什么是固態電池 ——迎接國際新一輪動力電池技術競爭
固態電池是一種使用固態電解質替代傳統液態電解質的電池，其電解質可以是聚合物、氧化物、硫化物等多種材料。固態電池的結構主要包括正極、負極、電解質和隔膜四部分。與液態電池相比，固態電池具有更高的安全性、更大的能量密度和更長的壽命。來源：《中國固態電池行業研究報告》，前瞻產業研究院固態電池的工作原理與液態電池類似，都是通過正負極之間的離子傳遞來實現電荷的存儲與釋放。在充電過程中，正極釋放電子，負極吸收電子，同時離子從正極向負極移動，嵌入負極材料中；在放電過程中，電子從負極流向正極，離子從負極向正極移動，釋放出儲存的能量。工作原理上，固態鋰電池和傳統的鋰電池并無區別。兩者最主要的區別在于固態電池電解質為固態，相當于鋰離子遷移的場所轉到了固態的電解質中。而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，有利于提升電池系統的能量密度。另外，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。
固態電池的優勢
安全性：固態電池采用固態電解質，可以有效防止電池內部短路和漏液，降低熱失控風險。同時，固態電解質的化學穩定性較好，不易燃燒，因此在高溫、撞擊等極端條件下，固態電池的安全性明顯優于液態電池。能量密度：固態電池具有較高的能量密度，一方面是因為固態電解質可以承受更高的電化學窗口，使得電池可以使用更高電壓的正極材料；另一方面，固態電池可以采用更薄、更輕的隔膜和集流體，減輕電池重量，提高能量密度。壽命：固態電池的壽命較長，一方面是因為固態電解質可以有效抑制電池內部副反應，降低自放電速率；另一方面，固態電池的充放電循環穩定性較好，可以承受更多的充放電次數。
固態電池的挑戰
目前，固態電解質材料的研究尚不充分，需要進一步優化和篩選具有良好離子導電性、機械強度和化學穩定性的材料。此外，固態電解質與電極材料的界面問題也需要解決，以提高電池的性能。固態電池的制造成本較高，主要原因是固態電解質和電極材料的制備工藝復雜，且生產規模較小。此外，固態電池的生產設備和技術也與傳統液態電池有所不同，需要投入大量資金進行研發和產業化。固態電池的充放電速率相對較慢，主要受限于固態電解質的離子導電性。提高充放電速率需要進一步優化固態電解質材料，以及開發新型電極材料和結構。
固態電池的國際競爭勢態
美國在固態電池領域具有較強的研發實力，擁有多家知名企業和研究機構，如QuantumScape、Solid Power、Ionic Materials等。美國政府也高度重視固態電池技術，將其列為國家戰略項目，投入大量資金支持相關研究。歐洲在固態電池領域同樣具有較強的競爭力，擁有多家知名企業和研究機構，如德國的Varta、比利時的Solvay等。歐洲聯盟也推出了“歐洲電池聯盟”計劃，旨在推動固態電池技術的發展和產業化。日本在固態電池領域具有領先地位，擁有全球最大的固態電池制造商豐田和全球領先的電池材料供應商村田制作所。日本政府和企業對固態電池技術的研究投入巨大，力求保持在該領域的競爭優勢。韓國在固態電池領域同樣具有較強實力，擁有全球領先的電池制造商LG化學和三星SDI。韓國政府和企業也在積極推動固態電池技術的發展，以應對全球動力電池市場的競爭。固態電池的發展對于我國新能源汽車產業具有十分重要意義。通過加強固態電池的研發和應用，不僅可以提升我國新能源汽車的核心競爭力，還可以推動我國在全球動力電池市場中的地位提升。因此，我國應加大對固態電池技術的研發力度，加強與國際先進企業的合作與交流，共同推動固態電池技術的快速發展。
固態電池的主要研究課題
盡管固態電池有著巨大的潛力和商業價值，但目前仍存在很多技術難點需要研究和攻克。尤其是固態電解質離子傳輸動力學、固/固界面物理和化學接觸問題。這其中，對于固態電池的電解質/電極材料的電導率、內部產氣/壓力、膨脹行為的評估依然是對電池材料、電池性能、生產工藝等的重要研究手段。
固態電池中的固體電解質和電極界面并不是完全穩定，仍會存在一定程度的副反應。因此，對于固態電池產氣、內部壓力、膨脹行為等的研究依然受到高度關注。武漢電弛新能源有限公司自主研發的原位產氣量測試系統，原位氣體內壓測試系統、原位電池膨脹力測試系統，可對多種電池種類和電池形態的電池進行產氣量、內壓、膨脹行為的測試，包括堿金屬離子電池(Li/Na/K)、多價離子電池(Zn/Ca/Mg/Al)、其他二次金屬離子電池(金屬-空氣、金屬-硫)、固態電池，以及單層極片、模型扣式電池、軟包電池、方殼電池、圓柱電池、電芯模組。系統高度集成了溫控、充放電、伺服控制、高精度傳感器等模塊，并提供企業級系統組網功能。同時，可為不同形態電池提供定制化夾具，開展不同測試模式的研究。為鋰電池材料研發、工藝優化、充放電策略的分析研究提供了良好的技術支持。
