传统锂电池什么是固态电池？厂家竞相研发，传统锂电池将面临挑战|上海羊羽卓进出口贸易有限公司

什么是固态电池？厂家竞相研发，传统锂电池将面临挑战

关于固态电池的新闻，最近网上讨论的非常火热，主要原因还是新能源汽车越来越火爆。关于新能源汽车，网上的吐槽也一直不断，常被贴上续航短、自燃等标签，而这些问题主要来源于电池。对此，众多厂家开始陆续推出固态电池，喊出了长续航更安全的口号。

究竟什么是固态电池？新能源汽车用上它真的能更安全吗？续航甚至达到厂家说的1000公里以上吗？在了解固态电池之前，先聊聊传统的锂电池，也就是现在汽车广泛使用的液态锂电池。先来了解下它是如何工作的。

液态锂离子电池主要由正极、负极、电解液和隔膜组成。以钴酸锂石墨电池为例，正极主要由钴酸锂材料组成，负极主要由石墨组成。钴酸锂及石墨都具有层状结构。

在充电时，锂离子从正极材料钴酸锂中脱出，同时释放一个电子。钴的价态从+3价氧化到+4价，脱出的锂离子经电解质嵌入石墨负极，释放的电子经由外电路转移至负极，从而维持电荷平衡。放电过程中，锂离子从负极材料中脱出，经由电解质嵌入正极。钴的价态从+4价还原为+3价，同时释放一个电子。电池经外电路转移至正极，达到电荷平衡。

锂离子电池的原理大概清楚了，为什么液态锂离子电池会存在自燃、续航短等问题？这都得从它的电解液说起。由于液态锂离子电池的电解液为有机溶剂，主要为碳酸酯类溶剂，目前常用的有碳酸二甲酯、碳酸乙烯酯等。但这些电解质溶剂不耐高电压，容易氧化分解，且这些有机溶剂本身易燃，当发生漏液或热失控时，容易出现起火甚至爆炸。

另外目前，电池的容量主要受正极材料的影响，而液态电解液体系限制了高电压正极材料的使用，进一步限制了电池能量密度提升，由此带来里程焦虑，电池容量难以得到提升。

此外液态锂离子电池的正负极依靠高分子隔膜隔开，电池内部产生的副反应会使得材料结构不稳定，可能造成短路。而固态锂离子电池采用固体电解质，石墨负极隔膜电解液正极，负极中负极中固态正极中正极中固态电活性物电解质固态电活性物。

图1液态电池与固态电池内部结构对比图[3]。替代传统电解液体系和隔膜，减少了电解质用量，缩短了电池质量和体积。

另外由于不存在液态电解液易挥发、易燃等问题，固态锂电池可以使用能量密度更高的高镍三元材料，甚至金属负极材料，可以显著提升电池能量密度。

由于固态电解质是固态锂电池的基础，因此研发对锂离子具有优异传导性的固态电解质材料，是实现固态锂电池商业化的关键。目前行业常用的固态电解质有硫化物材料、氧化物材料以及聚合物材料，不同固态电解质也各有利弊。

但目前全世界多个龙头企业都在发展硫化物固态电解质，包括宁德时代、比亚迪、日本丰田、松下、韩国三星、LG化学等。虽说固态电池前景广阔，但目前技术上依旧存在很多难点。由于固态电池为固固接触，电解质与电极界面阻抗过高，导致电池内阻明显增加，甚至可能造成电池内短路。

另外固态电池通过固体传导锂离子，锂离子传输效果相对较差，存在室温离子电导率低、循环性能差等问题。目前解决办法主要是添加部分电解液来改善界面阻抗以及室温离子电导率低等问题。这也是现在很多厂家即将推出的半固态电池。

从短期来看，半固态是实现更为现实的发展路径。一旦半固态电池量产装车，若成本水平与现有锂离子电池体系持平，将对传统动力电池产业造成巨大冲击。

传统锂电池将淡出舞台厂商需要新技术

| 责编：魏景芳

据外媒iMore报道，相比于智能手机的性能和设计提升，用户更关心电池续航时间。当前的电池技术发展已经遇到瓶颈，新型的产品可能在未来几年内走进现实。

新型电池技术将面世（图片来自iMore）

iMore引述美国储能研究联合中心的研究称，传统的锂电池经过一段时间的使用后会产生锂金属积淀，影响锂电池阳极，降低电池容量并导致膨胀、爆炸的风险，故而无法长久使用。此外，如今的手机已经足够纤薄，电池空间提升已非常有限。

美国加州大学等科研机构正在开展对锂硫电池的研究，使用锂硫替代传统锂聚合物，不仅能获得更高的充电能力，还会减少锂金属沉积物的产生，增强稳定性。这种设计只需在硫化物上添加一层薄薄的二氧化硅，使硫与电解质分离，轻易通过电极之间。目前，很多的相关研究已经展开，实际应用的日期越来越近。

新型电池技术将面世（图片来自iMore）

此外，SolidEnergy公司主推的锂金属阳极技术也是一种可行方案，其本质在于缩减锂电池体积，能够让手机既保持轻薄设计，又拥有更大容量的电池。SolidEnergy研发的“anodeless”电池比主流手机采用的锂电池体积小很多，据称电池密度也比石墨阳极性能高50%。SolidEnergy的产品预计在明年推向市场。

无论手机厂商如何优化内部设计、降低功耗，电池续航的难题已无法避免。随着锂硫电池、锂金属阳极电池等技术的面世，无续航担忧的智能手机有望很快到来。