想必很多的人都有個共同的疑問，固態(tài)電池是一種電池么，它跟鋰硫電池什么關(guān)系?這就跟當(dāng)初很多人認(rèn)為石墨烯電池是一種全新的電池相同。實際上，這只是一種變換概念的叫法而已，在這里不做更多的解釋。我們重點對固態(tài)電池跟鋰硫電池之間的關(guān)系做一點小小的科普。

首先，我們了解原電池是由正極、負(fù)極、電解液以及外電路構(gòu)成的，也就是說在電池內(nèi)部最重要的就是正負(fù)極材料和電解液。下圖為固態(tài)電池的示意圖

圖1固態(tài)電池的結(jié)構(gòu)圖

其實所謂的固態(tài)電池，同樣也是由正負(fù)極材料和電解液三個部分組成，與傳統(tǒng)電池唯一的差別在于固態(tài)電池內(nèi)部使用的是固態(tài)的電解質(zhì)而已。例如固態(tài)鋰離子電池的正負(fù)極材料跟平常我們看到的鋰離子電池沒有什么差別，正極同樣也是使用三元，磷酸鐵鋰、錳酸鋰等，負(fù)極使用石墨、石墨烯，或者是硅碳負(fù)極(未來最有前景的負(fù)極材料，我們后面可能會專門進(jìn)行介紹)。問題來了，既然差異這么小，為何固態(tài)電池會如此的收到追捧呢?我認(rèn)為原因在于固態(tài)電池關(guān)于電池體系的安全性、能量密度和續(xù)航能力等方面都會帶來較大的提升，至少會對現(xiàn)有的鋰離子電池及鋰硫電池技術(shù)帶來一次全新的革命。然而，套用一句很時髦的網(wǎng)絡(luò)用語“理想是豐滿的，現(xiàn)實是骨感的“。下面我們對固態(tài)電池進(jìn)行一個通俗易懂的介紹：

圖2不同的固態(tài)電解質(zhì)的離子傳導(dǎo)率比較

固態(tài)電解液，重要分為無機和有機固態(tài)電解液。我們常規(guī)使用的鋰離子電池中重要是用液態(tài)的有機電解液，缺點在于有毒、怕水、電壓低。而使用無機固態(tài)電解液，最重要的優(yōu)點在于不怕水、不易燃、電壓高等。如上圖所示，我們可以看出從常溫到200°C以內(nèi)我們有很多的選擇。但是考慮到固體電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率相比于液體的有機電解液(10-2Scm-1)，我們可以看到Glass-electrolyte，Glass-ceramicelectrolyte，Li10GeP2S12，Li3.25Ge0.25P0.75S4都是很不錯的選擇。但是關(guān)于大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)而言，固態(tài)電解質(zhì)不僅要較高的離子傳導(dǎo)率，較寬的運行溫度和電壓區(qū)間，而且還要有較高的安全性和經(jīng)濟實用性。例如氧化物型固態(tài)電解液包括陶瓷材料、NASICON型等，他們被看作是未來最有可能大規(guī)模使用的固態(tài)電解液。

圖3Li10GeP2S12類型固態(tài)電解質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)

因為他們能夠供應(yīng)富鋰或者是三維的晶體結(jié)構(gòu)，能夠促進(jìn)鋰離子在固態(tài)電解質(zhì)中的傳導(dǎo)，如圖3所示。那么，如此高大上的固態(tài)電解液又有什么挑戰(zhàn)呢?以至于到現(xiàn)在都還很難大規(guī)模商業(yè)化。首先，固態(tài)的電解液和液態(tài)的電解液相比，固態(tài)的不要隔膜，可以大大的提升體積能量密度，但是鋰離子在固體中的傳導(dǎo)率比液相電解液中要低很多，所以固態(tài)電池有個通病就是倍率性能比較差，通俗點說就是，當(dāng)我們使用安裝了固態(tài)電池的汽車加速或者爬坡時，往往都是力不從心。其次，就是固態(tài)電解質(zhì)在制備的過程中，不僅要高溫，而且要嚴(yán)格的配比混合均勻，最關(guān)鍵的是關(guān)于工業(yè)化生產(chǎn)很難保證材料的一致性。另外，固態(tài)電解質(zhì)的厚度關(guān)于電池整體的性能也具有致命的影響，因為關(guān)系著鋰離子在電池內(nèi)部的擴散等等，因此在工業(yè)化生產(chǎn)過程中固體電解液的拉伸和耐壓等機械性能也是一個不小的挑戰(zhàn)，它們要始終保持成膜不能夠破碎。因此，固態(tài)電池的發(fā)展還有很長的路要走。而且，假如使用一種單一的固態(tài)電解質(zhì)很難一次性解決的所有面對的問題，所以，在未來一種高效的混合的固態(tài)電解質(zhì)策略可能被采用，因為能夠最優(yōu)化的均衡各種利弊關(guān)系，只有這樣才能在最短時間內(nèi)推進(jìn)儲能器件的發(fā)展。

總結(jié)

傳統(tǒng)的三元鋰離子電池單純從電極材料本身優(yōu)化上已經(jīng)很難突破300Wh/kg的大限。因此，在未來較短的一段時間內(nèi)，假如想要突破這一大限，我們可以換一種思路，大力發(fā)展能量密度高、且相對容易實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的鋰硫電池等新型鋰離子電池將是種不錯的選擇。實際上關(guān)于電池本身而言，這些方法代表了工業(yè)水平的進(jìn)步，它們對整體電池行業(yè)的發(fā)展具有長足的推進(jìn)用途。

最后，固態(tài)電池并不是一種電池，鋰硫電池、金屬空氣電池等都可以做成固態(tài)電池，其實就是把液電解液換成固態(tài)的電解液而已，但是就是這么簡單的一換，要全世界儲能方面的科研工作者前仆后繼，不斷努力實現(xiàn)突破!