基本介紹
- 中文名：固態電池
- 外文名：Solid-state batteries
- 領域：硬體
- 能量密度：鋰離子電池的2倍
簡介,歷程,原理,優勢,優勢一,優勢二,優勢三,優勢四,爭議,
簡介
2020年固態電池技術研發有望取得突破性進展，在成本、能量密度和生產過程等方面進一步趕超鋰離子電池技術。
2030年，鋰離子電池將不再是電動汽車電池主流，但其在某些電子原件領域仍有一席之地。
歷程
在2010年，豐田就曾推出過續航里程可超過1000KM的固態電池。而包括QuantumScape以及Sakti3所做的努力也都是在試圖用固態電池來取代傳統的液態鋰電池。
加拿大Avestor公司也曾嘗試過研發固態鋰電池，最終2006年正式申請破產。Avestor公司使用一種高分子聚合物分離器，代替電池中的液體電解質，但一直沒有解決安全問題，在北美地區發生過幾起電池燃燒或者爆炸事件。
2015年3月中旬，真空吸塵器的發明者、英國戴森公司（Dyson）創始人詹姆斯·戴森將其首筆1500萬美元的投資投向了固態電池公司Sakti3，後者是一家成立於2007年的電池創業公司。
2018年1月訊息，一項突破性的全新電池技術似乎終於接近現實。如果達到預期的話，新技術能滿足手機上癮者數天的使用需求，並且能使電動汽車的行駛里程增加到500英里（約804公里）以上。這項新技術被稱為固態電池技術，它用陶瓷材料取代了當今電池中的液態電解質。
2018年1月，它與寶馬公司結盟，後者已經承諾在未來10年內為其生產的每一款產品提供某種形式的電池組件，無論是傳統的混合動力車、插電式電動車還是純電動汽車（BEV）。
原理
傳統的液態鋰電池又被科學家們形象地稱為“搖椅式電池”，搖椅的兩端為電池的正負兩極，中間為電解質（液態）。而鋰離子就像優秀的運動員，在搖椅的兩端來回奔跑，在鋰離子從正極到負極再到正極的運動過程中，電池的充放電過程便完成了。
固態電池的原理與之相同，只不過其電解質為固態，具有的密度以及結構可以讓更多帶電離子聚集在一端，傳導更大的電流，進而提升電池容量。因此，同樣的電量，固態電池體積將變得更小。不僅如此，固態電池中由於沒有電解液，封存將會變得更加容易，在汽車等大型設備上使用時，也不需要再額外增加冷卻管、電子控制項等，不僅節約了成本，還能有效減輕重量。
優勢
優勢一
輕——能量密度高。使用了全固態電解質後，鋰離子電池的適用材料體系也會發生改變，其中核心的一點就是可以不必使用嵌鋰的石墨負極，而是直接使用金屬鋰來做負極，這樣可以明顯減輕負極材料的用量，使得整個電池的能量密度有明顯提高。
優勢二
薄——體積小。傳統鋰離子電池中，需要使用隔膜和電解液，它們加起來占據了電池中近40%的體積和25%的質量。而如果把它們用固態電解質取代（主要有有機和無機陶瓷材料兩個體系），正負極之間的距離（傳統上由隔膜電解液填充，現在由固態電解質填充）可以縮短到甚至只有幾到十幾個微米，這樣電池的厚度就能大大地降低——因此全固態電池技術是電池小型化，薄膜化的必經之路。
優勢三
柔性化的前景。即使是脆性的陶瓷材料，在厚度薄到毫米級以下後經常是可以彎曲的，材料會變得有柔性。相應的，全固態電池在輕薄化後柔性程度也會有明顯的提高，通過使用適當的封裝材料（不能是剛性的外殼），製成的電池可以經受幾百到幾千次的彎曲而保證性能基本不衰減。
優勢四
更安全。傳統鋰電池可能發生以下危險：(1) 在大電流下工作有可能出現鋰枝晶，從而刺破隔膜導致短路破壞 (2)電解液為有機液體，在高溫下發生副反應、氧化分解、產生氣體、發生燃燒的傾向都會加劇。採用全固態電池技術，以上兩點問題就可以直接得到解決
爭議
固態電池可能是未來電池技術的發展方向之一，但也許不是最好的。”上述新能源生產企業的技術人員稱，“包括燃料電池、超級電容器、鋁空氣電池、鎂電池在理念上都有較大的發展空間，而最終，要看哪種路線發展更快、更接地氣。”所謂接地氣，就是在商業化的規模和成本方面都能達到完美的平衡點。首先，使用的材料必須不能是高成本且稀有的。其次，要在各個行業和領域都有實現大規模套用的可能。
或許，現在最具考驗的地方在於價格。液態鋰電池的成本大約在200~300美元/千瓦時，如果使用現有技術製造足以為智慧型手機供電的固態電池，其成本會達到1.5萬美元，而足以為汽車供電的固態電池成本更是達到令人咋舌的9000萬美元。
Sastry表示，固態電池生產成本居高不下的一個重要原因在於生產效率低下。按照Sastry的規劃，Sakti3最終將會把電池的成本降低至100美元/千瓦時，不過，她並沒有給出最終的時間。
從理論的提出時間來看，固態電池並不是一個新的概念，但多年來，研發上的進展並沒有想像那么快速。韓國三星的一位技術人員認為，即便Sakti3最終能做到成本上的降低，電池從實驗室到最終的量產也需要不短的時間。正如液態鋰電池，在上世紀70年代，相關的理念和實驗認證就在齊頭並進地推進，但真正大規模的使用，已經是20世紀末了。
