噱头还是黑科技？固态电池究竟为何物
[汽车之家 新能源] 新年伊始，多家车企纷纷推出续航1000公里的电池，随后却被中科院院士炮轰“夸大营销”。事实上，目前业内主流观点认为，锂离子电池已经到达极限，固态电池才是未来电池技术的发展方向。那么，固态电池究竟是什么？电池的安全问题解决了吗？用户是否还要为里程而焦虑？何时才能量产等等？本篇文章将为你一一解答。
快速了解全文：
★ 固态电池最大的优点是安全性高、能量密度大；缺点则是成本较高、难以快充；
★ 固态电池大规模商用预计会在2025-2030年以后；
★ 目前三元锂电池的能量密度已接近极限，全固态锂电池有望成为下一代主流产品；
★ 丰田在固态电池领域积淀深厚，近年来中国的企业也在奋力直追。
★ 蔚来推出的“固态电池”为半固态锂离子电池，与全固态锂电池有本质上的区别。
1、 什么是固态电池？
事实上，固态电池和传统锂电池（三元锂、磷酸铁锂电池等）的工作原理是相同的，都是靠着锂离子在电池的正负两极之间反复转移，从而实现充放电功能。业内也形象的将其称为“摇椅式电池”，锂离子就像运动员一样，在摇椅的两端来回奔跑。而两者不同的是，固态电池的电解质是固态，而传统锂电池的电解质是液态。
大家都知道，传统（液态）锂离子电池由正极（三元材料或磷酸铁锂）、负极（石墨或硅碳）、电解液（碳酸酯类和六氟磷酸锂）、隔膜（多孔聚烯烃）组成。在工作时，除了需要液态电解质来传导锂离子，还需要隔膜来隔绝正、负电极，从而避免系统短路。
而固态锂电池则是采用固态电解质来代替电解液和隔膜，在结构上更简单且具有较好的绝缘性，能够有效避免因正、负极接触而发生短路现象。当然，固态电池并非只是更换电解质那么简单，其正、负极材料也会根据化学特性进行重新匹配，从而达到更高的综合性能表现。
需要注意的是，根据液态电解质质量百分比含量，固态电池还分为了“半固态”、“准固态”、“全固态”三大类。可以看出，“固态电池”和“全固态电池”之间是包含关系，就好比“锂电池”和“锂离子电池”一样。
再往下细分，全固态电池又分为了“全固态锂一次电池”和“全固态锂二次电池”，其中前者已经投入商用（不可循环使用）；而后者则是目前行业内重点研究的对象。其中，全固态锂二次电池根据正负极材料的不同，又分为了全固态锂离子电池和全固态锂金属电池。总的来说，固态电池是一个较大的门类，并不能一概而论。（注：目前大家普遍认为固态电池就是全固态锂电池，这是错误的）
2、固态电池有哪些优点？
在了解固态电池的优点前，先让我们回顾下当下锂离子电池的“痛点”，相信大家脱口而出肯定是“里程焦虑”和“不安全”。事实上，传统（液态）锂离子电池的能量密度和热失控一直是其发展道路上的“拦路虎”，而固态电池则在这两方面都有了质的提升。
● 安全性较高：液态电解质中含有易燃的有机溶剂，系统内部短路时容易造成安全隐患。而固态电解质具有不可燃、无腐蚀、不挥发、不存在漏液等特性，还拥有不错的绝缘性，并且在高温下不发生副反应，因此安全性相比传统（液态）锂电池有了质的提升。
● 能量密度高：由于固态电池没有隔膜和电解液，节约了近40%的体积和25%的质量，从而可以提升电池组的能量密度。此外，再配合新的正、负极材料，比如锂金属做负极，理论上电池的比能量可以轻松突破350Wh/kg的天花板，甚至有望达到500Wh/kg。
● 循环寿命更长：液态电解质在充放电过程中，会出现界面膜和锂枝晶刺穿隔膜等现象，固态电解质则可以有效避免上述问题，从而大幅度提升电池的循环次数和使用寿命（在理想状态下，循环次数能够达到4.5万次）。
● 适用范围更广泛：由于采用固态电解质，电池的形态将不再受到严格限制；并且工作温度范围更广（-25℃-60℃），因此可以适用于更多场景。此外，固态电解质的电化学窗口更宽（5V以上），可以适用于高电压型电极材料，有利于进一步提升能量密度。
3、固态电池有哪些不足？
● 电导率较低，难以进行快充：由于固态电解质与正、负极材料之间是固-固接触的状态（液态电解质为液-固接触），电极与电解质之间的有效接触面积较小，导致锂离子的传输效率大大降低，因此电导率要比液态电解质低10倍以上。较低的电导率也使得固态电池很难进行快充，并且当车辆需要大功率放电时，还可能会出现供电不足的现象。
● 成本相对较高：成本是固态电池技术目前商业化最大的挑战，主要是因为固态电池制备工艺尚处于研发阶段，产业化还不完善，因此导致成本较高。整体来看，固态电池技术仍处在成熟技术到产业化过渡阶段，还需物料价格下降、工艺改进以及更加稳定的供应链体系。
★ 本章小结：
可以看出，固态电池的优缺点非常鲜明，其具备更好的安全性、更高的能量密度以及柔性，这都是传统（液态）锂电池难以突破的瓶颈；固态电池的缺点同样非常致命，其电导率较低而导致难以快充，并且成本较高短期很难进行商业化。总的来说，从短期来看，固态电池和传统锂离子电池各有利弊，可能会并行发展；不过从长期来看，一旦快充和成本问题得到解决，固态电池将具有传统锂离子电池无可比拟的优势。
