动力电池固体电解质材料方面的介绍

固态电池从电解质形态上分成三类，一个是纯聚合物，比如聚环氧乙烷；一个是无机固体电解质的氧化物或者硫化物；第三个是把聚合物和无机物复合在一起。这三种固体电解质最难解决的问题在于：在锂离子电池或者是将来的金属锂电池中，正极反复体积膨胀收缩后，与固体电解质相的接触会逐渐变差。对于固态电池来说，就是在循环过程中如何一直保持较低的电子和离子阻抗。如果没有更好的办法，这三类电解质中也可以添加少量液体来解决循环过程中电接触恶化的问题，这一类电解质可以称为混合固液电解质，也就是说电芯中同时含有固体电解质和液体电解质。

在固体电解质材料方面，国际上已经开发了很多类，主要包括氧化物、硫化物、氢化物、卤素、磷酸盐薄膜和聚合物。现在主流的电解质材料有三种：首先是氧化物固体电解质，采用无机陶瓷电解质来替代液体电解质，主要是解决正极侧的填充接触问题，可能需要非常复杂的表面包覆技术。对于硫化物电解质，其离子电导率非常高，也需要解决正极侧电阻变大的问题，同时解决制备、储存、服役过程中化学稳定性差和产生硫化氢的问题。对于薄膜电解质，离子电导率虽然很低，但是通过薄膜化降低面电阻，也可以制备使用器件。但是做成大面积叠层的大容量电池还是很有挑战。

总体来说，全固态电池的研发核心一在于电解质材料本身，二在于界面性能的调控与优化。许多研究分析，固态电池会成为动力电池未来的技术路线。相对而言，技术成熟度较高、技术沉淀较深的当属法国的Autolib、美国Sakti3和日本丰田。这三家也分别代表了以聚合物、氧化物和硫化物三大固态电解质的典型技术开发方向。我国2013年中科院设立了全固态锂电池先导计划，目前中科院宁波材料所、中科院上海硅酸盐所、青能所、天津十八所、清华大学、中科大、复旦大学、特种科大、武汉大学、东北师范大学等机构纷纷开展各种全固态锂电池研究。

目前，已经实现商业化的大容量固态电池主要还是聚合物固态电池，就是聚环氧乙烷基固态电解质，加拿大魁北克水电研究所报道的数据显示，可以使用46微米厚的金属锂，30微米厚聚合物电解质以及30微米厚的磷酸铁锂正极，1/3C下循环1000多次，工作温度在60到85度，电池包需要有加热保温功能。技术来源于加拿大魁北克水电研究所的法国Autolib的电动汽车“Bluecar”配备了其子公司Batscap生产的30kwh金属锂聚合物电池(LMP)采用Li-PEO-LFP材料体系，加速进入6.3秒，最高时速可以达到130km/h，而续航里程高达200km，足够这款车在两个城市间往返行驶。Bluecar于2011年10月正式进入法国汽车租赁市场，在巴黎以及法国40个城市租赁到这款小车。该车在巴黎整车被曾酒鬼点燃后，但电池完好无损，其安全性可见一斑。

固态电池是否是未来新能源汽车动力电池的必然选择，还是暂时的升级换代，在全球范围来看这还需要时间来进行论证，而在我国作为技术人员从目前的数据来分析，至少还需要2年的时间固态电池才可能真正的量产并替代现有的液态锂离子电池。