導(dǎo)讀：無論從主觀看還是客觀講，發(fā)展固態(tài)電池都是必然的選擇，當(dāng)然時(shí)間可能會比較漫長，道路可能會比較曲折。

（來源：微信公眾號“電池聯(lián)盟” ID：zgcbcu 作者：蘇客）

電池技術(shù)發(fā)展到今天，可以說相對已經(jīng)比較成熟了，但也同樣遇上了瓶頸，急需新一代技術(shù)的誕生，尤其是新能源領(lǐng)域。

固態(tài)電池是有望成為下一代動力電池技術(shù)中，呼吁聲最高的一種。因?yàn)槿虘B(tài)電池不僅技術(shù)成熟度相對較高，國內(nèi)外眾多鋰離子電池企業(yè)也已將全固態(tài)電池技術(shù)作為重要的下一代技術(shù)儲備。

此外，固態(tài)電池還是像前不久獲得諾貝爾化學(xué)的約翰·班寧斯特·古迪納夫等一批國際頂尖學(xué)者極力支持的技術(shù)。

所以，無論是主觀還是客觀，發(fā)展固態(tài)電池都是必然選擇，當(dāng)然時(shí)間可能會比較漫長一點(diǎn)，道路可能會比較曲折一些。

固態(tài)電池具有高安全性、高能量密度、長循環(huán)壽命、寬工作溫度范圍等優(yōu)點(diǎn)，其中非常核心的就是固態(tài)電解質(zhì)。

從技術(shù)路徑來講，固態(tài)電解質(zhì)主要可分為三大類，即氧化物電解質(zhì)，例如常見的LLZO類電解質(zhì)；硫化物電解質(zhì)，例如Li2S–P2S5電解質(zhì)；有機(jī)聚合物電解質(zhì)，例如常見的PEO基聚合物電解質(zhì)等。

在固態(tài)電池技術(shù)發(fā)展早期，由于固態(tài)電解質(zhì)材料電導(dǎo)率相對較低，研發(fā)的重點(diǎn)多集中在提高固態(tài)電解質(zhì)的電導(dǎo)率方面，因此具有高離子電導(dǎo)率的硫化物電解質(zhì)和氧化物固態(tài)電解質(zhì)吸引了廣泛關(guān)注。

但是隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，研究者發(fā)現(xiàn)電導(dǎo)率已不是制約固態(tài)電池發(fā)展的主要因素，界面問題與量產(chǎn)工藝才是當(dāng)下需要克服的難點(diǎn)。

硫化物和氧化物電解質(zhì)機(jī)械加工性能較差，界面接觸問題與量產(chǎn)化工藝問題遲遲無法解決，而聚合物電解質(zhì)由于具有優(yōu)良的加工特性與良好的界面接觸成為了三種技術(shù)路線中最有希望的一種。

聚合物基固態(tài)鋰離子電池在學(xué)術(shù)研究方面已經(jīng)取得了長足進(jìn)步，但是其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程仍然相對緩慢，目前尚無明確的商業(yè)化時(shí)間表。

總體來看，聚合物電解質(zhì)加工性能優(yōu)異，能與電極材料形成良好的界面接觸，但該電解質(zhì)常溫電導(dǎo)率較低，因此采用聚合物電解質(zhì)的鋰離子電池很難在60℃以下的溫度進(jìn)行工作。

硫化物固態(tài)電解質(zhì)常溫電導(dǎo)率非常高，與液態(tài)電解質(zhì)接近，加工性能較好，但是在大氣環(huán)境中不穩(wěn)定，容易與其中的水分生產(chǎn)劇毒的H2S氣體，因此整個(gè)加工過程需要在惰性氣氛保護(hù)下進(jìn)行，生產(chǎn)成本較高。

氧化物電解質(zhì)電導(dǎo)率較高，在空氣中穩(wěn)定性較好，但與電極材料界面問題有待優(yōu)化，且氧化物電解質(zhì)脆性較大，加工性能較差。

所以，雖然固態(tài)電池目前具有鋰離子電池所無法比擬的優(yōu)勢，但是全固態(tài)電池的開發(fā)仍然是一條充滿荊棘的路，目前主要存在成本高、界面接觸不良、鋰枝晶生長等問題。

成本方面，以常見的LLZO電解質(zhì)為例，LLZO電解質(zhì)當(dāng)前價(jià)格為2000$/kg，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)碳酸酯類電解液。

界面接觸方面，在全固態(tài)電池中，過渡金屬氧化物顆粒仍然是主要的正極材料，當(dāng)制成電極時(shí)，會在電極內(nèi)形成大量復(fù)雜的孔隙，傳統(tǒng)的液態(tài)電解質(zhì)能夠滲入這些孔隙，從而保證所有的活性物質(zhì)都能夠參與到電化學(xué)反應(yīng)之中。

但固態(tài)電解質(zhì)不具有流動性，因此很難保證活性物質(zhì)顆粒與固態(tài)電解質(zhì)的充分接觸，同時(shí)電池充放電過程中活性物質(zhì)的體積變化也會進(jìn)一步破壞固態(tài)電解質(zhì)與活性物質(zhì)顆粒的接觸界面，造成固態(tài)電解質(zhì)與活性物質(zhì)之間較大的接觸阻抗，影響固態(tài)鋰離子電池的性能發(fā)揮。

此外，固態(tài)電池仍然存在鋰枝晶問題，通常我們認(rèn)為固態(tài)電解質(zhì)良好的機(jī)械強(qiáng)度能夠有效的抑制Li枝晶的生長，但是研究卻表明Li枝晶仍然能夠沿著Li7La3Zr2O12與Li2S–P2S5兩類固態(tài)電解質(zhì)的晶界快速生長，往往幾十次循環(huán)就會發(fā)生內(nèi)短路，嚴(yán)重影響全固態(tài)鋰離子電池的使用壽命。

原標(biāo)題:固態(tài)電池會是新一代電池技術(shù)引領(lǐng)者嗎？