3月12日讯：

固态电池系列之一：

固态电池路线确定？即将装机应用于终端？具体情况到底如何

随着全球能源需求的增长和对环境保护意识的提高，电池技术作为能源储存和转换的核心技术之一，备受关注。在电池技术领域，固态电芯因其具有更高的安全性、更长的寿命、更高的能量密度等优点。

相比目前锂离子电池所使用的液态电解液是可燃的有机碳酸酯溶剂，在电池发生热失控时，有机溶剂迅速燃烧，如果没有有效的散热系统，短时间内容易引起爆炸。另一方面，以石墨为为负极的现有锂电池体系能量密度已逐渐接近能量密度极限（< 300 Wh kg−1 and 750 Wh L−1），为满足个应用场景对能量密度的要求，则需要寻找新的化学体系。如果将固态电解质替代现在锂电池的液态电解液并不能提高电池的能量密度，相反，比能量密度还会下降约10%。固态电池搭配新的化学体系，如锂金属，硅负极等，才是实现高能量密度的路线。

图1：不同材料体系搭配带来锂电池电芯能量密度变化

电解液

目前固态电池分类可以参照两个维度：1）液态电解质含量占比；2）不同类型电解液。按照液态电解液含量占比可以分为：全固态电池（0%液态电解液）、准固态电池（1%）、半固态电池（5-10%）、凝胶聚合物电池（0-25%）。

全固态电池：电池中不存在液态电解液，电解质由一种或者多种无机或聚合物固态电解质。全固态电池的实现壁垒较高，需要解决锂离子在界面传输问题。固态电解质通常分为无机和聚合物固态电解质两大类。无机固态电解质通常由氧化物，硫化物，氢化物，卤化物等。聚合物电解质常用的基质材料有PEO，PVDF，PVDF-HFP，PMMA以及PAN等。目前较为主流的为硫化硫化物电池研发，但其技术难度较高，目前仅有电芯大厂在投入研发，改技术路线进展晚于其他，但是一旦技术突破将建立极高技术壁垒

图2：不同体系电解液的全固态电池比较

正极材料

固态电池的正极材料主要有：锂钴酸锂、锂铁磷酸锂、钴酸镍锂、钴酸铝锂。

• 锂钴酸锂：能够提供高能量密度和长循环寿命，但存在安全性问题。
• 锂铁磷酸锂：具有更好的安全性和更长的寿命，但能量密度较低。
• 钴酸镍锂：能量密度高，长循环寿命，但材料成本高，具存在安全性问题。
• 钴酸铝锂：能量密度高，但循环寿命略低于钻酸镍锂。

负极材料

固态电池的负极材料主要有三种：金属锂、碳材料和硅材料。

• 金属锂主要应用于固态锂离子电池和固态锂硫电池中。其中，固态锂离子电池是一种高能量密度的电池
• 碳材料主要应用于固态锂离子电池中。其中，碳纳米管是一种常见的碳材料，它具有高的比表面积和优异的电化学性能，可以应用于高性能的固态锂离子电池中。
• 硅材料是一种新型的负极材料，它具有高的比容量和较低的成本。在固态电池中，硅材料可以与固态电解质反应，形成锂离子，从而实现电池的充放电。与金属锂和碳材料相比，硅材料的比容量更高，但是它的循环稳定性较差，容易发生体积膨胀和结构破坏。

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