傳統(tǒng)鋰離子電池中，需要使用隔膜和電解液?jiǎn)幔?/h1>
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-05-11 09:50
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而如果把它們用固態(tài)電解質(zhì)取代（主要有有機(jī)和無機(jī)陶瓷材料兩個(gè)體系），正負(fù)極之間的距離（傳統(tǒng)上由隔膜電解液填充，現(xiàn)在由固態(tài)電解質(zhì)填充）可以縮短到甚至只有幾到十幾個(gè)微米，這樣電池的厚度就能大大地降低 --因此全固態(tài)電池技術(shù)是電池小型化，薄膜化的必經(jīng)之路。
不僅如此，很多經(jīng)過物理/化學(xué)氣相沉積（PVD/CVD）制備的全固態(tài)電池，其整體厚度可能只有幾十個(gè)微米，因此就可以制成非常小的電源器件，整合到MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）領(lǐng)域中。
能夠制成體積非常小的電池也是全固態(tài)電池技術(shù)的一大特色，這可以方便電池適應(yīng)各種新型小尺寸智能電子設(shè)備的應(yīng)用，而在這一點(diǎn)上傳統(tǒng)的鋰離子電池的技術(shù)是很難達(dá)到的。
目前許多納米材料實(shí)用的一大關(guān)鍵障礙就在于比表面積大，體積密度過低，導(dǎo)致如果基于這些材料制成產(chǎn)品，往往相同質(zhì)量下占據(jù)體積過大，即體積能量密度偏低，完全無法滿足一般工業(yè)品的要求。
所以現(xiàn)在的納米（電池）材料科研中往往選擇了不報(bào)道這方面的參數(shù)，原因不難理解。
優(yōu)勢(shì)之二：柔性化的前景
全固態(tài)電池可以經(jīng)過進(jìn)一步的優(yōu)化，變成柔性電池，從而帶來更多的功能和體驗(yàn)。
實(shí)際上，即使是脆性的陶瓷材料，在厚度薄到毫米級(jí)以下后經(jīng)常是可以彎曲的，材料會(huì)變得有柔性。
相應(yīng)的，全固態(tài)電池在輕薄化后柔性程度也會(huì)有明顯的提高，通過使用適當(dāng)?shù)姆庋b材料（不能是鋼性的外殼），制成的電池可以經(jīng)受幾百到幾千次的彎曲而保證性能基本不衰減。
實(shí)際上，以各種可穿戴設(shè)備為代表的柔性電子器件是下一代電子產(chǎn)品發(fā)展的重要方向，而這就要求該產(chǎn)品中的元件同樣需要具有柔性，因此柔性全固態(tài)電池是科研與工業(yè)界中，非常有前景的明日之星。
不僅如此，功能化的全固態(tài)電池潛力遠(yuǎn)不只以上的柔性電池，經(jīng)過電池材料結(jié)構(gòu)優(yōu)化可以制成透明電池，或者是拉伸幅度可達(dá)300%的可拉伸電池，或是可以和光伏器件集成化的發(fā)電-存儲(chǔ)一體化器件等等--全固態(tài)電池所意味的功能上的創(chuàng)新應(yīng)用前景還有很多，在這方面科研人員與工程師們的想像力會(huì)給我們帶來越來越多的驚喜。
優(yōu)勢(shì)之三：更安全
作為一種能量存儲(chǔ)器件，實(shí)際上所有電池在熱力學(xué)實(shí)質(zhì)上都不可能是絕對(duì)安全的。
但是電池實(shí)際應(yīng)用中的決定其真正安全性的因素是多方面的，影響因素包括電池的電極材料特性、電解液的性質(zhì)，以及電子產(chǎn)品中的電池管理系統(tǒng)等。
目前一般商用的鋰離子的安全性是大家關(guān)心的重點(diǎn)，在這里用“不夠理想”來評(píng)價(jià)現(xiàn)在電池的安全性，應(yīng)該是一個(gè)比較合適的評(píng)價(jià)。
優(yōu)勢(shì)之四：輕--能量密度高
使用了全固態(tài)電解質(zhì)后，鋰離子電池的適用材料體系也會(huì)發(fā)生改變，其中核心的一點(diǎn)就是可以不必使用嵌鋰的石墨負(fù)極，而是直接使用金屬鋰來做負(fù)極，這樣可以明顯減輕負(fù)極材料的用量，使得整個(gè)電池的能量密度有明顯提高。
此外，許多新型高性能電極材料，可能之前與現(xiàn)有的電解液體系的兼容性并不好，但是在使用全固態(tài)電解質(zhì)后該問題可以得到一定的緩解。
綜合考慮到以上兩大因素，全固態(tài)電池相比于一般鋰離子電池，能量密度可以有一個(gè)較大幅度的提升：現(xiàn)在許多實(shí)驗(yàn)室中，都已經(jīng)可以小規(guī)模批量試制出能量密度為300-400Wh/kg的全固態(tài)電池了（一般鋰離子電池是100-220Wh/kg）。
從能量密度的數(shù)據(jù)上看，或許全固態(tài)電池真的有希望讓我們的生活從“一天一充”升級(jí)到“兩天一充”。
諸多挑戰(zhàn)
固態(tài)電池發(fā)展目前面臨著諸多挑戰(zhàn)，由于固態(tài)電池的電解質(zhì)材料均為固體，導(dǎo)電過程是點(diǎn)接觸，因此電池制造過程中需解決基于界面阻抗的問題。
此外，因所有電池在充電和放電過程中均會(huì)產(chǎn)生體積膨脹和收縮，液態(tài)電池的忍耐度較大，但固態(tài)電池有可能會(huì)出現(xiàn)裂開的情況，就現(xiàn)階段技術(shù)水平而言，固態(tài)電池的循環(huán)設(shè)備還有較大的提升空間。
問題之一：成本依然偏高，制備工藝復(fù)雜，技術(shù)不夠成熟
目前的全固態(tài)鋰電池的電解質(zhì)主要有有機(jī)和無機(jī)兩大體系，成本總體偏高，尤其是無機(jī)體系的電池很多采用CVD/PVD等復(fù)雜的工藝制備，生產(chǎn)（沉積薄膜）速度慢，成本昂貴，單體電池容量很小，往往只適合做小型電子器件用的電池。
不僅如此，全固態(tài)電池現(xiàn)在的制備技術(shù)成熟度總體一般，能形成規(guī)模產(chǎn)能的企業(yè)非常有限，技術(shù)規(guī)模化擴(kuò)產(chǎn)需要克服的困難還有很多，仍處于推廣發(fā)展期。
問題之二：快充不現(xiàn)實(shí)
目前全固態(tài)電池的倍率性能整體偏低，內(nèi)阻較大，高倍率放電時(shí)壓降較大，如果想指望該類技術(shù)能在近期解決電池快充的問題，基本上是不可能的。
目前市面上有些使用全固態(tài)電池的產(chǎn)品，實(shí)際上都不是在室溫下工作的，最典型的例子就是法國(guó)已經(jīng)在運(yùn)行的3000余輛使用全固態(tài)電池的出租車（電芯能量密度可以達(dá)到260Wh/kg，優(yōu)于現(xiàn)在商用的普通鋰離子電池）。
問題之三：暫時(shí)無法大規(guī)模商業(yè)化
作為電動(dòng)汽車電池的資深專家，全電池咨詢公司總裁梅納海姆·安德曼指出：“當(dāng)前，電動(dòng)汽車采用的固態(tài)電池仍處于研究階段，目前還無法確定商業(yè)化的時(shí)間表，由于固態(tài)電池不太可能選用鋰離子電池所用的各種化學(xué)材料，預(yù)計(jì)其售價(jià)將非常高，而且量產(chǎn)難度也很大。”
此外，雖然豐田方面表示，固態(tài)電池的充電時(shí)間比鋰電池縮短一倍，但與此同時(shí)，固態(tài)電池的性能極易受溫度影響。也就是說，固態(tài)電池很可能在溫度稍高的情況下才能實(shí)現(xiàn)真正的快充效果。
因此，不少業(yè)內(nèi)人士也對(duì)豐田的計(jì)劃持懷疑態(tài)度，認(rèn)為豐田量產(chǎn)固態(tài)電池組難度不小。
上述這些說法似乎驗(yàn)證了馬斯克所言非虛，“固態(tài)電池技術(shù)并未上路，還處在研發(fā)階段”。不過，雖然目前還無法確定豐田致力于開發(fā)的固態(tài)電池將走向何方，但如果豐田能真正推動(dòng)其發(fā)展并應(yīng)用，電動(dòng)汽車電池行業(yè)將迎來顛覆性的變革，就如同當(dāng)年豐田推出普銳斯，一舉占據(jù)了混合動(dòng)力汽車市場(chǎng)的半壁江山一樣。
