“一夜爆红”的固态电池，原理是什么？

来源：宝石部落　2022-03-21 09:59:22

在固态离子学中，固态电池是一种使用固体电极和固体电解液的电池。固态电池一般功率密度较低，能量密度较高。由于固态电池的功率重量比较高，所以它是电动汽车很理想的电池。

固态电池具有发展的必然性。固态电池采用不可燃的固态电解质替换了可燃性的有机液态电解质，大幅提升了电池系统的安全性，同时能够更好适配高能量正负极并减轻系统重量，实现能量密度同步提升。在各类新型电池体系中，固态电池是距离产业化最近的下一代技术，这已成为产业与科学界的共识。

固态电池产业化阶段尚处早期，但有望在未来超速发展。当前已实现小部分商业化的固态电池产品对比传统锂电暂未形成足够的竞争优势，而未来固态电池将走阶段发展的路线，从特殊领域逐渐往动力电池过渡，并且随着国际巨头的加速布局，固态电池将进入发展的快速轨道。

如今多数纯电动汽车，采用的电池组是以锂电池为主，其中的结构是充满在电池内部的电解液。电解液是锂离子来回移动的通道，锂离子电池的充放电过程，就是锂离子的嵌入和脱嵌过程。在锂离子的嵌入和脱嵌过程中，同时伴随着与锂离子等量电子的嵌入和脱离。在充放电过程中，锂离子在正、负极之间往返嵌入与脱离嵌入的循环。

而当电池在充电时，正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。

固态电池与目前主流的传统锂离子电池最大的不同在于电解质。固态电池则是使用固体电解质，替代了传统锂离子电池的电解液和隔膜。而传统锂离子电池主要由正负极材料、电解液和隔膜组成。正负极材料决定了电池的容量，电解液及隔膜作为传输锂离子的介质。

下面通过这个视频，我们来认识一下固态电池：

视频来源：宝石部落

固态电池体系革命更小。锂硫电池、锂空气等体系需更换整个电池结构框架，难题更多也更大，而固态电池主要在于电解液的革新，正极与负极可继续沿用当前体系，实现难度相对小。锂金属负极兼容，通过固态电解质实现。锂硫、锂空气均需采用锂金属负极，而锂金属负极更易在固态电解质平台实现。

从电介质材料来看，目前已经在使用或接近商用的固态电池的电解质有聚合物、硫化物和氧化物三种，氧化物固态电池是综合前景最好的。

天风证券在去年8月的一份报告中表示，氧化物电解质的优势是稳定性好，循环寿命长（可达1000次以上），能量密度较高，倍率性能较好，同时成本较低；主要缺陷是界面接触问题尚未完美解决。

相比之下，硫化物电解质工业化较难，与电极接触时的界面阻抗普遍较高；聚合物电池在移动电源市场上已经做到了量产，但是充电倍率较差，能量密度较低。

展望未来发展趋势，技术上步步为营，应用上梯次渗透，固态电池阶段发展之路已经明晰。结构上，现阶段电池体系包含部分液态电解质以取长补短。而技术发展过程中将逐渐减少液体的使用，从半固态电池到准固态电池，最终迈向无液体的全固态电池。应用领域上，有望率先发挥安全与柔性优势，应用于对成本敏感度较小的微电池领域，如RFID、植入式医疗设备、无线传感器等；技术进步后，再逐渐向高端消费电池渗透；随着产品的成熟，最终大规模踏入电动车与储能市场，从高端品牌往下渗透，实现下游需求的全面爆发。

电池已经成为包括新能源汽车在内许多现代电子产品的一大短板。锂电产业链是一个至少还有10年良好前景的行业，而新技术的开发与崛起也将不断强化行业的估值与前景。在行业看好与多方布局之下，固态电池产业有望获得超速发展。固态电池承载着电池安全与能量全面提升的光荣使命，未来有望成为行业的新爆发点与关键性技术保障。

标签：锂离子电池能量密度电动汽车

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