能量密度将达到锂电池两倍的固态电池发展概况

什么是固态电池?随着全球多样化的发展，我们的生活也在不断变化着，包括我们接触的各种各样的电子产品，那么你一定不知道这些产品的一些组成，比如固态电池。

固态电池公司如雨后春笋般出现在国内外。许多世界知名的汽车公司在2017年宣布，所有固态锂电池将在2020年至2025年间量产并投放汽车。许多研究人员和公司认为，与锂硫，锂空气，铝，镁电池和不存在的石墨烯电池相比，所有固态金属锂电池都是取代现有高能量密度锂离子的最有可能的候选技术。电池的能量密度预计为现有锂离子电池的2至5倍，具有更长的循环性和使用寿命，更高的倍率性能，并可能从根本上解决现有液体电解质锂离子电池的安全性问题。

全固态锂电池是一种使用固态电极材料和固态电解质材料且不含任何液体的锂电池。它主要包括全固态锂离子电池和全固态金属锂电池。不同之处在于前者的负极不包含金属锂，而后者的负极为锂金属。在当前的各种新电池系统中，固态电池使用新的固体电解质来替代当前的有机电解质和隔膜，这些有机电解质和隔膜具有高安全性，高体积能量密度，并且可与不同的新高比能量电极系统兼容(例如锂硫系统，金属-空气系统等)具有广泛的适应性。

QuantumScapehas一直在研究固体电解质大约十年。此前，该项目是从斯坦福大学的实验室中剥离出来的，并获得了美国能源部的一些资助。 QuantumScape表示，与传统锂离子电池相比，其固态电池将使电动汽车的续航里程增加80%。此外，经过800个充电周期，仍然可以保持80%以上的容量。在安全方面，固态电池没有着火的危险。体积能量密度将超过每升1,000瓦时，几乎是商用锂离子电池组密度的两倍。

当然，在液体电解质电池中，并非液体电解质所占据的全部体积都参与有效的离子传输。从理论上讲，如果具有高离子电导率的固体电解质能够以超薄膜的形式生长在活性颗粒的表面上，则电池中固体电解质的体积比例也可能低于液体电解质电池的比例。有必要开发新材料和新制造工艺，并深入研究离子传输通道和传输特性，以确定它们是否可以满足应用要求。没有相关的报告。

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。

采用固态电解质，有可能部分解决这些问题。例如，采用PEO-LITFSI的软包电芯，直接使用金属锂箔作为负极(实际上该电池正极也提供锂源)，采用磷酸铁锂正极，能量密度可以达到190～220 W·h/kg，高于目前液态电解质磷酸铁锂的锂离子电池150～180 W·h/kg的水平。

固体锂电池的负极可以是金属锂，电池能量密度有望达到300〜400Wh / kg甚至更高。其电化学稳定性窗口可以达到5V以上，可以匹配高压电极材料，进一步提高质量能密度。没有液体电解质，隔膜减少了电池的重量，压缩了电池的内部空间，并增加了体积能量密度。提高了安全性，简化了电池壳和冷却系统模块，提高了系统能量密度。

目前，固态电池有两个研究和开发方向。一种是锂离子电池的固态化。在这个方向上其他行业也有成熟的解决方案，但是锂电池的接枝需要二次研究和开发。国外生产固体电解质的公司很少，而在中国则没有，这在一定程度上限制了固态电池的研究和发展。长期以来一直由国内大学和研究机构进行采样，但大多数仍处于能量比达到标准的水平，并且循环次数只有几百次。本文只能使您对固态电池有一个初步的了解。这对您入门很有帮助。同时，您需要继续进行总结，以便提高您的专业技能。也欢迎您讨论本文中的一些知识点。