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如今，新能源汽车逐渐成为汽车市场的主流，而新能源汽车的动力电池也成为许多消费者关注的焦点。固态电池已经成为一种新的和流行的电池类型。

 

什么是固态电池？

 

1.固态电池的定义

根据电解液的分类，锂电池可分为液体、半固体、准固体和全固体四类，其中半固体、准固体和全固态统称为固态电池。由于电解质状态的不同，固态电池在结构上与液态锂离子电池不同。

 

2.锂电池的发展

随着锂电池行业的发展，动力电池和储能电池领域对锂电池的比容量、首次使用效率、安全性和循环次数等核心要求越来越高。锂离子动力电池的能量密度预计在未来五年内将提高到300Wh/kg以上，但依靠现有的三元体系很难实现电池能量密度高于350Wh/kg的目标。固态电池由于其结构、阴极材料、阳极材料和电解质材料，在比容量和安全性方面有明显的提高。

 

液体和固体电池的比较

 

1.安全

液体电池的安全隐患主要是由液体电解质引起的。根据最新消息，电动汽车电池引发的事故主要是自燃和爆燃。自燃的主要诱因是电池组的热失控。电池在过充、低温或高温环境中短路，电池在短时间内释放大量热量，点燃电池内部的液体电解质，最终导致电池起火。

固态电池，另一方面，使用固体电解质，其中大部分是不可燃的，解决了电解质的可燃性；同时，固体电解质膜致密无孔，机械强度高，有效抑制了负极短路问题；它在热稳定性和电化学稳定性方面也优于电解质，大大提高了锂电池的安全性能。

 

2.能量密度

电池的能量密度直接由阴极和阳极材料的理论克容量和电化学电势差决定。根据固态电池的最新进展，特斯拉4680大圆柱电池的能量密度为283Wh/kg，而根据CATL固态电池的结构，磷酸铁锂的能量密度达到160wh/kg，三元高镍的能量密度高达250wh/kg。

2022年10月，美国国家航空航天局在其官方网站上介绍，美国航空航天局目前研发成功的固态电池能量密度达到500Wh/kg，几乎是三元高镍的两倍。

固态电池的阴极和阳极材料可以使用更大的电势差，并且由于固体结构的稳定性优势，可以在制造过程中扩大阴极和阳极的容量，以提高电池的整体能量密度。

全固态电池可以使用锂金属作为负极（锂金属的比容量是石墨负极的近10倍），在相同的正极系统下，有望将能量密度提高50%以上，同时提高电池的PACK能量密度，降低电池成本。

 

 

固态电解质材料技术路线

 

在构建高性能固态电解质的过程中需要关注的核心要求包括。

① 高导电性。

② 化学稳定性好，不与电池内部材料发生反应。

③ 锂离子迁移数高，离子迁移数大于1是最理想的状态。

④ 机械性能和韧性，对于五个级别的固体电解质，通常会出现更脆、更脆的现象。

目前，固态电解质有三条主要的技术路线：聚合物、氧化物和硫化物。三种类型的固体电解质的性能参数各有优缺点。

根据公开信息查询，2022年10月，美国国家航空航天局的硫化物路线产品，能量密度达到500瓦时/公斤。2018年，中国苏州发布了基于氧化物路线的产品开发广告，固态电池的能量密度达到400Wh/kg；2019年12月，Sakti3声称开发了一种能量密度超过1000瓦时/公斤的固态电池。

 

 

固态电池接口

 

固态电池接口是指：

① 固体电解质内部的界面

② 复合正极材料内部的界面

③ 固体电解质和阴极材料之间的界面

④ 固体电解质和负极材料之间的界面

界面概念在固态电池中被引入，主要是因为固体材料的固相界面之间没有润湿性，难以进行充分的接触，并形成更高的接触电阻。此外，循环过程中还会出现元素相互扩散和空间电荷层形成等现象，影响电池性能。结晶电解质中存在大量晶界，晶界电阻高不利于锂离子在正负电极之间的传输。

为了提高不同界面（如导电性、空间电荷层等）的性能，需要在固态电池的结构、制备工艺和材料选择方面进行专门的研发和设计。

 

市场需求

2030年全球对固态电池的需求预计将接近500GWH，市场空间超过1500亿，其中固态动力电池的需求超过350GWH。

 

 

根据该研究所的预测，2022年至2030年，中国固态电池出货量预计将高速增长，到2030年可能超过250 GWH，而在成本方面，随着固态电池技术的不断进步，固态电池的成本价格也将继续下降，中国固态电池的成本价格预计将从2022年的1.9元/Wh降至2030年的0.8元/Wh。2022年三元锂电池成本价约为1元/Wh，磷酸铁锂电池成本价格为0.8元/Wh。

目前，与固态电池相比，液体电池在成本上具有更大的优势。然而，随着固态电池技术的发展和大规模生产的实施，成本将接近液体电池，同时其高能量密度和高安全性的优势将突显出来。