傳統(tǒng)的液態(tài)鋰電池又被科學(xué)家們形象地稱為“搖椅式電池”，搖椅的兩端為電池的正負(fù)兩極，中間為電解質(zhì)(液態(tài))。而鋰離子就像優(yōu)秀的運(yùn)動員，在搖椅的兩端來回奔跑，在鋰離子從正極到負(fù)極再到正極的運(yùn)動過程中，電池的充放電過程便完成了。

　　固態(tài)電池的原理與之相同，只不過其電解質(zhì)為固態(tài)，具有的密度以及結(jié)構(gòu)可以讓更多帶電離子聚集在一端，傳導(dǎo)更大的電流，進(jìn)而提升電池容量。因此，同樣的電量，固態(tài)電池體積將變得更小。不僅如此，固態(tài)電池中由于沒有電解液，封存將會變得更加容易，在汽車等大型設(shè)備上使用時，也不需要再額外增加冷卻管、電子控件等，不僅節(jié)約了成本，還能有效減輕重量。因此，固態(tài)電池被認(rèn)為是電動汽車的理想的電池 ，近幾年備受資本關(guān)注，并獲得大量投資。

　　可固態(tài)電池的實(shí)際發(fā)展情況并不像我們想象的那樣。專注新能源、電動汽車等領(lǐng)域的韓國研究機(jī)構(gòu)SNE在下一代電池研討會Next Generation Battery Seminar (NGBS)上，通過回顧當(dāng)前的工業(yè)形勢，指出所有固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化仍然面臨挑戰(zhàn)，未來10年，其大規(guī)模生產(chǎn)可能都很難實(shí)現(xiàn)。

　　SNE首先指出了固態(tài)電解質(zhì)在技術(shù)層面存在的問題。全固態(tài)電池如果從電解質(zhì)的角度來分類，大致可分為硫化物基、氧化物基和聚合物基三類，然而每一類電解質(zhì)都存在著不同的技術(shù)問題。

　　硫化物基電解質(zhì)具有較好的離子電導(dǎo)率，但化學(xué)穩(wěn)定性較差，在潮濕環(huán)境下易與空氣中的水和氧氣發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生有毒氣體硫化氫。

　　氧化物基電解質(zhì)雖然在空氣中具有更好的穩(wěn)定性，但對制造工藝要求很高，需進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)陶瓷工藝生產(chǎn)，這種制造方法能耗高且耗時長，且超薄固體電解質(zhì)片的形式，在批量生產(chǎn)上更是十分困難。

　　而聚合物基電解質(zhì)相對與其他兩種電解質(zhì)材料而言要容易制造的多，但問題在于，這類電解質(zhì)在室溫下只能提供10-7S/cm離子電導(dǎo)率，甚至遠(yuǎn)低于液態(tài)電解質(zhì)10-3S/cm的常規(guī)離子電導(dǎo)率。此外，聚合物基電解質(zhì)的耐高壓型也較差，只能適配磷酸鐵鋰陰級，限制了應(yīng)用聚合物基電解質(zhì)電池的能量密度。

　　其次，高成本仍然是所有固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化的障礙。全固態(tài)電池的高成本主要由兩個因素決定：

　　1)昂貴的原材料，如硫化鋰，其價格是碳酸鋰的五到十倍;

　　2)對純度和制造環(huán)境的高要求導(dǎo)致制造投資高。

　　目前，所有固態(tài)電池的成本預(yù)計至少是鋰離子電池的兩倍。氧化物基和硫化物基電解質(zhì)都是易碎的陶瓷材料，對大規(guī)模生產(chǎn)大尺寸電解質(zhì)薄膜提出了挑戰(zhàn)。

　　因此，所有固態(tài)電池大規(guī)模生產(chǎn)的初始階段可能僅限于小規(guī)模，且僅適用于成本敏感度較低的領(lǐng)域。在實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)之前，需要更多的時間和努力。

　　在全固態(tài)電池開始大規(guī)模生產(chǎn)之前，作為過渡方案的半固態(tài)電池得到了廣泛的應(yīng)用。

　　人們希望它與全固態(tài)電池具有相同的優(yōu)點(diǎn)，但事實(shí)是，半固態(tài)電池不能提高電池的安全性。在大多數(shù)半固態(tài)或混合電池中，固體電解質(zhì)材料只是簡單地涂覆在隔板或電極表面，而電池仍然含有并依賴液體電解質(zhì)來轉(zhuǎn)移鋰離子。這意味著在半固態(tài)電池中無法避免由液體電解質(zhì)引起的泄漏、熱失控和爆炸等安全風(fēng)險。

　　為什么要生產(chǎn)固態(tài)電池?

　　電動車如果想提高續(xù)航能力，需要增加電池的容量。如何做到呢?要么增加電池的數(shù)量，但這樣即占地方，價錢也高。

　　固態(tài)電池比使用液體電解質(zhì)溶液的鋰離子電池具有更高的能量密度。20%的能量密度增加和更多的充電循環(huán)次數(shù)，成本也將顯著降低。此外，它沒有爆炸或火災(zāi)的風(fēng)險，因此不需要為了安全而設(shè)置組件，從而節(jié)省更多空間來放置更多的活性材料，從而增加電池容量。

鋰電池（左）和鋰離子固態(tài)電池（右）結(jié)構(gòu)圖

　　而SNE認(rèn)為，全固態(tài)電池如果想要提高能量密度，關(guān)鍵在于用鋰金屬負(fù)極代替石墨負(fù)極，而不是電解質(zhì)的材料。這樣一來，固態(tài)電解質(zhì)反而存在劣勢，因?yàn)楣虘B(tài)電解質(zhì)本身比液態(tài)電解質(zhì)及隔膜厚數(shù)倍，勢必對電池能量密度造成負(fù)面影響。因此如果能夠應(yīng)用鋰金屬負(fù)極，才是決定電池能量密度的關(guān)鍵。

　　電池負(fù)極材料的研究也是目前的關(guān)鍵之一，并且擁有使用鋰金屬、硅等材料代替石墨負(fù)極的多種技術(shù)路線。以硅負(fù)極為例，采用這種負(fù)極的鋰電池能量密度可翻數(shù)倍，但同樣存在問題，硅材料在發(fā)生反應(yīng)時體積會嚴(yán)重膨脹與收縮，會影響電池的安全與使用壽命。

　　盡管所有的固態(tài)電池都受到了業(yè)界的廣泛關(guān)注，但我們應(yīng)該清楚，固態(tài)電池只能解決安全問題。另一方面，隨著安全技術(shù)的不斷提高，電池在現(xiàn)有液體電解液中的安全性能得到了極大的提高。通過對材料化學(xué)和電池結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新，即使使用液體電解質(zhì)，鋰金屬電池也可以實(shí)現(xiàn)電池性能的全面改善，具有超高能量密度和安全性。它是在現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)鏈的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，為其大規(guī)模生產(chǎn)提供了堅(jiān)實(shí)的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。

　　因此，SNE認(rèn)為，與其大肆宣傳全固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化，不如專注于即將推出的鋰金屬電池，并以其更高的能量密度性能促進(jìn)產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。