[汽車之家 新能源]  新年伊始，多家車企紛紛推出續航1000公里的電池，隨后卻被中科院院士炮轟“夸大營銷”。事實上，目前業內主流觀點認為，鋰離子電池已經到達極限，固態電池才是未來電池技術的發展方向。那么，固態電池究竟是什么？電池的安全問題解決了嗎？用戶是否還要為里程而焦慮？何時才能量產等等？本篇文章將為你一一解答。

快速了解全文：

　　★ 固態電池最大的優點是安全性高、能量密度大；缺點則是成本較高、難以快充；

　　★ 固態電池大規模商用預計會在2025-2030年以后；

　　★ 目前三元鋰電池的能量密度已接近極限，全固態鋰電池有望成為下一代主流產品；

　　★ 豐田在固態電池領域積淀深厚，近年來中國的企業也在奮力直追。

　　★ 蔚來推出的“固態電池”為半固態鋰離子電池，與全固態鋰電池有本質上的區別。

1、 什么是固態電池？

　　事實上，固態電池和傳統鋰電池（三元鋰、磷酸鐵鋰電池等）的工作原理是相同的，都是靠著鋰離子在電池的正負兩極之間反復轉移，從而實現充放電功能。業內也形象的將其稱為“搖椅式電池”，鋰離子就像運動員一樣，在搖椅的兩端來回奔跑。而兩者不同的是，固態電池的電解質是固態，而傳統鋰電池的電解質是液態。

　　大家都知道，傳統（液態）鋰離子電池由正極（三元材料或磷酸鐵鋰）、負極（石墨或硅碳）、電解液（碳酸酯類和六氟磷酸鋰）、隔膜（多孔聚烯烴）組成。在工作時，除了需要液態電解質來傳導鋰離子，還需要隔膜來隔絕正、負電極，從而避免系統短路。

　　而固態鋰電池則是采用固態電解質來代替電解液和隔膜，在結構上更簡單且具有較好的絕緣性，能夠有效避免因正、負極接觸而發生短路現象。當然，固態電池并非只是更換電解質那么簡單，其正、負極材料也會根據化學特性進行重新匹配，從而達到更高的綜合性能表現。

　　需要注意的是，根據液態電解質質量百分比含量，固態電池還分為了“半固態”、“準固態”、“全固態”三大類。可以看出，“固態電池”和“全固態電池”之間是包含關系，就好比“鋰電池”和“鋰離子電池”一樣。

　　再往下細分，全固態電池又分為了“全固態鋰一次電池”和“全固態鋰二次電池”，其中前者已經投入商用（不可循環使用）；而后者則是目前行業內重點研究的對象。其中，全固態鋰二次電池根據正負極材料的不同，又分為了全固態鋰離子電池和全固態鋰金屬電池。總的來說，固態電池是一個較大的門類，并不能一概而論。（注：目前大家普遍認為固態電池就是全固態鋰電池，這是錯誤的）

2、固態電池有哪些優點？

　　在了解固態電池的優點前，先讓我們回顧下當下鋰離子電池的“痛點”，相信大家脫口而出肯定是“里程焦慮”和“不安全”。事實上，傳統（液態）鋰離子電池的能量密度和熱失控一直是其發展道路上的“攔路虎”，而固態電池則在這兩方面都有了質的提升。

　　● 安全性較高：液態電解質中含有易燃的有機溶劑，系統內部短路時容易造成安全隱患。而固態電解質具有不可燃、無腐蝕、不揮發、不存在漏液等特性，還擁有不錯的絕緣性，并且在高溫下不發生副反應，因此安全性相比傳統（液態）鋰電池有了質的提升。

　　● 能量密度高：由于固態電池沒有隔膜和電解液，節約了近40%的體積和25%的質量，從而可以提升電池組的能量密度。此外，再配合新的正、負極材料，比如鋰金屬做負極，理論上電池的比能量可以輕松突破350Wh/kg的天花板，甚至有望達到500Wh/kg。

　　● 循環壽命更長：液態電解質在充放電過程中，會出現界面膜和鋰枝晶刺穿隔膜等現象，固態電解質則可以有效避免上述問題，從而大幅度提升電池的循環次數和使用壽命（在理想狀態下，循環次數能夠達到4.5萬次）。

　　● 適用范圍更廣泛：由于采用固態電解質，電池的形態將不再受到嚴格限制；并且工作溫度范圍更廣（-25℃-60℃），因此可以適用于更多場景。此外，固態電解質的電化學窗口更寬（5V以上），可以適用于高電壓型電極材料，有利于進一步提升能量密度。

3、固態電池有哪些不足？

　　● 電導率較低，難以進行快充：由于固態電解質與正、負極材料之間是固-固接觸的狀態（液態電解質為液-固接觸），電極與電解質之間的有效接觸面積較小，導致鋰離子的傳輸效率大大降低，因此電導率要比液態電解質低10倍以上。較低的電導率也使得固態電池很難進行快充，并且當車輛需要大功率放電時，還可能會出現供電不足的現象。

　　● 成本相對較高：成本是固態電池技術目前商業化最大的挑戰，主要是因為固態電池制備工藝尚處于研發階段，產業化還不完善，因此導致成本較高。整體來看，固態電池技術仍處在成熟技術到產業化過渡階段，還需物料價格下降、工藝改進以及更加穩定的供應鏈體系。

★ 本章小結：

　　可以看出，固態電池的優缺點非常鮮明，其具備更好的安全性、更高的能量密度以及柔性，這都是傳統（液態）鋰電池難以突破的瓶頸；固態電池的缺點同樣非常致命，其電導率較低而導致難以快充，并且成本較高短期很難進行商業化。總的來說，從短期來看，固態電池和傳統鋰離子電池各有利弊，可能會并行發展；不過從長期來看，一旦快充和成本問題得到解決，固態電池將具有傳統鋰離子電池無可比擬的優勢。