優(yōu)勢之三：柔性化的前景。柔性電池對于消費(fèi)電子產(chǎn)品具有非常重要的意義，但是對于動力電池來說，這并不是主要需要關(guān)注的問題。如果有讀者對此方面的內(nèi)容感興趣，可以參考筆者的文章《柔性電化學(xué)儲能器件研究進(jìn)展》，儲能科學(xué)與技術(shù)，2017，Vol. 6，Issue (1): 52-68。

 

優(yōu)勢之四：更安全，可靠性更優(yōu)。消費(fèi)電子產(chǎn)品電池用量很少，但是一個手機(jī)爆炸事件就讓大家議論紛紛。而一臺電動汽車的電池用量是一個手機(jī)的千倍以上，電池使用極量大。相比于消費(fèi)品電池，動力電池服役環(huán)境更為復(fù)雜，又與人息息相關(guān)，因此其安全一直是重中之重，無論多重視也不為過。目前動力電池發(fā)展有幾個矛盾，比如能量密度提升VS安全性能的保持就是特別典型的一對：三元材料在這方面就是前者有提升，后面讓人有擔(dān)憂的典型；而磷酸鐵鋰安全性不錯，能量密度卻已臨近“天花板”，同樣讓人糾結(jié)。我國近年來的電動汽車方面的政策已經(jīng)逐漸明朗化，要求提升動力電池能量密度，然而在電池高能量密度化，同時要求倍率性能提升背景下，對于電池安全性能的要求只會越來越苛刻。固態(tài)電池有望從根本上解決鋰枝晶生成、電極材料與電解液存在復(fù)雜反應(yīng)等一系列問題，這樣可以明顯提升電池服役壽命和使用過程中的可靠性，因此十分重要。

 

鋰枝晶生成，產(chǎn)生內(nèi)短路，是電池失效的重要原因

 

說完優(yōu)點(diǎn)，再說缺點(diǎn)。

 

問題之一：快充不現(xiàn)實(shí)。筆者在這里想做一下修正——其實(shí)用“比較難”來描述固態(tài)電池快充更為貼切。相比于液態(tài)電解質(zhì)(電導(dǎo)率大多位于10-2S/cm~10-3S/cm)，固態(tài)電解質(zhì)的性能則要分散的多，從消費(fèi)電子產(chǎn)品用的最多的濺射工藝制備的LiPON薄膜(10-5~-6S/cm)到與液態(tài)電解質(zhì)性能可以媲美的硫系材料都有，而目前成熟度最高的BOLLORE的PEO基電解質(zhì)的固態(tài)動力電池(已經(jīng)商用)，其工作溫度要求要在60~80℃，原因?yàn)楹危亢芎唵?，電解質(zhì)室溫下離子導(dǎo)電性能不佳，只好提高溫度使用。不僅如此，對于電池來說，加熱需要的能量也只來自于自己的儲能，因此這會影響續(xù)航里程(冬天不敢開空調(diào)取暖是現(xiàn)在電動汽車使用的一個非常實(shí)際的問題)。綜合以上不難看出，固態(tài)電池有倍率性能很低的LiPON系列電池(實(shí)際上氧化物體系的電解質(zhì)普遍倍率性能不佳)，也可以基于硫系高性能電解質(zhì)做出倍率性能還不錯的固態(tài)鋰硫電池，但是總體來說，作為動力電源使用，固態(tài)電池在倍率性能方面還是有很多挑戰(zhàn)的。

 

典型電解質(zhì)的電導(dǎo)率-溫度變化曲線

 

問題之二：與快充緊密相關(guān)的下一個問題：界面。對于傳統(tǒng)鋰電池來說，電解液與電極材料之間的界面會發(fā)生復(fù)雜的電化學(xué)反應(yīng)，而在此處是固-液界面，傳質(zhì)等過程總體來說比較順暢。然而到了全固態(tài)電池，這個問題就變的比較麻煩了。全固態(tài)電池在此處的界面是固-固狀態(tài)，這里就涉及到了幾個核心的材料學(xué)問題：界面的潤濕、結(jié)合、熱膨脹匹配，而且這些不只是單純的科學(xué)層面上的挑戰(zhàn)——如果固態(tài)電池最后要用到汽車上，必須要解決從實(shí)驗(yàn)室到工程應(yīng)用中的一系列問題。比如——