鋰電池作為新能源界的“老人”，自1991年索尼將其帶入電子設備以來就一直備受關注，液態鋰電池發展至今已經成為了技術比較成熟、應用最為廣泛的一種技術路線之一。與之相對的，液態鋰電池的天花板也來越接近了，不管是磷酸鐵鋰，還是三元電池，隨著科學技術的進步，可提升空間終究會不斷減少。
傳統液態鋰電終有天花板
傳統的液態鋰電池又被科學家們形象的稱為“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）。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，電池的充放電便完成了。
（圖片源于網絡）
能量密度是動力電池性能的第一標準，隨著我國的政策轉換，對于動力電池的能量密度要求也有了明確規定，政策終點也從能量密度，向安全性轉移，兼顧安全與能量密度的電池技術還未能大規模工業化生產，但傳統液態鋰電不會是動力電池技術的終點。
固態電池開啟新篇章
在固態離子學中，固態電池是一種使用固體電極和固體電解質的電池。固態電池一般功率密度較低，能量密度較高，所以是電動汽車的理想電池。在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。
固態電池的優點
固態電池的電解質為固態，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，固態電池中由于沒有電解液，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、電子控件等，不僅節約了成本，還減輕了重量。
（圖片源于網絡）
傳統鋰離子電池中，需要使用隔膜和電解液，他們加起來占據了電池近40%的體積和25%的質量。而固態電解質可以將正負極間距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，因此全固體電池技術是電池小型化，薄膜化的必經之路。
傳統鋰電可能會發生因為工作電流過大而出現鋰枝晶，從而刺破隔膜導致短路；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。采用固態電池技術，可以有效避免這兩個問題，從而電池的安全性得到極大提高。
發展前景
固態電池也被廣泛期待成為下一代動力電池，在過去十年，相關專利數量增長超過10倍。但由于固態電池技術尚未成熟，距離大規模量產還有較大距離。預計在2025年前后，半固態電池可以實現量產，2030年前后實現全固態電池的商業化應用。
固態電池潛力巨大，有希望獲得安全性更高、單體能量密度更高（>350Wh/kg）和壽命更長（>5000次）的動力電池。在固態電池的迭代過程中，液態電解質含量將從20wt%降至0wt%，電池負極逐步替換成金屬鋰片，電池能量密度有望提升至500Wh/kg，電池的工作溫度范圍擴大至三倍以上。
固態電池憑借高能量密度和高安全性的優勢已獲得很多企業的青睞和布局。縱覽全球固態電池企業，有初創公司，也不乏國際廠商，企業之間獨踞山頭信仰不同的電解質體系，還未出現技術流動或融合的態勢。
日本的豐田、松下，韓國的三星和LG化學，中國的寧德時代、衛藍新能源、清陶、贛鋒鋰業、輝能科技，歐洲的STMicroelectrionics，美洲的Solid Power、QuantumScape、SolidEnergy、Ionic Material等諸多企業紛紛布局。歐美企業偏好氧化物與聚合物體系，而日韓企業則更多致力于解決硫化物體系的產業化難題，其中以豐田、三星等巨頭為代表。豐田在2010年就推出硫化物固態電池，2014年其實驗原型能量密度達到400Wh/kg，豐田固態電池的專利數量在2017年初就已經達到30件，遠高于其他企業。中國則是多頭并發，聚合物、氧化物、硫化物各個方向都有帶頭企業，一片欣欣向榮。
政策驅動
面對如火如荼的固態電池“競技場”，中國顯然搶到了參賽的入場券。國務院發布的《中國制造2025》規劃中明確提出了對單體動力電池比能量的戰略布局，高比能、高安全、長壽命和低成本固態鋰離子電池，是我國實現新能源汽車“純電驅動”技術轉型戰略的關鍵和重要支撐。自20世紀70年代以來，國內各研究機構、高校，以及近年來隨國家政策而創建的優勢電池材料企業，在固態電解質和固態電池研究方面已取得了系列研究成果。同時，贛鋒鋰業和寧德時代都將全固態鋰電池作為下一代高性能動力電池的研發重點。
“總體看固態電池發展的路徑，電解質可能是從液態、半固態、固液混合、固態最后到全固態。負極會從石墨負極，到硅碳負極，最后有可能到金屬鋰負極，但是目前還存在技術不確定性。”中國科學院院士歐陽明高近日分析指出，“到2030年，希望在電解質方面取得突破，全固態電解質會產業化，電池單體比能量有望沖擊500Wh/kg。2030年，常規車型的續航里程應該可以達到500km以上。”
目前，國家自然科學基金委員會、科技部和工信部都已將固態電池的研發列為重點專項，隨著更多新型固態電解質材料的發展和全固態鋰電池反應機制研究的逐步深入，固態電解質性能有望得到持續改善。
爭議
固態電池可能是未來電池技術的發展方向之一，但可能不是最好的。在目前新能源界百花齊放的背景下，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，要看那種路線發展更快，能在商業化規模和成本方面找到平衡點。首先，使用的材料不能是高成本稀有金屬，其次，要在各個行業和領域都有實現大規模應用的可能也非一日之功。
參考資料：
華創證券.固態電池行業深度報告：固態電池——后鋰電時代必經之路.
電子發燒友. 固態電池發展現狀_固態電池發展前景.
周維和. 全固態鋰電池研究進展探討.
（中國粉體網編輯整理/星屑）
注：圖片源于網絡，告知侵權刪除
