锂离子固态电池
固态电池是指采用固态电解质的锂离子电池。与传统锂电池相比，全固态电池最突出的优点是安全性。固态电池具有不可燃、耐高温 、无腐蚀 、不挥发的特性，固态电解质是固态电池的核心，电解质材料很大程度上决定了固态锂电池的各项性能参数，如功率密度、循环稳定性、安全性能、高低温性能以及使用寿命。工作原理上，固态锂电池和传统锂电池并无区别。两者最主要的区别在于固态电池电解质为固态，相当于锂离子迁移的场所转到了固态的电解质中。
而随着正极材料的持续升级，固态电解质能够做出较好的适配，有利于提升电池系统的能量密度。另外，固态电解质的绝缘性使得其良好地将电池正极与负极阻隔，避免正负极接触产生短路的同时能充当隔膜的功能。按照电解质材料的选择，固态电池可以分为聚合物、氧化物、硫化物三种体系电解质。其中，聚合物属于有机电解质，氧化物与硫化物属于无机陶瓷电解质；按照正负极材料的不同，固态电池还可以分为固态锂离子电池（沿用当前锂离子电池材料体系，如石墨+硅碳负极 、三元正极等）和固态锂金属电池（以金属锂为负极）。固态电池产业链与液态电池大致相似，两者主要的区别在于中上游的负极材料和电解质不同，在正极方面几乎一致，若完全发展至全固态电池，隔膜也完全被替换。全固态锂电池采用固态电解质替代传统有机液态电解液，有望从根本上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。固态电池的三大电解质体系各有优劣，目前全球固态电池企业都在不同的电解质体系上进行技术研发。其中，欧美企业偏好氧化物与聚合物体系，而日韩企业则更多致力于硫化物体系。目前各电池厂家基本都处于对固态电池的研发实验阶段，短期内不会实现固态电池批量生产，且固态电池的发展必然会经历成熟的固液混合态。固态电池主要技术路线分为三类，聚合物材料生产工艺接近现有设备，氧化物导电率高于聚合物，但固／固接触不良 ，硫化物离子电导率最高，是全固态电池未来最可能的技术路线，但离子产品成本／价格非常高 、空气稳定性较差。硫化物全固态锂电池的制备工艺关键在于电解质的制备，正 、负极材料的制备可以兼容液态锂电池的现有工艺流程 。制备硫化物电解质浆料，搅拌涂覆在已经制备完成的正极极片上，经过干燥、压延等工序，制备固／固界面接触良好的正极／硫化物电解质薄层材料，切割、裁剪后再与金属锂单层叠片，最后串联堆垛，焊接极耳，完成单体电芯的制备 。大部分的设备仍可以沿用现有锂电池生产设备，只是由于硫化物电解质对水分 、氧气的敏感度比较高，在生产环境上有了更高的要求，需要在更高级别的干燥间内进行生产，最好能在全封闭的充满氩气氛围的环境中生产 。同时，目前考虑到硫化物无机固体电解质膜的柔韧性不佳，公众号动力电池bms 在制备全固态锂二次电池时更多地采用叠片工艺，至于具体是分别制备电解质与正负极膜片后叠合，还是采用双层或多层一次完成，可以根据具体的尺寸规格及制造规模选择。 固态电池面临的问题尽管经过数十年的发展，固态电池的一些关键科学问题、部分核心材料和技术依然尚未取得突破，这制约了其规模化量产和应用，主要难题和挑战包括：固态电解质中的离子输运机制、全固态电池中的锂枝晶生长机制以及多场耦合下的失效、失控机制。第一、固态电解质 作为全固态电池的核心材料 ，研究其体相与表界面的锂离子输运机制至关重要。这是进一步提升离子导电率、创制新型固态电解质材料、改善全固态电池性能、推动固态离子学科发展的科学基础 。第二 、高机械强度的固态电解质 仍然难以抑制锂金属枝晶的生长 ，造成全固态电池的快速容量衰减与安全隐患。不同于传统锂离子电池中的(脱)溶剂化与离子迁移过程，全固态体系中锂离子如何跨越固固界面发生电化学反应，又如何在固态电解质内部形核生长并刺穿固态电解质？ 厘清锂金属在固-固界面的界面电化学过程及其枝晶生长过程是实现高比容锂金属负极长效稳定循环的先决条件。第三 ，全固态电池中的离子输运 、界面电化学等物理化学过程具有鲜明的多场耦合特征 。因此，全面考量多场耦合效应，建立真实工况下全固态电池复杂体系的物理化学模型，揭示其多场耦合下的失效、失控机制是优化全固态电池电化学性能的重要科学支撑。从当下的参与主体来看， 纵观国内外发展态势，美国在基础研究方面仍然处于领先地位，且多家初创企业拥有核心专利技术，但产业化方面仍存在比较大的挑战。日韩产学研结合紧密，研发起步早，在全固态电池特别是关键材料上积累了大量的基础、核心专利，引领了全固态电池技术的发展 。我国是电池生产第一大国，且拥有完备的产业链，但在理论机制及关键材料方面的原始创新仍有发展空间。当前固态电池已成为各国角逐的热点技术， 固态电池所使用的固体电解质本身需 要相对复杂的合成或处理工艺， 固体电解质自身的性质及其和电极的理化相容性 不但影响着电池材料体系在科学角度的构建， 也影响着其工程化进程 。固态电池未来需要继续提升电极和电解质材料的综合性能，设计新型集流体/电极/电解质复合结构 ，发展新型制造工艺和装备，逐步推进电池制造技术的提升。
