固態(tài)電池是下一代電池，可以取代當(dāng)前大多數(shù)智能手機(jī)和電動(dòng)汽車(chē)中使用的鋰離子電池。由于這種電池是由固態(tài)電解質(zhì)而不是液態(tài)電解質(zhì)組成的，因此它能夠大大地減少著火或爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。電池通常會(huì)在內(nèi)部液體溢出與外面的空氣或水接觸的時(shí)候發(fā)生爆炸。

由于電池爆炸問(wèn)題是智能手機(jī)包括三星Galaxy和蘋(píng)果iPhone長(zhǎng)期存在的問(wèn)題，因此人們很關(guān)注下一代電池的發(fā)展。去年，在多起GalaxyNote7手機(jī)電池爆炸事件發(fā)生后，三星停止了生產(chǎn)這款手機(jī)。

“固態(tài)電池是鋰離子電池最現(xiàn)實(shí)的可替代產(chǎn)品，因?yàn)樵谶^(guò)去10年中，固態(tài)電池的發(fā)展速度要比其他下一代電池的發(fā)展速度更快。”LG經(jīng)濟(jì)研究機(jī)構(gòu)的一名分析師說(shuō)。

但是，固態(tài)電池將需要很長(zhǎng)的時(shí)間才能被應(yīng)用到汽車(chē)上。而且，它必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的安全檢測(cè)，因?yàn)樗苯雨P(guān)系到司機(jī)的生命安全。

“這種電池將會(huì)率先在智能手機(jī)上應(yīng)用，等到它的安全性被完全證實(shí)后，才會(huì)推廣到電動(dòng)汽車(chē)中。這種電池在汽車(chē)上的應(yīng)用可能要等到2025年。”三星SDI公司的一名消息人士說(shuō)。

目前，日本汽車(chē)制造商豐田擁有全世界最先進(jìn)的固態(tài)電池技術(shù)。它的東富士技術(shù)中心有大約200個(gè)工程師在研發(fā)固態(tài)電池。它希望到2020年左右對(duì)這種電池進(jìn)行商業(yè)化推廣。

與豐田不同，三星SDI公司和LGChem可能會(huì)先推出針對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的“類(lèi)固體電池”，而不是直接批量生產(chǎn)固態(tài)電池。專(zhuān)家稱(chēng)，這種類(lèi)固態(tài)電池包含有一部分液態(tài)電解質(zhì)，它的安全性高于鋰離子電池，而且比固態(tài)電池易于生產(chǎn)。
 

固態(tài)電解液，主要分為無(wú)機(jī)和有機(jī)固態(tài)電解液。我們常規(guī)使用的鋰離子電池中主要是用液態(tài)的有機(jī)電解液，缺點(diǎn)在于有毒、怕水、電壓低。而使用無(wú)機(jī)固態(tài)電解液，最主要的優(yōu)點(diǎn)在于不怕水、不易燃、電壓高等。如上圖所示，我們可以看出從常溫到200°C以?xún)?nèi)我們有很多的選擇。但是考慮到固體電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率相比于液體的有機(jī)電解液(10-2Scm-1)，我們可以看到Glass-electrolyte，Glass-ceramicelectrolyte，Li10GeP2S12，Li3.25Ge0.25P0.75S4都是很不錯(cuò)的選擇。但是對(duì)于大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)而言，固態(tài)電解質(zhì)不僅需要較高的離子傳導(dǎo)率，較寬的運(yùn)行溫度和電壓區(qū)間，而且還要有較高的安全性和經(jīng)濟(jì)實(shí)用性。例如氧化物型固態(tài)電解液包括陶瓷材料、NASICON型等，他們被看作是未來(lái)最有可能大規(guī)模使用的固態(tài)電解液。

因?yàn)樗麄兡軌蛱峁└讳嚮蛘呤侨S的晶體結(jié)構(gòu)，能夠促進(jìn)鋰離子在固態(tài)電解質(zhì)中的傳導(dǎo)，如圖3所示。那么，如此高大上的固態(tài)電解液又有哪些挑戰(zhàn)呢?以至于到現(xiàn)在都還很難大規(guī)模商業(yè)化。首先，固態(tài)的電解液和液態(tài)的電解液相比，固態(tài)的不需要隔膜，可以大大的提升體積能量密度，但是鋰離子在固體中的傳導(dǎo)率比液相電解液中要低很多，所以固態(tài)電池有個(gè)通病就是倍率性能比較差，通俗點(diǎn)說(shuō)就是，當(dāng)我們使用安裝了固態(tài)電池的汽車(chē)加速或者爬坡時(shí)，往往都是力不從心。其次，就是固態(tài)電解質(zhì)在制備的過(guò)程中，不僅需要高溫，而且需要嚴(yán)格的配比混合均勻，最關(guān)鍵的是對(duì)于工業(yè)化生產(chǎn)很難保證材料的一致性。另外，固態(tài)電解質(zhì)的厚度對(duì)于電池整體的性能也具有致命的影響，因?yàn)殛P(guān)系著鋰離子在電池內(nèi)部的擴(kuò)散等等，因此在工業(yè)化生產(chǎn)過(guò)程中固體電解液的拉伸和耐壓等機(jī)械性能也是一個(gè)不小的挑戰(zhàn)，它們需要始終保持成膜不能夠破碎。因此，固態(tài)電池的發(fā)展還有很長(zhǎng)的路要走。而且，如果使用一種單一的固態(tài)電解質(zhì)很難一次性解決的所有面臨的問(wèn)題，所以，在未來(lái)一種高效的混合的固態(tài)電解質(zhì)策略可能被采用，因?yàn)槟軌蜃顑?yōu)化的均衡各種利弊關(guān)系，只有這樣才能在最短時(shí)間內(nèi)推進(jìn)儲(chǔ)能器件的發(fā)展。