「一」

本質(zhì)上，固態(tài)電池的原理和“傳統(tǒng)”的鋰電池是相同的，都是靠著鋰離子在電池的正負(fù)兩極之間穿梭往來，實現(xiàn)充放電的功能。不同的是，固態(tài)電池中的電解質(zhì)是固態(tài)的，而傳統(tǒng)鋰電池的電解質(zhì)是液態(tài)的。

交代一下背景：根據(jù)固態(tài)電解質(zhì)材料的不同，固態(tài)電池又分成聚合物、氧化物和硫化物三大體系，其中聚合物電解質(zhì)屬于有機電解質(zhì)，氧化物與硫化物屬于無機陶瓷電解質(zhì)。

聚合物電解質(zhì)主要由聚合物基體與鋰鹽構(gòu)成，其優(yōu)點在于高溫離子電導(dǎo)率高，易于加工，電極界面阻抗可控。因此成為最先實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)方向，法國的Bollore公司和中國的清陶就是這種技術(shù)路線。但這種電池的最大缺點也是低溫離子導(dǎo)電率低，在室溫下的離子電導(dǎo)率也是三大體系中最低的，這也就嚴(yán)重制約了該類型固態(tài)電池的發(fā)展。

對比聚合物有機固態(tài)電解質(zhì)，包括氧化物與硫化物體系在內(nèi)的無機固態(tài)電解質(zhì)的電導(dǎo)率在室溫下更高，但缺點是電解質(zhì)和正負(fù)電極之間的界面電阻也遠(yuǎn)高于聚合物體系。

看似只是換了一種電解質(zhì)的形態(tài)，固態(tài)電池就如此被器重。可以說固態(tài)電池之所以招人待見，就是因為其在理論上解決了當(dāng)前困擾鋰電池，尤其是動力電池行業(yè)的兩大根本痛點，即能量密度和安全問題。

相較于傳統(tǒng)的液態(tài)電解質(zhì)電池，可以說固態(tài)電池在各方面的提升都是質(zhì)的飛躍：

一、能量密度大幅提高了。

因為使用了固態(tài)電解質(zhì)，之前與液態(tài)電解質(zhì)兼容不好的更高性能的正負(fù)極材料就可以應(yīng)用上了。例如可以將負(fù)極材料從當(dāng)前的石墨換成金屬鋰，金屬鋰作為負(fù)極材料，優(yōu)勢天差地別的：一來負(fù)極材料換成金屬鋰后要比石墨材料減輕了很大用量，二來金屬鋰的克容量高達(dá)3860mAh/g，是石墨材料(372mAh/g)的10倍，三來金屬鋰是自然界電化學(xué)勢最低的材料，對應(yīng)的正極材料選擇面更寬，可以是含鋰或不含鋰的化合物，也可以是硫或硫化物甚至是空氣(即鋰硫和鋰空電池)，理論能量密度是當(dāng)前鋰電池的10倍以上。

此外，固態(tài)電解質(zhì)的電化學(xué)窗口更寬，理論上可以達(dá)到5V，更加適應(yīng)于高電壓型正極材料，因為提高正極材料容量需要充電至高電壓以便使其脫出更多的鋰離子，而當(dāng)前三元高鎳材料的應(yīng)用已然受到了耐高壓電解液的制約，因為要提高正極材料的容量就要充到更高電壓，而高電壓就會把液態(tài)電解液氧化。

所以在有固態(tài)電解質(zhì)之后，理論上電池的比能量就可以輕松突破350Wh/kg的天花板，甚至超越400Wh/kg。

二、安全性能大幅提升。

液態(tài)電解質(zhì)中含有易燃的有機溶劑，發(fā)生內(nèi)部短路時溫度驟升容易引起燃燒，導(dǎo)致電池起火爆炸。雖然可以通過加裝溫控和防短路這樣的安全裝置起到一定預(yù)防作用，但終究是治標(biāo)不治本，無法徹底解決安全問題。

而固體電解質(zhì)材料不可燃、無腐蝕、不揮發(fā)、不存在漏液問題，也有望克服當(dāng)前困擾整個鋰電池行業(yè)的鋰枝晶問題。同時，固態(tài)電解質(zhì)的絕緣性使得其可以把電池正極與負(fù)極阻隔，從而做到有效避免正負(fù)極接觸發(fā)生短路的隱患，所以說固態(tài)電池也具有很高的安全特性。

因為固態(tài)電池具有很高的安全性，所以在系統(tǒng)集成時候就可以省去傳統(tǒng)電池PACK中很大一部分熱管理系統(tǒng)和安全管理系統(tǒng)，同時減少了組裝殼體用料。因為成組效率得到提升，進(jìn)而大幅提升整個電池PACK的系統(tǒng)能量密度。

三、循環(huán)壽命有效拉長。

固體電解質(zhì)可以避免液態(tài)電解質(zhì)在充放電過程中持續(xù)形成和生長界面膜和鋰枝晶刺穿隔膜等問題，從而有大大提升了鋰電池的循環(huán)次數(shù)和使用壽命。

根據(jù)目前已有的報導(dǎo)，薄膜型固態(tài)電池的循環(huán)次數(shù)可以達(dá)到4.5萬次的水平了。

此外，固態(tài)電池還具有工作溫度范圍寬(可以達(dá)到300度以上)，可以疊加多個電極，使單元內(nèi)串聯(lián)制備12V及24V的大電壓單體電芯成為可能，以及由于沒有廢液使二次回收更加簡單安全等優(yōu)勢。

有這些亮眼的諸多優(yōu)勢，固態(tài)電池看起來美好之極。但是，歷史經(jīng)驗告訴我們，一般前途光明的都會緊隨著道路的曲折，而前途越光明，道路就越曲折。我們必須認(rèn)識到的事實是，固態(tài)電池至今仍沒有走出實驗室階段，對于固態(tài)電池的研究，目前還是偏學(xué)術(shù)多一些。基于工程化應(yīng)用方面的技術(shù)研發(fā)甚至還處于起步階段，而要到大規(guī)模量產(chǎn)和商業(yè)化，更是需要很長的一段路要走。

拿今天清陶號稱已經(jīng)下線的小型固態(tài)電池產(chǎn)品為例，業(yè)界資深從業(yè)者、一個朋友告訴筆者，“跟這差不多的小型固態(tài)電池，日本人(豐田)大概在2005年就搞出來了。一直沒有大規(guī)模商業(yè)化的原因，就在于技術(shù)還遠(yuǎn)未成熟到這個地步。”