详解固态电池的技术路线以及技术瓶颈

固态电池的技术路线

固态电池领域有不同的技术路线，固体电解质可大致分为三类：无机电解质、固态聚合物电解质（SPE，SolidPolymerElectrolyte）、复合电解质。目前较多业者投入研究的材料包括固态聚合物、硫化物（Sulfide）、氧化物（Oxide）、薄膜（ThinFilm）等。像是戴森、苹果各自收购的固态电池厂Sakti3和InfinitePowerSolutions，皆以薄膜为主，但制程复杂，量产难度高，先前市场传出戴森、苹果有意放弃，故现阶段发展状况不太明朗，而丰田、松下（Panasonic）、三星、宝马、宁德时代投入硫化物电解质，辉能、索尼则是聚焦在氧化物。

苹果从2012年就开始积极布局固态电池及充电技术的专利，2013年收购了InfinitePowerSolutions。近两三年汽车厂布局固态电池的消息大幅浮上台面，像是丰田对外宣示将在2022年对外销售搭载固态电池的电动汽车。另外，大众汽车（Volkswagen）投资了由《麻省理工科技评论》TR35青年创业家JagdeepSingh参与创立的固态电池初创公司QuantumScape，去年六月加码投资，并取得QuantumScape一席董事，预计在2025年建立固态锂离子电池产线。

而过去的电池大国日本，陆续舍弃掉锂离子电池后，已经将研究重点转向固态电池，日本科学技术振兴机构（JST）、日本新能源产业技术开发机构（NEDO）都积极推动，这些动态让外界开始关注这项技术。

固态电池的技术瓶颈

目前，包括韩国三星、日本丰田和我国宁德时代在内的众多电池和汽车厂商，都加大了固态电池研发投入，已有部分电池进入装车测试阶段。尽管前景可期，但由于技术和工艺上的种种问题，发展固态电池的道路绝非一帆风顺。

首先，高效的电解质材料体系缺乏。目前固态电池材料发展很快，但综合应用较为欠缺。

作为固态电池的核心材料，目前在固体锂离子导体的单一指标上已有所突破，但综合性能尚不能满足大规模储能需求。现今固态电池采用的固态电解质普遍存在性能短板，距离高性能锂离子电池系统的要求仍有不小的差距。

1、固态电解质和电极的界面处理也是固态电池目前面对的一大难题。

在固体电解质中锂离子传输阻抗很大，与电极接触的刚性界面接触面积小，在充放电过程中电解质体积的变化容易破坏界面的稳定。

2、在固态锂离子电池中，除了电解质和电极之间的界面，电极内部还存在复杂的多级界面，电化学以及形变等因素都会导致接触失效影响电池性能。

再次，长期使用时稳定性不理想也是长寿命储能固态电池发展的瓶颈。固态电池在服役过程中结构与界面会随时间发生退化，但退化对电池综合性能的影响机制尚不明确，难以实现长效应用。

所以，构建高性能固态电池要从两方面入手，一是构建高性能的固态电解质，二是提高界面的相容性和稳定性。

从某种意义上讲，汽车的演变历史就是电池的进化过程。若论起源，电动汽车也已经有了180多年的历史，出现时间与燃油车不相上下。可铅酸电池、镍氢电池均未使电动汽车的地位有所突破。直至磷酸铁锂离子电池、三元锂离子电池的升级才使得部分消费者逐步接受电动汽车。