引言

電池技術(shù)的發(fā)展歷程可以追溯到18世紀(jì)末，自從第一塊實(shí)用的電池——伏打電堆被發(fā)明以來(lái)，電池技術(shù)就一直在不斷地進(jìn)步和演變：

區(qū)別

嚴(yán)格講，鋰電池（鋰離子）是一類由鋰金屬或鋰合金為正/負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。固態(tài)電池只是其中一種技術(shù)，使用固體電極和固體電解質(zhì)的電池。其最大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)來(lái)自于安全性：固體電解質(zhì)不易燃，即使刺穿電池也不存在電解液泄漏、揮發(fā)、爆燃等風(fēng)險(xiǎn)。而通常我們所稱的鋰電池，主要特指采用液態(tài)電解質(zhì)的鋰電池。

1、工作原理

固態(tài)電池和液態(tài)鋰離子電池的充放電原理均基于“搖椅電池”，即依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間移動(dòng)來(lái)工作。在充放電過(guò)程中，Li+在兩個(gè)電極之間往返嵌入和脫嵌：充電時(shí)，Li+從正極脫嵌，經(jīng)過(guò)電解質(zhì)嵌入負(fù)極，負(fù)極處于富鋰狀態(tài)；放電時(shí)則相反。因此固態(tài)電池和液態(tài)鋰離子電池在性能參數(shù)上具有可比性和相通性。

鋰離子電池：液態(tài)電解質(zhì)具有較高的離子電導(dǎo)率(~10-2S·cm-1)，鋰離子可在液態(tài)電解質(zhì)中輕易地移動(dòng)，從一個(gè)電極（負(fù)極）移動(dòng)到另一個(gè)電極（正極），從而實(shí)現(xiàn)充放電過(guò)程。

固態(tài)電池：使用固態(tài)電解質(zhì)，鋰離子在固態(tài)電解質(zhì)中移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)充放電過(guò)程。固態(tài)電解質(zhì)可以是純固態(tài)的，也可以是復(fù)合固態(tài)的，其中包含一些液態(tài)或半固態(tài)成分。

資料來(lái)源：陳汝頌等《Approaching Practically Accessible Solid-State Batteries》

2、性能特點(diǎn)

能量密度：鋰離子電池通常具有較高的能量密度，意味著它們可以在較小的體積或重量?jī)?nèi)存儲(chǔ)更多的能量。固態(tài)電池的能量密度正在不斷提高，但目前通常低于鋰離子電池。

安全性：固態(tài)電池由于使用固態(tài)電解質(zhì)，不容易發(fā)生泄漏或爆炸，因此它們?cè)诶碚撋媳蠕囯x子電池更安全。

充放電次數(shù)：固態(tài)電池的充放電次數(shù)通常比鋰離子電池少，但固態(tài)電池的循環(huán)壽命正在通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新不斷提高。

工作溫度范圍：固態(tài)電池能夠在更寬的溫度范圍內(nèi)工作，而鋰離子電池在極低溫度下可能會(huì)出現(xiàn)性能下降。

3、 應(yīng)用領(lǐng)域

鋰離子電池：廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)、筆記本電腦、電動(dòng)汽車和可再生能源存儲(chǔ)等領(lǐng)域。

固態(tài)電池：預(yù)計(jì)將在電動(dòng)汽車、可穿戴設(shè)備和移動(dòng)設(shè)備中得到應(yīng)用，尤其是在需要更高安全性和更長(zhǎng)壽命的應(yīng)用中。相比較液態(tài)鋰離子電池，固態(tài)電池采用機(jī)械性能更好的無(wú)機(jī)陶瓷材料作為電解質(zhì)，能夠抑制鋰枝晶生長(zhǎng)，同時(shí)可以避免熱收縮等問(wèn)題，使鋰金屬負(fù)極在電池中的應(yīng)用成為可能，大幅提升電池的能量密度。

此外，在全固態(tài)電池中只存在鋰離子的遷移，不存在形成SEI膜之類的副反應(yīng)，提高了庫(kù)倫效率，增強(qiáng)了循環(huán)壽命。

（動(dòng)力電池技術(shù)路線圖  資料來(lái)源：德勤管理咨詢）

4. 發(fā)展趨勢(shì)：

鋰離子電池：隨著技術(shù)的成熟，鋰離子電池的成本正在下降，能量密度和安全性也在不斷提高。

固態(tài)電池：雖然目前成本較高且生產(chǎn)規(guī)模較小，但隨著技術(shù)的進(jìn)步，固態(tài)電池有望在未來(lái)取代鋰離子電池，成為主流的電池技術(shù)。

（2022-2030年國(guó)內(nèi)固態(tài)電池出貨預(yù)測(cè)  資料來(lái)源：中商產(chǎn)業(yè)研究院）

5、安全問(wèn)題

采用液態(tài)電解質(zhì)的鋰離子電池帶來(lái)的主要問(wèn)題有：負(fù)極表面析鋰、正極材料結(jié)構(gòu)破壞、電解液高溫高壓分解、隔膜熱收縮、高溫失效。電解液的熱不穩(wěn)定性、易燃性是引發(fā)液態(tài)鋰離子電池?zé)崾Э氐闹饕颍娊庖鹤鳛橐簯B(tài)鋰離子電池的必須材料，導(dǎo)致液態(tài)鋰離子電池?zé)o法從根本上解決安全問(wèn)題。

液態(tài)鋰離子電池?zé)崾Э氐恼T發(fā)機(jī)制

資料來(lái)源：《鋰電池安全性多尺度研究策略：實(shí)驗(yàn)與模擬方法》

而固態(tài)電池使用不可燃、無(wú)腐蝕、不揮發(fā)、不漏液的固體電解質(zhì)，克服了傳統(tǒng)液態(tài)鋰離子電池中電解液泄漏、電極短路等現(xiàn)象，大大降低了熱失控的發(fā)生概率，具有較高的安全性。同時(shí)，固態(tài)電解質(zhì)的絕緣性可以較好的將電池正極與負(fù)極阻隔，避免正負(fù)極產(chǎn)生短路，也充當(dāng)了傳統(tǒng)電池中隔膜的功能。

六、電弛的解決方案

固態(tài)電池中的固體電解質(zhì)和電極界面并不是完全穩(wěn)定，仍會(huì)存在一定程度的副反應(yīng)。因此，對(duì)于固態(tài)電池產(chǎn)氣、內(nèi)部壓力、膨脹行為等的研究依然受到高度關(guān)注。

武漢電弛新能源有限公司自主研發(fā)的原位產(chǎn)氣量測(cè)試系統(tǒng)、原位氣體內(nèi)壓測(cè)試系統(tǒng)、原位電池膨脹測(cè)試系統(tǒng)，可對(duì)多種電池種類和電池形態(tài)的電池進(jìn)行產(chǎn)氣量、內(nèi)壓、膨脹行為的測(cè)試，包括堿金屬離子電池(Li/Na/K)、多價(jià)離子電池(Zn/Ca/Mg/Al)、其他二次金屬離子電池(金屬-空氣、金屬-硫)、固態(tài)電池，以及單層極片、模型扣式電池(全電池、半電池、對(duì)稱電池、扣電三電極)、軟包電池、方殼電池、圓柱電池、電芯模組。系統(tǒng)高度集成了溫控、充放電、伺服控制、高精度傳感器等模塊，并提供企業(yè)級(jí)系統(tǒng)組網(wǎng)功能。同時(shí)，可為不同形態(tài)電池提供定制化夾具，開(kāi)展不同測(cè)試模式的研究。為鋰電池材料研發(fā)、工藝優(yōu)化、充放電策略的分析研究提供了良好的技術(shù)支持。