固態(tài)電池？固態(tài)電池是一個電池技術(shù)，使用固體電極和固體電解質(zhì)，代替液體或聚合物凝膠電解質(zhì)中的鋰離子或鋰聚合物電池。能用作固態(tài)電池中固體電解質(zhì)的材料包括陶瓷，氧化物、硫化物、磷酸鹽和固體聚合物。固態(tài)電池目前已用于起搏器和可穿戴設(shè)備中。它們更安全，具有更高的能量密度，但是成本要高得多。

相較于傳統(tǒng)鋰離子電池，固態(tài)鋰離子電池安全性能高，無自然，爆炸的風(fēng)險。氧化物和硫化物的電解質(zhì)的固態(tài)電池能量密度高于采用相同正負極材料的傳統(tǒng)鋰電池。

固態(tài)電池的優(yōu)勢

安全性：固態(tài)電池采用固態(tài)電解質(zhì)，可以有效防止電池內(nèi)部短路和漏液，降低熱失控風(fēng)險。同時，固態(tài)電解質(zhì)的化學(xué)穩(wěn)定性較好，不易燃燒，因此在高溫、撞擊等極端條件下，固態(tài)電池的安全性明顯優(yōu)于液態(tài)電池。

能量密度：固態(tài)電池具有較高的能量密度，一方面是因為固態(tài)電解質(zhì)可以承受更高的電化學(xué)窗口，使得電池可以使用更高電壓的正極材料；另一方面，固態(tài)電池可以采用更薄、更輕的隔膜和集流體，減輕電池重量，提高能量密度。

壽命：固態(tài)電池的壽命較長，一方面是因為固態(tài)電解質(zhì)可以有效抑制電池內(nèi)部副反應(yīng)，降低自放電速率；另一方面，固態(tài)電池的充放電循環(huán)穩(wěn)定性較好，可以承受更多的充放電次數(shù)。

固態(tài)電池是使用固態(tài)電解質(zhì)的電池。傳統(tǒng)鋰離子電池由正極材料、負極材料、電解液和隔膜組成，用于輸送離子和傳導(dǎo)電流。然而，液態(tài)電解質(zhì)中的有機溶劑具有易燃性和高腐蝕性，抗氧化性較差，無法解決鋰枝晶問題，因此存在熱失控的風(fēng)險，并限制了高電壓正極和鋰金屬負極等高能量材料的應(yīng)用。相比之下，固態(tài)電池將部分或全部電解液替換為固態(tài)電解質(zhì)，從而顯著提高了電池的安全性和能量密度，成為現(xiàn)有材料體系長期潛在的技術(shù)方向。

根據(jù)電解質(zhì)的不同，電池可以分為液態(tài)（25wt%）、半固態(tài)（5-10wt%）、準固態(tài)（0-5wt%）和全固態(tài)（0wt%）四大類。其中，半固態(tài)、準固態(tài)和全固態(tài)電池統(tǒng)稱為固態(tài)電池。目前，聚合物、氧化物和硫化物是固態(tài)電池的三大類固體電解質(zhì)。

固態(tài)電池幾乎可以解決當(dāng)前汽車動力電池所有的問題，比如不易燃燒、不易爆破、無電解液走漏、不會在高溫下發(fā)生副反應(yīng)、也很難短路，對溫度不敏感、更耐高壓，這是由固態(tài)電池的物理和化學(xué)性質(zhì)決定的。同時由于沒有了電解液，正負極材料選擇面更廣，固態(tài)電池可以輕松實現(xiàn)300Wh/kg-400Wh/kg，當(dāng)前汽車動力電池最高能量密度僅300Wh/kg。

審核編輯：黃飛