固態(tài)電池原理是什么？

在固態(tài)離子學(xué)中，固態(tài)電池是一種使用固體電極和固體電解液的電池。固態(tài)電池一般功率密度較低，能量密度較高。由于固態(tài)電池的功率重量比較高，所以它是電動汽車很理想的電池 。

固態(tài)電池具有發(fā)展的必然性。固態(tài)電池采用不可燃的固態(tài)電解質(zhì)替換了可燃性的有機(jī)液態(tài)電解質(zhì)，大幅提升了電池系統(tǒng)的安全性，同時能夠更好適配高能量正負(fù)極并減輕系統(tǒng)重量，實現(xiàn)能量密度同步提升。在各類新型電池體系中， 固態(tài)電池是距離產(chǎn)業(yè)化最近的下一代技術(shù)，這已成為產(chǎn)業(yè)與科學(xué)界的共識。

固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化階段尚處早期，但有望在未來超速發(fā)展。當(dāng)前已實現(xiàn)小部分商業(yè)化的固態(tài)電池產(chǎn)品對比傳統(tǒng)鋰電暫未形成足夠的競爭優(yōu)勢，而未來固態(tài)電池將走階段發(fā)展的路線，從特殊領(lǐng)域逐漸往動力電池過渡， 并且隨著國際巨頭的加速布局，固態(tài)電池將進(jìn)入發(fā)展的快速軌道。

如今多數(shù)純電動汽車，采用的電池組是以鋰電池為主，其中的結(jié)構(gòu)是充滿在電池內(nèi)部的電解液。電解液是鋰離子來回移動的通道，鋰離子電池的充放電過程，就是鋰離子的嵌入和脫嵌過程。在鋰離子的嵌入和脫嵌過程中，同時伴隨著與鋰離子等量電子的嵌入和脫離。在充放電過程中，鋰離子在正、負(fù)極之間往返嵌入與脫離嵌入的循環(huán)。

而當(dāng)電池在充電時，正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經(jīng)過電解液運(yùn)動到負(fù)極。而作為負(fù)極的碳呈層狀結(jié)構(gòu)，它有很多微孔，達(dá)到負(fù)極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。

固態(tài)電池與目前主流的傳統(tǒng)鋰離子電池最大的不同在于電解質(zhì)。固態(tài)電池則是使用固體電解質(zhì)，替代了傳統(tǒng)鋰離子電池的電解液和隔膜。而傳統(tǒng)鋰離子電池主要由正負(fù)極材料、電解液和隔膜組成。正負(fù)極材料決定了電池的容量，電解液及隔膜作為傳輸鋰離子的介質(zhì)。

固態(tài)電池體系革命更小。鋰硫電池、鋰空氣等體系需更換整個電池結(jié)構(gòu)框架，難題更多也更大，而固態(tài)電池主要在于電解液的革新，正極與負(fù)極可繼續(xù)沿用當(dāng)前體系，實現(xiàn)難度相對小。鋰金屬負(fù)極兼容，通過固態(tài)電解質(zhì)實現(xiàn)。鋰硫、鋰空氣均需采用鋰金屬負(fù)極，而鋰金屬負(fù)極更易在固態(tài)電解質(zhì)平臺實現(xiàn)。

從電介質(zhì)材料來看，目前已經(jīng)在使用或接近商用的固態(tài)電池的電解質(zhì)有聚合物、硫化物和氧化物三種，氧化物固態(tài)電池是綜合前景最好的。

天風(fēng)證券在去年8月的一份報告中表示，氧化物電解質(zhì)的優(yōu)勢是穩(wěn)定性好，循環(huán)壽命長（可達(dá)1000次以上），能量密度較高，倍率性能較好，同時成本較低；主要缺陷是界面接觸問題尚未完美解決。

相比之下，硫化物電解質(zhì)工業(yè)化較難，與電極接觸時的界面阻抗普遍較高；聚合物電池在移動電源市場上已經(jīng)做到了量產(chǎn)，但是充電倍率較差，能量密度較低。

展望未來發(fā)展趨勢，技術(shù)上步步為營，應(yīng)用上梯次滲透，固態(tài)電池階段發(fā)展之路已經(jīng)明晰。結(jié)構(gòu)上， 現(xiàn)階段電池體系包含部分液態(tài)電解質(zhì)以取長補(bǔ)短。而技術(shù)發(fā)展過程中將逐漸減少液體的使用，從半固態(tài)電池到準(zhǔn)固態(tài)電池，最終邁向無液體的全固態(tài)電池。應(yīng)用領(lǐng)域上，有望率先發(fā)揮安全與柔性優(yōu)勢，應(yīng)用于對成本敏感度較小的微電池領(lǐng)域，如RFID、植入式醫(yī)療設(shè)備、無線傳感器等；技術(shù)進(jìn)步后，再逐漸向高端消費(fèi)電池滲透；隨著產(chǎn)品的成熟，最終大規(guī)模踏入電動車與儲能市場，從高端品牌往下滲透， 實現(xiàn)下游需求的全面爆發(fā)。

電池已經(jīng)成為包括新能源汽車在內(nèi)許多現(xiàn)代電子產(chǎn)品的一大短板。鋰電產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)且粋€至少還有10年良好前景的行業(yè)，而新技術(shù)的開發(fā)與崛起也將不斷強(qiáng)化行業(yè)的估值與前景。在行業(yè)看好與多方布局之下，固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)有望獲得超速發(fā)展。固態(tài)電池承載著電池安全與能量全面提升的光榮使命，未來有望成為行業(yè)的新爆發(fā)點與關(guān)鍵性技術(shù)保障。

審核編輯 ：李倩