固態(tài)電池是一種使用固態(tài)電解質(zhì)替代傳統(tǒng)液態(tài)電解質(zhì)的電池，其電解質(zhì)可以是聚合物、氧化物、硫化物等多種材料。固態(tài)電池的結(jié)構(gòu)主要包括正極、負(fù)極、電解質(zhì)和隔膜四部分。與液態(tài)電池相比，固態(tài)電池具有更高的安全性、更大的能量密度和更長的壽命。

來源：《中國固態(tài)電池行業(yè)研究報告》，前瞻產(chǎn)業(yè)研究院

固態(tài)電池的工作原理與液態(tài)電池類似，都是通過正負(fù)極之間的離子傳遞來實現(xiàn)電荷的存儲與釋放。在充電過程中，正極釋放電子，負(fù)極吸收電子，同時離子從正極向負(fù)極移動，嵌入負(fù)極材料中；在放電過程中，電子從負(fù)極流向正極，離子從負(fù)極向正極移動，釋放出儲存的能量。

工作原理上，固態(tài)鋰電池和傳統(tǒng)的鋰電池并無區(qū)別。兩者最主要的區(qū)別在于固態(tài)電池電解質(zhì)為固態(tài)，相當(dāng)于鋰離子遷移的場所轉(zhuǎn)到了固態(tài)的電解質(zhì)中。而隨著正極材料的持續(xù)升級，固態(tài)電解質(zhì)能夠做出較好的適配，有利于提升電池系統(tǒng)的能量密度。另外，固態(tài)電解質(zhì)的絕緣性使得其良好地將電池正極與負(fù)極阻隔，避免正負(fù)極接觸產(chǎn)生短路的同時能充當(dāng)隔膜的功能。

n                      固態(tài)電池的優(yōu)勢

安全性：固態(tài)電池采用固態(tài)電解質(zhì)，可以有效防止電池內(nèi)部短路和漏液，降低熱失控風(fēng)險。同時，固態(tài)電解質(zhì)的化學(xué)穩(wěn)定性較好，不易燃燒，因此在高溫、撞擊等條件下，固態(tài)電池的安全性明顯優(yōu)于液態(tài)電池。

能量密度：固態(tài)電池具有較高的能量密度，一方面是因為固態(tài)電解質(zhì)可以承受更高的電化學(xué)窗口，使得電池可以使用更高電壓的正極材料；另一方面，固態(tài)電池可以采用更薄、更輕的隔膜和集流體，減輕電池重量，提高能量密度。

壽命：固態(tài)電池的壽命較長，一方面是因為固態(tài)電解質(zhì)可以有效抑制電池內(nèi)部副反應(yīng)，降低自放電速率；另一方面，固態(tài)電池的充放電循環(huán)穩(wěn)定性較好，可以承受更多的充放電次數(shù)。

來源：《全固態(tài)電池技術(shù)的研究現(xiàn)狀與展望》，許曉雄

n                      固態(tài)電池的挑戰(zhàn)

ü       固態(tài)電解質(zhì)材料研究

目前，固態(tài)電解質(zhì)材料的研究尚不充分，需要進(jìn)一步優(yōu)化和篩選具有良好離子導(dǎo)電性、機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性的材料。此外，固態(tài)電解質(zhì)與電極材料的界面問題也需要解決，以提高電池的性能。

ü       制造成本

固態(tài)電池的制造成本較高，主要原因是固態(tài)電解質(zhì)和電極材料的制備工藝復(fù)雜，且生產(chǎn)規(guī)模較小。此外，固態(tài)電池的生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)也與傳統(tǒng)液態(tài)電池有所不同，需要投入大量資金進(jìn)行研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。

ü       充放電速率

固態(tài)電池的充放電速率相對較慢，主要受限于固態(tài)電解質(zhì)的離子導(dǎo)電性。提高充放電速率需要進(jìn)一步優(yōu)化固態(tài)電解質(zhì)材料，以及開發(fā)新型電極材料和結(jié)構(gòu)。

n                      固態(tài)電池的國際競爭態(tài)勢

美國在固態(tài)電池領(lǐng)域具有較強(qiáng)的研發(fā)實力，擁有多家企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)，如QuantumScape、Solid Power、Ionic Materials等。美國政府也高度重視固態(tài)電池技術(shù)，將其列為國家戰(zhàn)略項目，投入大量資金支持相關(guān)研究。

歐洲在固態(tài)電池領(lǐng)域同樣具有較強(qiáng)的競爭力，擁有多家企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)，如德國的Varta、比利時的Solvay等。歐洲聯(lián)盟也推出了“歐洲電池聯(lián)盟"計劃，旨在推動固態(tài)電池技術(shù)的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化。

日本在固態(tài)電池領(lǐng)域擁有固態(tài)電池制造商豐田和電池材料供應(yīng)商村田制作所。日本政府和企業(yè)對固態(tài)電池技術(shù)的研究投入巨大，力求保持在該領(lǐng)域的競爭優(yōu)勢。

韓國在固態(tài)電池領(lǐng)域同樣具有較強(qiáng)實力，擁有電池制造商LG化學(xué)和三星SDI。韓國政府和企業(yè)也在積極推動固態(tài)電池技術(shù)的發(fā)展，以應(yīng)對動力電池市場的競爭。

固態(tài)電池的發(fā)展對于我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)具有十分重要意義。通過加強(qiáng)固態(tài)電池的研發(fā)和應(yīng)用，不僅可以提升我國新能源汽車的核心競爭力，還可以推動我國在動力電池市場中的地位提升。因此，我國應(yīng)加大對固態(tài)電池技術(shù)的研發(fā)力度，加強(qiáng)與國際的合作與交流，共同推動固態(tài)電池技術(shù)的快速發(fā)展。

n                      固態(tài)電池的主要研究課題

盡管固態(tài)電池有著巨大的潛力和商業(yè)價值，但目前仍存在很多技術(shù)難點需要研究和攻克。尤其是固態(tài)電解質(zhì)離子傳輸動力學(xué)、固/固界面物理和化學(xué)接觸問題。這其中，對于固態(tài)電池的電解質(zhì)/電極材料的電導(dǎo)率、內(nèi)部產(chǎn)氣/壓力、膨脹行為的評估依然是對電池材料、電池性能、生產(chǎn)工藝等的重要研究手段。

n                      電弛的解決方案

固態(tài)電池中的固體電解質(zhì)和電極界面并不是穩(wěn)定，仍會存在一定程度的副反應(yīng)。因此，對于固態(tài)電池產(chǎn)氣、內(nèi)部壓力、膨脹行為等的研究依然受到高度關(guān)注。

武漢電弛新能源有限公司自主研發(fā)的原位產(chǎn)氣量測試系統(tǒng)，原位氣體內(nèi)壓測試系統(tǒng)、原位電池膨脹力測試系統(tǒng)，可對多種電池種類和電池形態(tài)的電池進(jìn)行產(chǎn)氣量、內(nèi)壓、膨脹行為的測試，包括堿金屬離子電池(Li/Na/K)、多價離子電池(Zn/Ca/Mg/Al)、其他二次金屬離子電池(金屬-空氣、金屬-硫)、固態(tài)電池，以及單層極片、模型扣式電池(全電池、半電池、對稱電池、扣電三電極)、軟包電池、方殼電池、圓柱電池、電芯模組。系統(tǒng)高度集成了溫控、充放電、伺服控制、高精度傳感器等模塊，并提供企業(yè)級系統(tǒng)組網(wǎng)功能。同時，可為不同形態(tài)電池提供定制化夾具，開展不同測試模式的研究。為鋰電池材料研發(fā)、工藝優(yōu)化、充放電策略的分析研究提供了良好的技術(shù)支持。