無論何時，隨著生活質量的提升，工業(yè)農業(yè)或高新技術產業(yè)等也在逐步完成提升升級，電池行業(yè)也亦如此。

哥倫比亞大學資料科學與工程學院的助理教授楊遠開發(fā)了一種提升鋰離子電池能量密度的全新方法。他的三層結構電極能在裸露的空氣環(huán)境中維持穩(wěn)定，因此使得電池電量愈加耐久、制作本錢進一步下降。此項方法可以將鋰電池的能量密度提升10-30％。

1.多技術途徑并存，全球工業(yè)加速布局

電解質材料是全固態(tài)鋰電池技術的中心。全固態(tài)鋰電池的電解質材料很大程度上決定了固態(tài)鋰電池的各項功能參數(shù)，如功率密度、循環(huán)安穩(wěn)性、安全功能、高低溫功能以及運用壽命。

依據固態(tài)電解質資料類別，可以分為聚合物全固態(tài)鋰電池和無機物全固態(tài)鋰電池，不同類型的電解質其功能具有較大的差異，依據結構規(guī)劃的不同，全固態(tài)鋰電池又可分為薄膜型和大容量型。

1)聚合物電池高溫作業(yè)功能好，最早完結商業(yè)化

聚合物電池高溫作業(yè)功能較好，現(xiàn)在最優(yōu)技術道路，最早完結小規(guī)劃工業(yè)化。聚合物全固態(tài)電池的電解質首要是聚環(huán)氧乙烷(PEO)、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯等，其間聚環(huán)氧乙烷(PEO)研討開發(fā)最早也最為老練。在高溫條件下，聚合物(如PEO)離子電導率高，能與正極復合構成接連的離子導電通道，且對金屬鋰具有較高的安穩(wěn)性，聚合物簡單成膜，其柔性易于加工，既可以制成薄膜型，也能制成大容量型，運用規(guī)劃廣，因此跟著材料功能前進和制作工藝的改進，使得聚合物全固態(tài)鋰電池成為最簡單也是最早完結了小規(guī)劃商業(yè)化出產。不過現(xiàn)在聚合物室溫電導率較低以及較低的電壓其大規(guī)劃工業(yè)化開展仍有約束。聚合物固態(tài)鋰電池的開發(fā)首要以Bolloré、CATL、Seeo、中科院青島生物動力與進程研討所為代表。

Bolloré出產出的全固態(tài)二次電池(LMP)，負極資料選用金屬鋰，電解質選用聚合物(PEO等)薄膜，現(xiàn)在現(xiàn)已批量運用在法國的EV同享效勞轎車“Autolib”和小型電動巴士“Bluelus，整體運用超越3000輛。

Seeo開發(fā)的全固體二次電池選用大創(chuàng)公司的干聚合物薄膜，供給的樣品電池組能量密度為130-150Wh/kg，2017年能量密度能到達300Wh/kg。

國內CATL在聚合物方面也開展較快，現(xiàn)在現(xiàn)已規(guī)劃制作出了容量為325毫安時的聚合物電芯，體現(xiàn)出較好的高溫循環(huán)功能。

2017年4月中科院青島生物動力與進程研討所獲得重大進展，該所開發(fā)的大容量固態(tài)聚合物鋰電池“青能I號”完結深海科考，據悉，其能量密度超越250 Wh/kg，500次循環(huán)容量堅持80%以上，在多次針刺和揉捏等嚴苛測驗條件下堅持非常好的安全功能。別的，“青能II號”也現(xiàn)已研制成功，能量密度高達300 Wh/kg。

2)硫化物功能參數(shù)極佳，開發(fā)潛力巨大

硫化物在作業(yè)功能參數(shù)上體現(xiàn)杰出，且易于加工。硫化物全固態(tài)電池的首要電解質是thio-LISICON和 LiGPS、LiSnPS 、LiSiPS等。

首要，相關于聚合物和氧化物，硫化物的電導率較高，室溫電導率可以到達10-3~10-2 S/cm，挨近乃至超越有機電解液。其次，電化學窗口較寬(可完結5V以上)以及構成膜今后具有比較好的界面安穩(wěn)性。最后硫化物與聚合物相似，硫化物柔性也較強，易于加工，較大的規(guī)劃彈性拓寬了硫化物全固態(tài)鋰電池的運用規(guī)劃。硫化物仍面對界面問題和硫化物離子環(huán)境弱安穩(wěn)性的約束要素。歸納來看，硫化物有著巨大的開發(fā)潛力，CATL、豐田等國內外企業(yè)紛繁加速布局。

3)氧化物循環(huán)功能杰出，適用于薄膜型結構規(guī)劃

氧化物全固態(tài)鋰電池：氧化物循環(huán)功能杰出，技能壁壘較高，研討仍處于初期階段。氧化物全固態(tài)電池的電解質首要是：LiPON、NASICON等，其間LiPON研討最為老練，以LiPON為電解質資料時, 正負極資料有必要選用磁控濺射、脈沖激光堆積、化學氣相堆積等辦法制成薄膜電極，然后制成薄膜型結構的全固態(tài)鋰電池。

氧化物電池最為杰出的就是其優(yōu)異的電池倍率功能及循環(huán)功能，它可以在50C下作業(yè), 循環(huán)45000次后, 容量堅持率達95%以上。一起，LiPON對金屬鋰安穩(wěn)，電化學窗口寬(相關于Li+/Li 為 0~5.5 V)，對電子絕緣。此外，氧化物電解質對空氣和熱安穩(wěn)性高，質料本錢低，在實踐工業(yè)化方面更易完結規(guī)劃化制備。不過，氧化物的低室溫電導率以及界面問題是氧化物全固態(tài)鋰電池開發(fā)運用的首要妨礙，現(xiàn)在處于前期研討階段。

氧化物固態(tài)鋰電池的開發(fā)現(xiàn)在首要有美國橡樹嶺國家實驗室，Quantum Scape，Sakti3以及中科院。現(xiàn)在現(xiàn)已小批量出產的固態(tài)電池首要是以無定形LiPON為電解質的薄膜電池，該項技能界面問題比較難處理，Sakti3稱可以經過單元疊加串聯(lián)的辦法，將MWh等級的薄膜電池組裝成kWh等級的EV用電池。其它企業(yè)沒有發(fā)現(xiàn)存在可工業(yè)化的產品。從現(xiàn)在來看，室溫離子電導率和界面問題加大了單純的氧化物基固態(tài)電池的開發(fā)難度，現(xiàn)在仍處于處于前期的研討階段。

歸納來看，全固態(tài)電池是未來的重要開展方向已是業(yè)界一致，全球工業(yè)巨子紛繁加速布局腳步，期望在全固態(tài)鋰電池范疇搶占先機。

2.能量與安全功能持續(xù)提升，固態(tài)鋰電池優(yōu)點突出

固態(tài)鋰電池有望成為下一代鋰電池開展的重要方向。各國為完結既定的高能量密度的方針，均在積極地進行鋰硫電池、鋰空氣電池、或鋰金屬電池等電池的先導性研討。從當時能量密度繼續(xù)前進的態(tài)勢及研制的進展來看，我國提出的2025年400Wh/kg的能量密度要求較高，正加速倒逼新式電池技術的研制及運用。現(xiàn)在，一些企業(yè)研制出的全固態(tài)鋰電池能量密度可達300-400Wh/kg，其有望成為作為下一代高能量密度動力和儲能電池技術的重要開展方向，全固態(tài)鋰電池的研制和運用已成為學術界和工業(yè)界的一致。

相較于傳統(tǒng)鋰電池，固態(tài)鋰電池的差異在于電解質固態(tài)化。全固態(tài)鋰電池與傳統(tǒng)鋰電池相同，包含電池各單元(正極、負極、電解質)，其工作原理與傳統(tǒng)鋰電池的原理相同。
在電解質方面，固態(tài)鋰電池選用聚合物、無機物等固態(tài)電解質代替了傳統(tǒng)鋰電池中的液態(tài)電解質(有機電解液)，當時首要以thio-LISICON硫化物、氧化物、聚合物和硼氫化鋰基等作為固體電解質，這是二者的中心差異，正是因為這種差異，電解質鹽、隔閡與黏接劑等化學物質都不再運用，全固態(tài)鋰電池結構大為簡化。現(xiàn)在電解質的研討首要會集在高電導率的復合型電解質等研制。
在正極方面，以往研討中全固態(tài)鋰電池首要運用LiCoO2作為正極材料，此外也有LiFePO4、LiMn2O4、三元材料等傳統(tǒng)氧化物正極，還能兼容更高電壓的氧化物正極、高容量硫化物正極等。正極的研討方向會集在下降正極的界面阻抗，前進高倍率放電功能，辦法如原位表面潤飾等。
在負極方面，全固態(tài)鋰電池除了石墨負極之外，一系列高功能負極材料也在不斷開發(fā)運用，包含金屬Li(Li-In合金)、碳族(如碳基、硅基和錫基)、以及氧化物等負極材料。

固態(tài)鋰電池安全性及高能量密度的功能優(yōu)勢杰出。固態(tài)鋰電池在承繼傳統(tǒng)鋰電池的長處根底上，安全性、能量密度等方面有了大幅提高。
1)安全性極高：與傳統(tǒng)鋰電池比較，全固態(tài)電池最突出的長處是安全性。液態(tài)電解質易燃易爆，以及在充放電進程中鋰枝晶的生長簡單刺破隔閡，引起電池短路，構成安全隱患。而固態(tài)電解質不行燃、無腐蝕、不揮發(fā)、不存在漏液問題，也克服了鋰枝晶現(xiàn)象，因此全固態(tài)電池具有極高安全性。

2)能量密度的提高：一是電壓渠道的提高，電池能量密度將增大。有機電解質電化學窗口有限，難以兼容金屬鋰負極和新研制的高電勢正極材料，但是固態(tài)電解質比有機電解液遍及具有更寬的電化學窗口，有利于進一步提高電池的能量密度。二是固態(tài)電解質能隔絕鋰枝晶生長，材料運用系統(tǒng)規(guī)劃大幅提高，為具有更高能量密度空間的新式鋰電技能奠定根底。現(xiàn)在全固態(tài)鋰電池研制可供給的能量密度基礎可達300-400Wh/kg。

3)循環(huán)功能增強：液態(tài)電解質在充放電進程中可與鋰離子產生不可逆反應，構成固體電解質界面膜(SEI)，會導致活性物質和電解質的丟失，下降了庫倫功率。而固態(tài)電解液處理了固體電解質界面膜(SEI)的問題和鋰枝晶現(xiàn)象，大大前進了鋰電池的循環(huán)性和運用壽命。

4)適用規(guī)劃擴展：固態(tài)電解質賦予固態(tài)鋰電池結構緊湊、規(guī)劃可調、規(guī)劃彈性大等特點，固態(tài)電池既可以規(guī)劃成厚度僅幾微米的薄膜電池，用于驅動微型電子器件，也可制成大容量電池，用于動力和儲能范疇。此外，固態(tài)資料內在的高低溫安穩(wěn)性，為全固態(tài)電池在更寬的溫度規(guī)劃(作業(yè)溫度規(guī)劃約為-25攝氏度到60攝氏度)內作業(yè)供給了根本確保。

3.技術難題正被逐一攻破，轉型固態(tài)電池瓜熟蒂落

多項技術正逐漸推進，同源系統(tǒng)本錢下降指日可待。全固態(tài)電池首要面對以下幾大技術難題：固態(tài)電解質與正負極之間界面阻抗過高、固態(tài)電解質電導率偏低、材料本錢制備本錢貴重等，現(xiàn)在不斷有企業(yè)和科研機構提出相應的處理方案。

一旦技術得到整合運用，固態(tài)電池將能完結工業(yè)化，規(guī)劃化出產后也可以大幅度下降固態(tài)電池的出產本錢。據Sakti3創(chuàng)始人Ann Marie Sastry表明，現(xiàn)在固態(tài)電池出產功率較低，導致本錢較高，一旦規(guī)劃化出產，固態(tài)電池本錢有望下降至100美元/千瓦時，僅為液態(tài)鋰電池的一半左右(液態(tài)鋰電池的本錢大約在200~300美元/千瓦時)。

固態(tài)鋰電池結構簡化助提出產功率，傳統(tǒng)鋰電企業(yè)轉型便利。固態(tài)電池工業(yè)化取決于詳細的資料技能與電池技能處理方案的打破，一旦要害材料、極片、正負極與電解質匹配的技術打破，因為其比較傳統(tǒng)鋰離子電池出產更易完結運用全自動化設備出產，可以較快速的完結工業(yè)化。

因為全固態(tài)鋰離子電池結構簡化、無需注入電解液，封裝功率高，大容量的鋰電池與固態(tài)氧化物染料相結合，使得電磁構建的工藝優(yōu)化、高效聯(lián)接，且單體內可以采取層疊串聯(lián)技能，可選用印刷等新式技能規(guī)劃化自動化出產，然后前進出產功率，下降規(guī)劃本錢。

與傳統(tǒng)鋰電池電芯制作配備比較，固態(tài)電池的制作配備雖存在不同，但也不存在革命性的立異，僅僅制作環(huán)境需求在更高要求的枯燥間進行，這關于大多數(shù)傳統(tǒng)鋰電企業(yè)來說要添加的投入本錢不是很高，尤其是關于具有超級電容器、鋰離子電容器、預鋰化、鈦酸鋰、鎳鈷鋁等空氣靈敏儲能期間或資料的企業(yè)來說，制作環(huán)境根本一致。

革新總歸需要時間，期待更完善的電池技術的面世。