固态电池如何继承液态锂电池的地位

传统的液态锂电池，被科学家们喻为“摇椅式电池”，摇椅两端为电池的正负两极，中间为电解质（液态）。其中的锂离子如同优秀的运动员在正负两极间来回奔跑，在运动过程中即完成电池的充放电过程。

然而，这种看似有趣的结构却存在隐患。据不完全统计，今年上半年电动汽车发生过10起燃烧事故。某消防单位对此总结，新能源汽车发生燃烧最为常见的主要场景表现为充电过程中的燃烧，此外，电池在行驶或停驶过程中也会产生燃烧。

不久前，在北京召开的第二届储能电池技术发展方向研讨会上，就目前电池存在的问题，与会专家提出固态电池相对是未来比较理想的选择，并在如何提升其能量密度与安全性方面提出发展路径。

可继承液态锂电池“江湖地位”

液态锂电池为何会频发爆炸，有专家分析，原因在于传统锂电池在大电流下工作有可能出现锂枝晶，从而刺破隔膜导致短路破坏；电解液为有机液体，在高温下会加剧发生副反应、氧化分解、产生气体、发生燃烧的倾向。

而近年来，学术界、产业界认为采用固态电池在安全性上相对有所保障，视其可以继承液态锂电池的“江湖地位”。

“储能的春天已经到来，储能行业开始萌芽开花，在各类储能技术中，电池储能最受关注，也是发展最快的储能技术方向。全固态锂离子电池是规模化储能理想的化学电源。”中国科学院电工研究所储能技术研究组陈永翀教授表示。

专家认为，全固态锂离子电池采用固态电解质替代传统有机液态电解液，有望从根本主解决电池安全性问题，是电动汽车和规模化储能理想的化学电源。

“固态电解质电池将是下一个风口，是新能源电池未来主要发展趋势。相较于传统锂电池，固态锂电池的差异在于电解质固态化，理论上存在一定的优势。”北京理工大学电动车辆国家工程实验室、中国电工技术学会电动车辆专业委员会委员孙立清曾表示。

由于固态锂电池技术采用锂、钠制成的玻璃化合物为传导物质，取代以往锂电池的电解液，大大提升锂电池的能量密度。采用固态电解质，可以把电池的可燃性降低，虽然电池中有一些燃烧成分，但是固态电解质能够起到阻止燃烧作用，由此，相比传统的有机电池体系电池，固态电解质不会引起燃烧。

那么，固态电池的固态电解质如何工作？据专家介绍，其具有的密度以及结构可以让更多带电离子聚集在一端，传导更大的电流，进而提升电池容量。因此，在同样的电量下，固态电池体积将变得更小。而且，由于固态电池中没有电解液，封存将会变得更加容易，在汽车等大型设备上使用时，也不需要再额外增加冷却管、电子控件等，不仅节约了成本，还能有效减轻重量。

科研与应用齐头并进

将固态电解质引入锂电池，是为了突破目前有机电解液存在的种种限制，提升电池的能量密度、功率、温度范围和安全性。与会专家提出，真正实现这些目标，仍需首先解决现有电解质材料本身以及与电极界面存在的一些问题。

中国科学院上海硅酸盐研究所副研究员靳俊介绍说，近几年我们实验室主要开发采用固态电解质的锂硫电池体系。用固体电解质修饰金属锂后，可以发现电池的循环稳定性得到很大提高。研究人员提出一个双电解质体系锂硫电池概念，采用具有锂离子导电特性LAGP体系的固体电解质，在正负极间采用少量液态电解液进行界面润湿，测试结果可以看到，首次放电比容量能够达到理论容量80％以上，相比于普通的液态锂硫电池得到很大提高，尤其在充放电效率方面，基本上接近100％，完全没有液态锂硫电池中存在的穿梭效应问题。

为了进一步解决电池的安全问题，我们把这个界面通过凝胶化，这样保证里面没有流动态的电解液，通过聚合物进行修饰，还可以缓冲循环过程中的体积效应。

清华大学材料学院副教授李亮亮表示，目前研发团队正在做一个氧化物固态电解质及固态锂电池的原形，采用三元正极，固态电解质膜和石墨负荷作负极，电池能量密度以及安全性非常好，容量仅仅下降不到10％，上千次循环后容量保持81％。固态电池具有高的能量密度、安全性好，可实现长时间的循环。

合肥博澳国兴能源技术有限公司郑明森博士指出，目前研发的叠片式大容量固态聚合物锂离子电池，结构相对简单、节点少，不需要管理系统，在组装电池组时只需串联而非并联。采用一些固态的电解液替代传统的液态电解液，以解决电池的漏液，以及碰撞后燃烧问题，提高了电池的安全性。目前在合肥皇冠假日酒店建立1GWh储能示范电站，通过184块单体芯可提供储能1000度电能的单元模块，运行8个月以来，没有加空调降温，而电池容量并未衰减。

当然，固态电池开发还在路上，仍存在一些关键问题有待突破。专家表示，固体电池应用于储能领域需考虑到长寿命、安全性等因素。另外，还需解决长期循环过程中的体积效应、稳定性和界面相容性等问题。目前正针对关键核心问题展开更详细的研究。