固態電池

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液的電池。固態電池一般功率密度較低，能量密度較高。由於固態電池的功率重量比較高，所以它是電動汽車很理想的電池。

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。

2030年，鋰離子電池將不再是電動汽車電池主流，但其在某些電子原件領域仍有一席之地。

從1991年索尼公司將含有液態電解質的鋰離子電池帶入電子設備的應用至今，液態鋰電池已經成為目前最為成熟、使用最廣泛的技術路線之一。

在2010年，豐田就曾推出過續航里程可超過1000KM的固態電池。而包括QuantumScape以及Sakti3所做的努力也都是在試圖用固態電池來取代傳統的液態鋰電池。

加拿大Avestor公司也曾嘗試過研發固態鋰電池，最終2006年正式申請破產。Avestor公司使用一種高分子聚合物分離器，代替電池中的液體電解質，但一直沒有解決安全問題，在北美地區發生過幾起電池燃燒或者爆炸事件。

2015年3月中旬，真空吸塵器的發明者、英國戴森公司（Dyson）創始人詹姆斯·戴森將其首筆1500萬美元的投資投向了固態電池公司Sakti3，後者是一家成立於2007年的電池創業公司。

2018年1月消息，一項突破性的全新電池技術似乎終於接近現實。如果達到預期的話，新技術能滿足手機上癮者數天的使用需求，並且能使電動汽車的行駛里程增加到500英里（約804公里）以上。這項新技術被稱為固態電池技術，它用陶瓷材料取代了當今電池中的液態電解質。

2018年1月，它與寶馬公司結盟，後者已經承諾在未來10年內為其生產的每一款產品提供某種形式的電池組件，無論是傳統的混合動力車、插電式電動車還是純電動汽車（BEV）。

2021年7月，俄羅斯聖彼得堡國立大學開發出可在幾秒內完成充電的新型聚合物基固態電池。

傳統的液態鋰電池又被科學家們形象地稱為“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）。而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，電池的充放電過程便完成了。

固態電池的原理與之相同，只不過其電解質為固態，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，固態電池中由於沒有電解液，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、電子控制項等，不僅節約了成本，還能有效減輕重量。

輕——能量密度高。使用了全固態電解質后，鋰離子電池的適用材料體系也會發生改變，其中核心的一點就是可以不必使用嵌鋰的石墨負極，而是直接使用金屬鋰來做負極，這樣可以明顯減輕負極材料的用量，使得整個電池的能量密度有明顯提高。

薄——體積小。傳統鋰離子電池中，需要使用隔膜和電解液，它們加起來佔據了電池中近40%的體積和25%的質量。而如果把它們用固態電解質取代（主要有有機和無機陶瓷材料兩個體系），正負極之間的距離（傳統上由隔膜電解液填充，現在由固態電解質填充）可以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——因此全固態電池技術是電池小型化，薄膜化的必經之路。

柔性化的前景。即使是脆性的陶瓷材料，在厚度薄到毫米級以下后經常是可以彎曲的，材料會變得有柔性。相應的，全固態電池在輕薄化后柔性程度也會有明顯的提高，通過使用適當的封裝材料（不能是剛性的外殼），製成的電池可以經受幾百到幾千次的彎曲而保證性能基本不衰減。

更安全。傳統鋰電池可能發生以下危險：(1)在大電流下工作有可能出現鋰枝晶，從而刺破隔膜導致短路破壞(2)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。採用全固態電池技術，以上兩點問題就可以直接得到解決

固態電池可能是未來電池技術的發展方向之一，但也許不是最好的。”上述新能源生產企業的技術人員稱，“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，要看哪種路線發展更快、更接地氣。”所謂接地氣，就是在商業化的規模和成本方面都能達到完美的平衡點。首先，使用的材料必須不能是高成本且稀有的。其次，要在各個行業和領域都有實現大規模應用的可能。

或許，現在最具考驗的地方在於價格。液態鋰電池的成本大約在200~300美元/千瓦時，如果使用現有技術製造足以為智能手機供電的固態電池，其成本會達到1.5萬美元，而足以為汽車供電的固態電池成本更是達到令人咋舌的9000萬美元。

Sastry表示，固態電池生產成本居高不下的一個重要原因在於生產效率低下。按照Sastry的規劃，Sakti3最終將會把電池的成本降低至100美元/千瓦時，不過，她並沒有給出最終的時間。

從理論的提出時間來看，固態電池並不是一個新的概念，但多年來，研發上的進展並沒有想象那麼快速。韓國三星的一位技術人員認為，即便Sakti3最終能做到成本上的降低，電池從實驗室到最終的量產也需要不短的時間。正如液態鋰電池，在上世紀70年代，相關的理念和實驗認證就在齊頭並進地推進，但真正大規模的使用，已經是20世紀末了。