固态锂电池的优势及目前存在的技术缺陷

      导读

　　固态电池采用全新固态电解质取代当前有机电解液和隔膜，具有高安全性、高体积能量密度，同时与不同新型高比能电极体系具有广泛适配性，可进一步提升质量能量密度，从而有望成为下一代动力电池的终极解决方案。

　　一、固态锂电池概述

　　全固态锂电池，是一种使用固体电极材料和固体电解质材料，不含有任何液体的锂电池，主要包括全固态锂离子电池和全固态金属锂电池，差别在于前者负极不含金属锂，后者负极为金属锂。

　　在目前各种新型电池体系中，固态电池采用全新固态电解质取代当前有机电解液和隔膜，具有高安全性、高体积能量密度，同时与不同新型高比能电极体系(如锂硫体系、金属-空气体系等)具有广泛适配性，可进一步提升质量能量密度，从而有望成为下一代动力电池的终极解决方案，引起日本、美国、德国等众多研究机构、初创公司和部分车企的广泛关注。

　　二、固态锂电池的优势及目前存在的技术缺陷

　　相比于传统的锂离子电池，固态锂电池具有显著优点：

　　(1)高安全性能：传统锂离子电池采用有机液体电解液，在过度充电、内部短路等异常的情况下，电池容易发热，造成电解液气胀、自燃甚至爆炸，存在严重的安全隐患。而很多无机固态电解质材料不可燃、无腐蚀、不挥发、不存在漏液问题，聚合物固体电解质相比于含有可燃溶剂的液态电解液，电池安全性也大幅提高。

　　(2)高能量密度：固态锂电池负极可采用金属锂，电池能量密度有望达到300～400Wh/kg甚至更高;其电化学稳定窗口可达5V以上，可匹配高电压电极材料，进一步提升质量能量密度;没有液态电解质和隔膜，减轻电池重量，压缩电池内部空间，提高体积能量密度;安全性提高，电池外壳及冷却系统模块得到简化，提高系统能量密度。

　　(3)循环寿命长：有望避免液态电解质在充放电过程中持续形成和生长SEI膜的问题和锂枝晶刺穿隔膜问题，大大提升金属锂电池的循环性和使用寿命。

　　(4)工作温度范围宽：固态锂电池针刺和高温稳定性极好，如全部采用无机固体电解质，最高操作温度有望达到300℃，从而避免正负极材料在高温下与电解液反应可能导致的热失控。

　　(5)生产效率提高：无需封装液体，支持串行叠加排列和双极机构，可减少电池组中无效空间，提高生产效率。

　　(6)具备柔性优势：全固态锂电池可以制备成薄膜电池和柔性电池，相对于柔性液态电解质锂电池，封装更为容易、安全，未来可应用于智能穿戴和可植入式医疗设备等。

　　尽管全固态锂电池在多方面表现出明显优势，但同时也有一些迫切需要解决的问题：

　　对于全固态电池的研发来说，解决上述问题的核心在于固态电解质材料发展以及界面性能的调控与优化。

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