锂电池作为新能源界的“老人”，自1991年索尼将其带入电子设备以来就一直备受关注，液态锂电池发展至今已经成为了技术比较成熟、应用最为广泛的一种技术路线之一。与之相对的，液态锂电池的天花板也来越接近了，不管是磷酸铁锂，还是三元电池，随着科学技术的进步，可提升空间终究会不断减少。
传统液态锂电终有天花板
传统的液态锂电池又被科学家们形象的称为“摇椅式电池”，摇椅的两端为电池的正负两极，中间为电解质（液态）。锂离子就像优秀的运动员，在摇椅的两端来回奔跑，在锂离子从正极到负极再到正极的运动过程中，电池的充放电便完成了。
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能量密度是动力电池性能的第一标准，随着我国的政策转换，对于动力电池的能量密度要求也有了明确规定，政策终点也从能量密度，向安全性转移，兼顾安全与能量密度的电池技术还未能大规模工业化生产，但传统液态锂电不会是动力电池技术的终点。
固态电池开启新篇章
在固态离子学中，固态电池是一种使用固体电极和固体电解质的电池。固态电池一般功率密度较低，能量密度较高，所以是电动汽车的理想电池。在2020年，固态电池技术研发有望取得突破性进展，在成本、能量密度和生产过程等方面进一步赶超锂离子电池技术。
固态电池的优点
固态电池的电解质为固态，具有的密度以及结构可以让更多带电离子聚集在一端，传导更大的电流，进而提升电池容量。因此，同样的电量，固态电池体积将变得更小。不仅如此，固态电池中由于没有电解液，封存将会变得更加容易，在汽车等大型设备上使用时，也不需要再额外增加冷却管、电子控件等，不仅节约了成本，还减轻了重量。
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传统锂离子电池中，需要使用隔膜和电解液，他们加起来占据了电池近40%的体积和25%的质量。而固态电解质可以将正负极间距缩短到甚至只有几到十几个微米，这样电池的厚度就能大大地降低，因此全固体电池技术是电池小型化，薄膜化的必经之路。
传统锂电可能会发生因为工作电流过大而出现锂枝晶，从而刺破隔膜导致短路；电解液为有机液体，在高温下发生副反应、氧化分解、产生气体、发生燃烧的倾向都会加剧。采用固态电池技术，可以有效避免这两个问题，从而电池的安全性得到极大提高。
发展前景
固态电池也被广泛期待成为下一代动力电池，在过去十年，相关专利数量增长超过10倍。但由于固态电池技术尚未成熟，距离大规模量产还有较大距离。预计在2025年前后，半固态电池可以实现量产，2030年前后实现全固态电池的商业化应用。
固态电池潜力巨大，有希望获得安全性更高、单体能量密度更高（>350Wh/kg）和寿命更长（>5000次）的动力电池。在固态电池的迭代过程中，液态电解质含量将从20wt%降至0wt%，电池负极逐步替换成金属锂片，电池能量密度有望提升至500Wh/kg，电池的工作温度范围扩大至三倍以上。
固态电池凭借高能量密度和高安全性的优势已获得很多企业的青睐和布局。纵览全球固态电池企业，有初创公司，也不乏国际厂商，企业之间独踞山头信仰不同的电解质体系，还未出现技术流动或融合的态势。
日本的丰田、松下，韩国的三星和LG化学，中国的宁德时代、卫蓝新能源、清陶、赣锋锂业、辉能科技，欧洲的STMicroelectrionics，美洲的Solid Power、QuantumScape、SolidEnergy、Ionic Material等诸多企业纷纷布局。欧美企业偏好氧化物与聚合物体系，而日韩企业则更多致力于解决硫化物体系的产业化难题，其中以丰田、三星等巨头为代表。丰田在2010年就推出硫化物固态电池，2014年其实验原型能量密度达到400Wh/kg，丰田固态电池的专利数量在2017年初就已经达到30件，远高于其他企业。中国则是多头并发，聚合物、氧化物、硫化物各个方向都有带头企业，一片欣欣向荣。
政策驱动
面对如火如荼的固态电池“竞技场”，中国显然抢到了参赛的入场券。国务院发布的《中国制造2025》规划中明确提出了对单体动力电池比能量的战略布局，高比能、高安全、长寿命和低成本固态锂离子电池，是我国实现新能源汽车“纯电驱动”技术转型战略的关键和重要支撑。自20世纪70年代以来，国内各研究机构、高校，以及近年来随国家政策而创建的优势电池材料企业，在固态电解质和固态电池研究方面已取得了系列研究成果。同时，赣锋锂业和宁德时代都将全固态锂电池作为下一代高性能动力电池的研发重点。
“总体看固态电池发展的路径，电解质可能是从液态、半固态、固液混合、固态最后到全固态。负极会从石墨负极，到硅碳负极，最后有可能到金属锂负极，但是目前还存在技术不确定性。”中国科学院院士欧阳明高近日分析指出，“到2030年，希望在电解质方面取得突破，全固态电解质会产业化，电池单体比能量有望冲击500Wh/kg。2030年，常规车型的续航里程应该可以达到500km以上。”
目前，国家自然科学基金委员会、科技部和工信部都已将固态电池的研发列为重点专项，随着更多新型固态电解质材料的发展和全固态锂电池反应机制研究的逐步深入，固态电解质性能有望得到持续改善。
争议
固态电池可能是未来电池技术的发展方向之一，但可能不是最好的。在目前新能源界百花齐放的背景下，包括燃料电池、超级电容器、铝空气电池、镁电池在理念上都有较大的发展空间，而最终，要看那种路线发展更快，能在商业化规模和成本方面找到平衡点。首先，使用的材料不能是高成本稀有金属，其次，要在各个行业和领域都有实现大规模应用的可能也非一日之功。
参考资料：
华创证券.固态电池行业深度报告：固态电池——后锂电时代必经之路.
电子发烧友. 固态电池发展现状_固态电池发展前景.
周维和. 全固态锂电池研究进展探讨.
（中国粉体网编辑整理/星屑）
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