固态电池原理、优势及技术现状如何？

固态电池指的是锂电池中采用固态电解质的电池。

电池中电解质的主要作用 是传输锂离子，同时隔绝电子的通过。在充放电过程中，锂离子在不同电位 下表现为穿过电解质和隔膜对正极和负极的嵌入/脱嵌的趋势来实现能量的 存储和释放。固态电池采用固态的电解质替换了传统的液态电解质，作为传 输锂离子的介质，固态电池和传统液态电池具有相同的电化学原理。

固态电池可提升电池安全性。当前电池的安全问题主要集中在电解液的易燃、 泄露等问题，由于固态电解质的燃点高、固态电解质不流动，因此固态电解 质有着穿刺不起火、不泄露电解质、不燃烧的优势，固态电解质可从根本上 解决电解液带来的安全性问题，大幅提升电池安全性。 固态电池在能量密度方面具有颠覆性优势。固态电解质替换了传统的电解液 和传统隔膜，可以使电芯更加轻薄。因此在相同质量的电池中，可以放入更 多的活性电极材料，固态电池能量密度可以突破当前的极限（300Wh/kg）， 已有企业制成能量密度 500+Wh/kg 的电池样品，固态电池的应用有望大幅 提升电动的续航水平并降低充电频率。 当前固态电池在快充方面有一定缺陷，但有着明确的优化路径。固态电解质 和电极间是固-固接触界面，容易产生接触不良、电池阻抗不均匀、界面反应 不均匀的情况，当前在固态电池技术中采用加压、纳米化分散等工艺可以有 效改良这种界面问题，技术突破路径较为明晰，未来固态电池的快充性能有 望得到提升。

固态电池包括全固态电池和半固态电池，半固态过渡，全固态是终极目标。 半固态电池是在固态电解质材料的基础上补加液态电解质来改良离子传输 性能，是介于液态电池和固态电池的过渡技术；全固态电池是不含有任何液 态电解质成分的固态电池，是未来固态电池体系终极的目标，由于当前全固 态电池还存在较多的技术瓶颈，半固态电池技术将率先落地；全固态电池技 术当前正在集中技术突破和中试线加速落地，未来将会有较大的增量机会。

固态电池的技术瓶颈主要集中在两方面：离子电导率和界面性能。1）固态 电解质离子电导率低，当前的固态电解质路线离子电导率为 10-8 -10-3S/cm， 远低于传统液态电解质的离子电导率（10-2S/cm）。2）固态电解质固-固接 触界面性能较差，成为电池稳定性的一大问题。由于固态电解质和电极是采 用固固接触，因此在电池循环过程中界面会出现应力损伤演化趋势，导致电 解质界面缺陷失效，界面阻抗增大。

氧化物固态电解质是当前半固态路线的优选。氧化物固态电解质作为固态电 池体系的核心材料，根据晶体结构与形貌特征主要分为石榴石型氧化物 （LLZO）、钙钛矿型氧化物（LLTO）和 NASICON 型氧化物（LATP）三大 技术路线。氧化物固态电解质主要通过将特定的前驱体加热制备成熔融态混 合物，或在常温下用粉磨机研磨为粉体后加压成型，作为电池体系中的固态 电解质膜使用。其致密化晶格结构赋予其显著区别于液态电解质的物理化学 特性：具有较好的机械强度和较高的电压稳定性，目前氧化物固态电解质具 备 10-6 -10-3 S/cm 的离子电导率。

氧化物路线是半固态电池是当前相对成熟的技术方案。氧化物固态电解质 相对来说更加成熟，但氧化物固态电解质的离子电导率与界面问题的短板较 为突出，需加入一定量的液态电解质缓解固固接触的界面问题，诞生了半固态的电池形态。由于减少了电解液用量，在一定程度上也可提升能量密度和 安全性。当前，半固态电池已实现初步商业化应用。