動力電池是新能源汽車的心臟，動力電池性能對整車性能起著決定性的作用。

在當前鋰離子電池體系下，依靠高鎳三元正極、硅碳負極和電解液的組合將在3-5年內達到性能極限(能量密度上限350Wh/Kg)，但仍無法徹底滿足動力電池對安全性、能量密度與成本的要求。

而由于固態電池在安全性與能量密度方面具備更大潛力，近年來受到了學術界與產業界的廣泛關注。

今天我們就來對固態電池的原理、優點、研發現狀、前景等方面進行系統性的了解，揭示重視固態電池的必要性。

固態鋰電池VS傳統鋰電池

固態鋰電池指電池電解質部分采用固態材料的鋰二次電池。固態電池與傳統鋰離子電池不同在于固態電池以固態電解質替代了傳統鋰離子電池的電解液、電解質鹽、隔膜。

一直以來，安全性、能量密度和循環壽命是對動力電池的三大要求。由于固態電池在這三方面均具備優于傳統鋰離子電池的潛力，因此也被視為下一代電池技術：

固態電池優點一：安全性高，無自燃、爆炸風險。采用有機電解液的傳統鋰離子電池，在過度充電、內部短路等異常情況下容易導致電解液發熱，有自燃甚至爆炸的危險。全固態鋰電池基于固態材料不可燃、無腐蝕、不揮發、不存在漏液問題，且有望克服鋰枝晶現象。半固態、準固態電池仍存在一定的可燃風險，但安全性也較液態電解液電池提高。

固態電池優點二：能量密度高，有望徹底解決電動汽車里程焦慮。目前技術體系下鋰離子電池已經接近性能極限，特斯拉NCA18650電芯能量密度達到250Wh/Kg，應用于Model3的21700電芯能量密度約300Wh/Kg，支持的續航里程約400至500公里，仍無法徹底解決里程焦慮。

而對于固態電池而言，一方面固態電解質無需隔膜與電解液，這兩部分在傳統鋰離子電池中加起來占據近40%的體積和25%的質量，另一方面由于沒有漏液、腐蝕等問題，可以簡化電池外殼及冷卻系統模塊，進一步減輕電池系統重量。此外，配套新的正負極材料可以使得電化學窗口達到5V以上，可以從根本上提高能量密度，有望達到500Wh/Kg，同等電池容量的情況下有望將續航里程提高到600至700公里。

此外，固態電池還具有循環壽命長、工作溫度范圍寬、可快速充電等優點。

按照電解質材料的不同，固態電池可以分為聚合物、氧化物和硫化物三大體系。其中聚合物電解質屬于有機電解質，氧化物和硫化物屬于無機陶瓷電解質?？傮w來說，聚合物電解質技術最成熟，已經率先實現小規模量產，但是理論能量密度不及其他兩類電解質;氧化物電解質性能優于聚合物電解質，但薄膜型氧化物電池容量較小、只能應用于消費類電子領域，非薄膜型氧化物電池技術相對還不夠成熟;硫化物電解質理論上最適合于電動汽車領域，但是開發難度最大。

按照正負極材料的不同，固態電池還可以進一步分為固態鋰離子電池(沿用當前鋰離子電池材料體系，如石墨+硅碳負極、三元正極等)和固態鋰金屬電池(以金屬鋰為負極)。由于固態鋰離子電池與當前的電池體系最為接近，日韓本身又擁有成熟的鋰電產業鏈，因此目前日韓企業大多采用硫化物+固態鋰離子電池的路線。而歐美初創企業則立足于顛覆性的技術，大多采用聚合物/氧化物+固態鋰金屬電池的路線。