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全固態(tài)鋰電池是什么？

全固態(tài)鋰電池，是一種使用固體電極材料和固體電解質(zhì)材料，不含有任何液體的鋰電池，主要包括全固態(tài)鋰離子電池和全固態(tài)金屬鋰電池，差別在于前者負極不含金屬鋰，后者負極為金屬鋰。

固態(tài)鋰電池與全固態(tài)鋰電池有何區(qū)別？

這個問題需要從一系列的相關(guān)概念來認識。

半固態(tài)鋰電池是指電芯電解質(zhì)相中，質(zhì)量或體積的一半是固體電解質(zhì)，另一半是液體電解質(zhì)。

準固態(tài)鋰電池是指電芯的電解質(zhì)中含有一定的固體電解質(zhì)和液體電解質(zhì)，其中，液體電解質(zhì)的質(zhì)量或體積小于固體電解質(zhì)的比例。

固態(tài)鋰電池是指電芯中含有較高質(zhì)量或體積比的固體電解質(zhì)，同時含有少量液體電解質(zhì)的電池，被一些研究人員稱之為“固態(tài)鋰電池”，但實際上它不是全固態(tài)鋰電池。

混合固液鋰電池是指電芯中同時存在固體電解質(zhì)和液體電解質(zhì)。包括上述的半固態(tài)、準固態(tài)、固態(tài)鋰電池等均為混合固液鋰電池的一種，更為嚴謹?shù)拿�稱其實應(yīng)為“混合固液電解質(zhì)鋰電池”。

全固態(tài)鋰電池是指電芯由固態(tài)電極和固態(tài)電解質(zhì)材料構(gòu)成，電芯在工作溫度范圍內(nèi)，不含有任何質(zhì)量及體積分數(shù)的液體電解質(zhì)。

全固態(tài)鋰電池一定比液態(tài)鋰電池安全？

發(fā)展全固態(tài)鋰電池最重要的推動力之一是安全性。電池安全性對于所有應(yīng)用領(lǐng)域的重要性都排在第一位。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，液態(tài)電解質(zhì)的鋰離子電池電芯的安全性已經(jīng)得到了顯著提高。

相對于液態(tài)電解質(zhì)電芯，很長時間以來都沒有正式報道顯示固態(tài)電解質(zhì)全固態(tài)鋰電池電芯的綜合電化學(xué)性能超過液態(tài)，尤其是各類全固態(tài)鋰電池的熱失控、熱擴散行為的測試數(shù)據(jù)還相當少。

全固態(tài)鋰電池是否真的解決了鋰離子電池的本質(zhì)安全性還有待更廣泛、深入的研究和數(shù)據(jù)積累。目前下結(jié)論認為在全壽命周期中全固態(tài)鋰電池安全性會顯著優(yōu)于經(jīng)過充分優(yōu)化的液態(tài)電解質(zhì)鋰離子電芯可能為時尚早，而且基于不同固態(tài)電解質(zhì)的全固態(tài)鋰電池可能在安全性方面也會有顯著差異，需要充分的系統(tǒng)研究。

技術(shù)路線主要集中在聚合物、氧化物和硫化物三大類？

有一段時間是這三類固體電解質(zhì)最為研究者所關(guān)注。但是，近幾年發(fā)生了較大的變化，也就是鹵化物固體電解質(zhì)成為研究熱點之一。比如清陶的第一代固態(tài)電池選擇的是氧化物+聚合物的技術(shù)路徑，而第二代固態(tài)電池選擇了氧化物+鹵化物+聚合物的路徑。

鹵化物固態(tài)電解質(zhì)的發(fā)展時間其實很長，但是與其同年代發(fā)現(xiàn)的其他類型固態(tài)電解質(zhì)材料相比，它較低的離子電導(dǎo)率使得鹵化物固態(tài)電解質(zhì)在過去十幾年中的發(fā)展非常緩慢。直到2018年，Asano等人取得了重大發(fā)現(xiàn)，即Li₃YCl₆和Li₃YBr₆鹵化物固態(tài)電解質(zhì)的室溫離子電導(dǎo)率分別為5.1X10^-4Scm^-1和1.7X10^-3Scm^-1。隨后，其他幾種具有高離子電導(dǎo)率的鹵化物固態(tài)電解質(zhì)也被研究者們發(fā)現(xiàn)。

鹵化物電解質(zhì)的固有優(yōu)勢在于兼顧了高氧化穩(wěn)定性和寬電化學(xué)窗口的同時兼顧了離子電導(dǎo)率，因此有望作為固態(tài)電池應(yīng)用中的一項重要的正極改善和應(yīng)用策略。目前鹵化物電解質(zhì)的研究進展較快，其離子電導(dǎo)率、正極材料兼容性、空氣/潮濕環(huán)境穩(wěn)定性等問題還有待進一步改善，但其低成本、環(huán)境友好，相比其他電解質(zhì)具有更為優(yōu)異的高電壓正極穩(wěn)定性，相對較高的鋰離子電導(dǎo)率等特性適合作為一項獨特的正極側(cè)的電解質(zhì)策略推動全固態(tài)電池走向?qū)嵱没��?br/>

復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)膜（來源：清陶）

技術(shù)路線的選擇并不是絕對的，無論氧化物、硫化物，還是鹵化物，直觀看起來都是顏色相近的粉末，都是具備鋰離子傳輸性能的，但是應(yīng)用過程中需考慮到不同的代次、成本情況、穩(wěn)定性的情況等等。

全固態(tài)電池發(fā)展的最大瓶頸是界面阻抗？

全固態(tài)電池采用固態(tài)電解質(zhì)代替有機電解液，理論上可以從根本解決傳統(tǒng)鋰離子電池的安全隱患，并且固態(tài)電解質(zhì)與金屬鋰負極的搭配有望實現(xiàn)較高的能量密度；但由于固態(tài)電解質(zhì)缺乏流動性，導(dǎo)致固-固接觸面積小，阻抗增大等問題出現(xiàn)，這一系列的界面問題已成為制約全固態(tài)電池發(fā)展的瓶頸。

但是，產(chǎn)業(yè)界專家認為，制約全固態(tài)電池發(fā)展的并不是界面阻抗，而是綜合選擇不同的成本路徑實現(xiàn)。同時，全固態(tài)電池的發(fā)展也沒有一而貫之的路徑，材料的選擇只是整體產(chǎn)品性能的一個實現(xiàn)手段。材料公司的工作是通過復(fù)合材料的路徑不斷迭代，通過材料的排列組合揚長避短，讓這些材料傳輸鋰離子的長處發(fā)展出來，在可靠性、穩(wěn)定性上做好平衡。

全固態(tài)鋰電池與傳統(tǒng)鋰電池的生產(chǎn)工藝裝備是否兼容？

一派的專家認為，全固態(tài)鋰電池的生產(chǎn)設(shè)備雖然與傳統(tǒng)鋰離子電池電芯生產(chǎn)設(shè)備有較大差別，但從客觀上看不存在革命性的創(chuàng)新，可能80%的設(shè)備可以延續(xù)鋰離子電池的生產(chǎn)設(shè)備，只是在生產(chǎn)環(huán)境上有了更高的要求，需要在更高級別的干燥間內(nèi)進行生產(chǎn)。

涂布生產(chǎn)線（圖源：清陶）

同時，也有產(chǎn)業(yè)界的專家認為：電芯的產(chǎn)線工藝革命是必然的，因為材料都不一樣，如果是用傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池已有的產(chǎn)線做全固態(tài)電池，一定做不好，一定沒有革命性的成果。因此，全固態(tài)電池的設(shè)備創(chuàng)新、工藝創(chuàng)新是必經(jīng)之路。

全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化可以看作是一次從材料體系到電池結(jié)構(gòu)到制程工藝的全面升級。而目前的全固態(tài)電池材料體系尚未成型、產(chǎn)線設(shè)備尚不完備，固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)鏈仍處于混沌狀態(tài)。

全固態(tài)鋰電池大規(guī)模量產(chǎn)有一個具體的時間點？

全固態(tài)鋰電池的規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化，實際上是找到市場需求、用技術(shù)去滿足市場需求的過程；并不是說人為的設(shè)定一個時間點的目標，然后大家去等一個時間點那么簡單。鋰電池作為儲能中關(guān)鍵的技術(shù)，面向的是儲能應(yīng)用市場的方方面面，不僅是新能源汽車，也包括其他的儲能，例如很多特種的領(lǐng)域都對儲能有很強的需求，因此可以在這個技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化過程中去找到合適的商業(yè)化路徑。

也就是先通過一些特種的領(lǐng)域進入這個市場，可以在這個過程中慢慢地去培育它的規(guī)�；�，進而達到進一步的降成本，然后實現(xiàn)整個全固態(tài)鋰電池產(chǎn)業(yè)的大規(guī)�；�。這實際上是一個商業(yè)路徑的選擇過程。而這個時間點是提前還是延后，要取決于整個產(chǎn)業(yè)鏈所做的協(xié)同的工作。

作為新的賽道，全固態(tài)鋰電池不可能于某個時間節(jié)點一次性地推出完美的解決方案，而是通過推出一個產(chǎn)品，結(jié)合市場不斷提高制造能力、材料性能，不斷升級、提高性價比，最終實現(xiàn)更加遠期的目標。

參考來源：

[1]財經(jīng)汽車：“充電10分鐘行駛1200公里”，固態(tài)電池真能實現(xiàn)嗎？

[2]許曉雄、李泓：為全固態(tài)鋰電池“正名”

[3]李泓：全固態(tài)鋰電池：夢想照進現(xiàn)實

[4]產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同配合，共同實現(xiàn)固態(tài)電池規(guī)�；�——中國粉體網(wǎng)專訪江蘇清陶能源有限公司總經(jīng)理李崢博士

[5]中國粉體網(wǎng)：命運翻轉(zhuǎn)！鹵化物固態(tài)電解質(zhì)產(chǎn)業(yè)化有望拔得頭籌？

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/平安）

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