為什么一定是固態(tài)電池

1、不燃燒，根除安全隱患

固態(tài)電池是采用固態(tài)電解質(zhì)的鋰離子電池。工作原理上，固態(tài)鋰電池和傳統(tǒng)的鋰電池并無(wú)區(qū)別：傳統(tǒng)的液態(tài)鋰電池被稱(chēng)為“搖椅式電池”，搖椅的兩端為電池的正負(fù)兩極，中間為液態(tài)電解質(zhì)，鋰離子在電解液中遷移來(lái)完成正負(fù)極間的穿梭實(shí)現(xiàn)充放電，而固態(tài)電池的電解質(zhì)為固態(tài)，相當(dāng)于鋰離子遷移的場(chǎng)所轉(zhuǎn)到了固態(tài)的電解質(zhì)中。固態(tài)電解質(zhì)是固態(tài)電池的核心。

固態(tài)電解質(zhì)不可燃燒，極大提高電池安全性。與傳統(tǒng)鋰電池相比，全固態(tài)電池最突出的優(yōu)點(diǎn)是安全性。固態(tài)電池具有不可燃、耐高溫、無(wú)腐蝕、不揮發(fā)的特性，避免了傳統(tǒng)鋰離子電池中的電解液泄露、電極短路等現(xiàn)象，降低了電池組對(duì)于溫度的敏感性，根除安全隱患。同時(shí)，固態(tài)電解質(zhì)的絕緣性使得其良好地將電池正極與負(fù)極阻隔，避免正負(fù)極接觸產(chǎn)生短路的同時(shí)能充當(dāng)隔膜的功能。

2、兼容高容量正負(fù)極+輕量化電池系統(tǒng)，推動(dòng)能量密度大飛躍

更寬的電化學(xué)窗口，更易搭載高電壓正極材料：提高正極材料容量需要充電至高電壓以便脫出更多的鋰，目前針對(duì)鈷酸鋰的電解質(zhì)溶液可以充電到4.45V，三元材料可以充電到4.35V，繼續(xù)充到更高電壓，液態(tài)電解液會(huì)被氧化，正極表面也會(huì)發(fā)生不可逆相變，三元811電池的推廣目前便受到了耐高壓電解液的制約。而固態(tài)電解質(zhì)的電化學(xué)窗口更寬，可達(dá)到5V，更加適應(yīng)于高電壓型電極材料。隨著正極材料的持續(xù)升級(jí)，固態(tài)電解質(zhì)能夠做出較好的適配，有利于提升電池系統(tǒng)的能量密度

兼容金屬鋰負(fù)極，提升能量密度上限：高容量與高電壓的特性，讓金屬鋰成為繼石墨與硅負(fù)極之后的“最終負(fù)極”。為了實(shí)現(xiàn)更高的能量密度目標(biāo)，以金屬鋰為負(fù)極的電池體系已成為必然選擇。因?yàn)椋?br/>
(1)鋰金屬的克容量為3860mAh/g，約為石墨(372mAh/g)的10倍，

(2)金屬鋰是自然界電化學(xué)勢(shì)最低的材料，為-3.04V。同時(shí)其本身就是鋰源，正極材料選擇面更寬，可以是含鋰或不含鋰的嵌入化合物，也可以是硫或硫化物甚至空氣，分別對(duì)應(yīng)能量密度更高的鋰硫和鋰空電池，理論能量密度接近當(dāng)前電池的10倍。

固態(tài)電解質(zhì)在鋰金屬負(fù)極應(yīng)用上的優(yōu)勢(shì)

鋰金屬負(fù)極在當(dāng)前傳統(tǒng)液態(tài)電池體系難以實(shí)現(xiàn)。鋰金屬電池的研究最早可追溯到上世紀(jì)60年代，并在20世紀(jì)70年代已成功開(kāi)發(fā)應(yīng)用于一次電池。而在可充放電池領(lǐng)域，金屬鋰負(fù)極在液態(tài)電池中存在一系列技術(shù)問(wèn)題至今仍缺乏有效的解決方法，比如金屬鋰與液態(tài)電解質(zhì)界面副反應(yīng)多、SEI膜分布不均勻且不穩(wěn)定導(dǎo)致循環(huán)壽命差，金屬鋰的不均勻沉積和溶解導(dǎo)致鋰枝晶和孔洞的不均勻形成。

固態(tài)電解質(zhì)在解決鋰金屬負(fù)極應(yīng)用問(wèn)題上被科學(xué)界寄予厚望。研究者把解決金屬鋰負(fù)極的應(yīng)用問(wèn)題寄希望于固態(tài)電解質(zhì)的使用，主要思路是避免液體電解質(zhì)中持續(xù)發(fā)生的副反應(yīng)，同時(shí)利用固體電解質(zhì)的力學(xué)與電學(xué)特性抑制鋰枝晶的形成。此外，由于固態(tài)電解質(zhì)將正極與負(fù)極材料隔離開(kāi)，不會(huì)產(chǎn)生鋰枝晶刺破隔膜的短路效應(yīng)。總而言之，固態(tài)電解質(zhì)對(duì)于鋰金屬負(fù)極擁有更好的兼容性，鋰金屬材料將在固態(tài)電池平臺(tái)上率先應(yīng)用。

減輕系統(tǒng)重量，能量密度進(jìn)一步提升。固態(tài)電池系統(tǒng)重量減少進(jìn)一步提升能量密度。動(dòng)力電池系統(tǒng)需要先生產(chǎn)單體，單體封裝完成后將單體之間進(jìn)行串聯(lián)組裝。若先在單體內(nèi)部進(jìn)行串聯(lián)，則會(huì)導(dǎo)致正負(fù)極短路與自放電。固態(tài)電池電芯內(nèi)部不含液體，可實(shí)現(xiàn)先串并聯(lián)后組裝，減少了組裝殼體用料，PACK設(shè)計(jì)大幅簡(jiǎn)化。此外，由于徹底的安全特性，BMS等溫控組件將得以省去，并可通過(guò)無(wú)隔膜設(shè)計(jì)進(jìn)一步為電池系統(tǒng)“減負(fù)”。

3、固態(tài)電池是最有希望率先產(chǎn)業(yè)化的下一代電池技術(shù)

固態(tài)電池體系革命更小。鋰硫電池、鋰空氣等體系需更換整個(gè)電池結(jié)構(gòu)框架，難題更多也更大，而固態(tài)電池主要在于電解液的革新，正極與負(fù)極可繼續(xù)沿用當(dāng)前體系，實(shí)現(xiàn)難度相對(duì)小。鋰金屬負(fù)極兼容，通過(guò)固態(tài)電解質(zhì)實(shí)現(xiàn)。鋰硫、鋰空氣均需采用鋰金屬負(fù)極，而鋰金屬負(fù)極更易在固態(tài)電解質(zhì)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)。固態(tài)電池作為距離我們最近的下一代電池技術(shù)已成為科學(xué)界與產(chǎn)業(yè)界的共識(shí)，是后鋰電時(shí)代的必經(jīng)之路。