固態電池代表動力電池的未來，為什麼？
固態電池是採用固態電解質的鋰離子電池。 工作原理上，固態鋰電池和傳統的鋰電池並無區別：傳統的液態鋰電池被稱為“搖椅式電池”，搖椅的兩端為電池的正負兩極，中間為液態電解質，鋰離子在電解液中遷移來完成正負極間的穿梭實現充放電，而固態電池的電解質為固態，相當於鋰離子遷移的場所轉到了固態的電解質中。 固態電解質是固態電池的核心。
固態電解質不可燃燒，極大提高電池安全性。 與傳統鋰電池相比，全固態電池最突出的優點是安全性。固態電池具有不可燃、耐高溫、無腐蝕、不揮發的特性，避免了傳統鋰離子電池中的電解液洩露、電極短路等現象，降低了電池組對於溫度的敏感性，根除安全隱患。同時，固態電解質的絕緣性使得其良好地將電池正極與負極阻隔，避免正負極接觸產生短路的同時能充當隔膜的功能。
▲固態電解質是固態電池的核心
更寬的電化學視窗，更易搭載高電壓正極材料：提高正極材料容量需要充電至高電壓以便脫出更多的鋰，目前針對鈷酸鋰的電解質溶液可以充電到 4.45 V，三元材料可以充電到 4.35 V，繼續充到更高電壓， 液態電解液會被氧化，正極表面也會發生不可逆相變，三元 811 電池的推廣目前便受到了耐高壓電解液的制約。而固態電解質的電化學視窗更寬，可達到 5 V，更加適應於高電壓型電極材料。隨著正極材料的持續升級，固態電解質能夠做出較好的適配， 有利於提升電池系統的能量密度
相容金屬鋰負極，提升能量密度上限：高容量與高電壓的特性，讓金屬鋰成為繼石墨與矽負極之後的“最終負極”。 為了實現更高的能量密度目標，以金屬鋰為負極的電池體系已成為必然選擇。因為： （1）鋰金屬的克容量為 3860mAh/g，約為石墨（372mAh/g）的 10 倍，（2） 金屬鋰是自然界電化學勢最低的材料，為-3.04V。同時其本身就是鋰源，正極材料選擇面更寬，可以是含鋰或不含鋰的嵌入化合物，也可以是硫或硫化物甚至空氣，分別對應能量密度更高的鋰硫和鋰空電池，理論能量密度接近當前電池的 10 倍。
▲鋰金屬是負極材料的最終形態
▲鋰金屬負極體系能量密度遠超傳統鋰電
鋰金屬負極在當前傳統液態電池體系難以實現。 鋰金屬電池的研究最早可追溯到上世紀 60 年代，並在 20 世紀 70年代已成功開發應用於一次電池。而在可充放電池領域，金屬鋰負極在液態電池中存在一系列技術問題至今仍缺乏有效的解決方法，比如金屬鋰與液態電解質介面副反應多、 SEI 膜分佈不均勻且不穩定導致迴圈壽命差，金屬鋰的不均勻沉積和溶解導致鋰枝晶和孔洞的不均勻形成。
▲鋰金屬負極在液態電池中存在的應用難題
固態電解質在解決鋰金屬負極應用問題上被科學界寄予厚望。 研究者把解決金屬鋰負極的應用問題寄希望於固態電解質的使用，主要思路是避免液體電解質中持續發生的副反應，同時利用固體電解質的力學與電學特性抑制鋰枝晶的形成。此外，由於固態電解質將正極與負極材料隔離開，不會產生鋰枝晶刺破隔膜的短路效應。總而言之， 固態電解質對於鋰金屬負極擁有更好的相容性，鋰金屬材料將在固態電池平臺上率先應用。
▲固態電解質在鋰金屬負極應用上的優勢
▲固態電解質對鋰金屬負極相容性更好
減輕系統重量，能量密度進一步提升。固態電池系統重量減少進一步提升能量密度。 動力電池系統需要先生產單體，單體封裝完成後將單體之間進行串聯組裝。若先在單體內部進行串聯，則會導致正負極短路與自放電。固態電池電芯內部不含液體，可實現先串並聯後組裝，減少了組裝殼體用料， PACK 設計大幅簡化。此外，由於徹底的安全特性， BMS 等溫控元件將得以省去，並可透過無隔膜設計進一步為電池系統“減負”。
▲固態電池封裝更加靈活
固態電池體系革命更小。 鋰硫電池、鋰空氣等體系需更換整個電池結構框架，難題更多也更大，而固態電池主要在於電解液的革新，正極與負極可繼續沿用當前體系，實現難度相對小。鋰金屬負極相容，透過固態電解質實現。 鋰硫、鋰空氣均需採用鋰金屬負極，而鋰金屬負極更易在固態電解質平臺實現。固態電池作為距離我們最近的下一代電池技術已成為科學界與產業界的共識，是後鋰電時代的必經之路。
▲固態電池是動力電池必經之路
固態電池代表動力電池的未來，為什麼？
1、不燃燒，根除安全隱患固態電池是採用固態電解質的鋰離子電池。 工作原理上，固態鋰電池和傳統的鋰電池並無區別：傳統的液態鋰電池被稱為“搖椅式電池”，搖椅的兩端為電池的正負兩極，中間為液態電解質，鋰離子在電解液中遷移來完成正負極間的穿梭實現充放電，而固態電池的電解質為固態，相當於鋰離子遷移的場所轉到了固態的電解質中。 固態電解質是固態電池的核心。
固態電解質不可燃燒，極大提高電池安全性。 與傳統鋰電池相比，全固態電池最突出的優點是安全性。固態電池具有不可燃、耐高溫、無腐蝕、不揮發的特性，避免了傳統鋰離子電池中的電解液洩露、電極短路等現象，降低了電池組對於溫度的敏感性，根除安全隱患。同時，固態電解質的絕緣性使得其良好地將電池正極與負極阻隔，避免正負極接觸產生短路的同時能充當隔膜的功能。
▲固態電解質是固態電池的核心
2、相容高容量正負極+輕量化電池系統，推動能量密度大飛躍更寬的電化學視窗，更易搭載高電壓正極材料：提高正極材料容量需要充電至高電壓以便脫出更多的鋰，目前針對鈷酸鋰的電解質溶液可以充電到 4.45 V，三元材料可以充電到 4.35 V，繼續充到更高電壓， 液態電解液會被氧化，正極表面也會發生不可逆相變，三元 811 電池的推廣目前便受到了耐高壓電解液的制約。而固態電解質的電化學視窗更寬，可達到 5 V，更加適應於高電壓型電極材料。隨著正極材料的持續升級，固態電解質能夠做出較好的適配， 有利於提升電池系統的能量密度
相容金屬鋰負極，提升能量密度上限：高容量與高電壓的特性，讓金屬鋰成為繼石墨與矽負極之後的“最終負極”。 為了實現更高的能量密度目標，以金屬鋰為負極的電池體系已成為必然選擇。因為： （1）鋰金屬的克容量為 3860mAh/g，約為石墨（372mAh/g）的 10 倍，（2） 金屬鋰是自然界電化學勢最低的材料，為-3.04V。同時其本身就是鋰源，正極材料選擇面更寬，可以是含鋰或不含鋰的嵌入化合物，也可以是硫或硫化物甚至空氣，分別對應能量密度更高的鋰硫和鋰空電池，理論能量密度接近當前電池的 10 倍。
▲鋰金屬是負極材料的最終形態
▲鋰金屬負極體系能量密度遠超傳統鋰電
鋰金屬負極在當前傳統液態電池體系難以實現。 鋰金屬電池的研究最早可追溯到上世紀 60 年代，並在 20 世紀 70年代已成功開發應用於一次電池。而在可充放電池領域，金屬鋰負極在液態電池中存在一系列技術問題至今仍缺乏有效的解決方法，比如金屬鋰與液態電解質介面副反應多、 SEI 膜分佈不均勻且不穩定導致迴圈壽命差，金屬鋰的不均勻沉積和溶解導致鋰枝晶和孔洞的不均勻形成。
▲鋰金屬負極在液態電池中存在的應用難題
固態電解質在解決鋰金屬負極應用問題上被科學界寄予厚望。 研究者把解決金屬鋰負極的應用問題寄希望於固態電解質的使用，主要思路是避免液體電解質中持續發生的副反應，同時利用固體電解質的力學與電學特性抑制鋰枝晶的形成。此外，由於固態電解質將正極與負極材料隔離開，不會產生鋰枝晶刺破隔膜的短路效應。總而言之， 固態電解質對於鋰金屬負極擁有更好的相容性，鋰金屬材料將在固態電池平臺上率先應用。
▲固態電解質在鋰金屬負極應用上的優勢
▲固態電解質對鋰金屬負極相容性更好
減輕系統重量，能量密度進一步提升。固態電池系統重量減少進一步提升能量密度。 動力電池系統需要先生產單體，單體封裝完成後將單體之間進行串聯組裝。若先在單體內部進行串聯，則會導致正負極短路與自放電。固態電池電芯內部不含液體，可實現先串並聯後組裝，減少了組裝殼體用料， PACK 設計大幅簡化。此外，由於徹底的安全特性， BMS 等溫控元件將得以省去，並可透過無隔膜設計進一步為電池系統“減負”。
▲固態電池封裝更加靈活
3、固態電池是最有希望率先產業化的下一代電池技術固態電池體系革命更小。 鋰硫電池、鋰空氣等體系需更換整個電池結構框架，難題更多也更大，而固態電池主要在於電解液的革新，正極與負極可繼續沿用當前體系，實現難度相對小。鋰金屬負極相容，透過固態電解質實現。 鋰硫、鋰空氣均需採用鋰金屬負極，而鋰金屬負極更易在固態電解質平臺實現。固態電池作為距離我們最近的下一代電池技術已成為科學界與產業界的共識，是後鋰電時代的必經之路。
▲固態電池是動力電池必經之路