面對著環(huán)境的污染，石油慢慢在枯竭，我們要更新的能源，電動汽車相對燃油車更環(huán)保，但在存儲和充電方面卻還不能滿足大家的需求?，F(xiàn)在更要更新的材料，讓電動汽車充電更快，用更小的體積和重量存儲更多的電能。

固態(tài)電池被業(yè)界冠上諸多頭銜:''替代鋰離子電池''、''下一代鋰離子電池技術''、''最好的出路''……關鍵在于，現(xiàn)有的液態(tài)鋰離子電池體系能量密度極限在350-500Wh/kg，未來很難滿足國家技術提升目標，而固態(tài)電池的能量密度能夠達到800-900Wh/kg。

加上充放電次數(shù)高、充電時間短等特性，固態(tài)電池大大提高了電動汽車的續(xù)航里程，從而進一步加強新能源汽車和傳統(tǒng)汽車市場的競爭。不僅如此，使用固態(tài)電解質(zhì)替代鋰離子電池中的電解液和隔膜，也降低了新能源汽車的事故風險。

我國科學院物理研究所研究員介紹，目前已經(jīng)實現(xiàn)商業(yè)化的大容量固態(tài)電池重要還是聚合物固態(tài)電池，即聚環(huán)氧乙烷基固態(tài)電解質(zhì)。根據(jù)加拿大魁北克水電研究所的數(shù)據(jù)顯示，電池可以使用46微米厚的金屬鋰，30微米厚聚合物電解質(zhì)以及30微米厚的磷酸鐵鋰正極構(gòu)成，在1/3C條件下循環(huán)一千多次，工作溫度在60℃到85℃，并且電池包要具備加熱保溫功能。國外大鱷密集公布商業(yè)化時間表進入2017年后，國內(nèi)外公司加速固態(tài)電池商業(yè)化布局。意味著，2018年將有更多的公司進入該領域，而商業(yè)化進程將有更明確的時間表。

在今年九月的法蘭克福車展上，大眾公布了大規(guī)模電動汽車發(fā)展計劃''RoadmapE''，計劃到2030年大眾全部車型都將有電動版，投資高達700億歐元，其中500億歐元將投向動力鋰電池。同時，大眾CEO穆倫強調(diào):''我們已經(jīng)計劃下一代動力鋰電池:里程超過1000公里的固態(tài)電池''

一個月后，豐田在東京車展上，宣布把推出固態(tài)電池產(chǎn)品的日程從原來的2022年提前到2020年。據(jù)豐田執(zhí)行副總裁介紹，豐田的固態(tài)電池能量密度可達到300Wh/kg，甚至600Wh/kg。假如是400Wh/kg，為60千瓦時的固態(tài)電池充電僅需10到15分鐘。

每一次電池性能的顯著提升，本質(zhì)上都是電池材料體系的重大變革。因為每一類電池材料體系都有其能量密度的上限。

從第一代的鎳氫電池和錳酸鋰離子電池，第二代的磷酸鐵鋰離子電池，到目前廣為采用并預計持續(xù)到2020年左右的第三代三元電池，能量密度和成本分別呈現(xiàn)出階梯式上升和下降的明顯趨勢。因此，下一代動力鋰電池選用何種電池體系，關于實現(xiàn)2025年左右的電動汽車普及的目標至關重要。

目前的磷酸鐵鋰離子電池，單體能量密度大致在120-140Wh/kg，規(guī)模化的三元電池單體能量密度可以達到130-220Wh/kg，實驗室里的三元電池則可以達到300Wh/kg。

但受制于現(xiàn)有體系架構(gòu)和關鍵正極材料影響，現(xiàn)有體系的鋰離子電池能量密度基本上很難突破300Wh/kg，很難滿足未來動力鋰電池的需求。想要達到2025年單體電池能量密度400Wh/kg、2030年500Wh/kg的水平，新興電池技術研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化迫在眉睫，那意味著電動汽車的續(xù)航里程相比現(xiàn)在將翻一番。

目前商用的鋰離子電池，重要問題在于使用液態(tài)/膠狀電解質(zhì)，電化學窗口有限，難以兼容金屬鋰負極和新研發(fā)的高電勢正極材料，從而使能量密度上升存在瓶頸。而在安全層面，這樣的架構(gòu)還會造成短路引燃、離子濃度差增大電池內(nèi)阻、電極材料持續(xù)消耗等問題。

而固態(tài)電池進入視野，正因為它具有高的離子電導率和機械強度、寬的電化學穩(wěn)定窗口和工作溫度區(qū)間，能夠?qū)崿F(xiàn)高能量密度、高功率密度和高安全。

固態(tài)電解質(zhì)比有機電解液具有更寬的電化學窗口，有利于進一步拓寬電池的電壓范圍，并且因為不存在濃差極化而可以工作在大電流條件，從而提升電池能量密度。同時固態(tài)電解質(zhì)不可燃、無腐蝕、不揮發(fā)、不存在漏液問題、無需隔膜隔開正負極、阻止鋰枝晶的生長，從根本上防止了電池的短路現(xiàn)象，能夠應用更多的負極材料。

此外，在集成進電動汽車時，固態(tài)電池還具有結(jié)構(gòu)緊湊、規(guī)?？烧{(diào)、設計彈性大等利于整車集成的特點。

目前具有潛力的固態(tài)電解質(zhì)材料可以分為聚合物、硫化物和氧化物，然而不同的材質(zhì)和不同的排列組合化學性能差異很大，有的充電速度快，有的能量密度高，各有所長又各有所短，很難做到一種材料解決所有的問題。

同時化學性質(zhì)不夠穩(wěn)定、制備工藝不完善等問題的真實存在也讓固態(tài)電池還有相當長的路要走。

固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化的實現(xiàn)從根本上還是取決于材料工藝層面的突破，目前有關固態(tài)電池的專利遠超其它類型電池的綜合。高能量密度全固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化應用，預計將耗時5-10年時間。部分先進公司會在2020年小批量生產(chǎn)固態(tài)電池，而真正大面積量產(chǎn)預計會在2025年左右。

科技在發(fā)展，人類在進步，希望研究機構(gòu)和公司研究出更實用，價格更親民的產(chǎn)品。讓我們的世界更美好。