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电池|新能源电池技术之固态电池( 二 )


电池|新能源电池技术之固态电池
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（现在锂离子电池各组分的（a）体积占比和（b）质量占比）
【电池|新能源电池技术之固态电池】目前许多纳米材料实用的一大关键障碍就在于比表面积大 ， 体积密度过低 ， 导致如果基于这些材料制成产品 ， 往往相同质量下占据体积过大 ， 即体积能量密度偏低 ， 完全无法满足一般工业品的要求 。
所以现在的纳米（电池）材料科研中往往选择了不报道这方面的参数 ， 原因不难理解 。
优势之二：柔性化的前景
全固态电池可以经过进一步的优化 ， 变成柔性电池 ， 从而带来更多的功能和体验 。
实际上 ， 即使是脆性的陶瓷材料 ， 在厚度薄到毫米级以下后经常是可以弯曲的 ， 材料会变得有柔性 。
相应的 ， 全固态电池在轻薄化后柔性程度也会有明显的提高 ， 通过使用适当的封装材料（不能是钢性的外壳） ， 制成的电池可以经受几百到几千次的弯曲而保证性能基本不衰减 。
实际上 ， 以各种可穿戴设备为代表的柔性电子器件是下一代电子产品发展的重要方向 ， 而这就要求该产品中的元件同样需要具有柔性 ， 因此柔性全固态电池是科研与工业界中 ， 非常有前景的明日之星 。
电池|新能源电池技术之固态电池
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（韩国KAIST制备的典型叠层结构的柔性全固态电池）
不仅如此 ， 功能化的全固态电池潜力远不只以上的柔性电池 ， 经过电池材料结构优化可以制成透明电池 ， 或者是拉伸幅度可达300%的可拉伸电池 ， 或是可以和光伏器件集成化的发电-存储一体化器件等等--全固态电池所意味的功能上的创新应用前景还有很多 ， 在这方面科研人员与工程师们的想像力会给我们带来越来越多的惊喜 。
电池|新能源电池技术之固态电池
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（拉伸变形度可达300%全固态电池的结构示意图）
电池|新能源电池技术之固态电池
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（太阳能电池和超级电容器一体集成纤维状器件示意图）
优势之三：更安全
作为一种能量存储器件 ， 实际上所有电池在热力学实质上都不可能是绝对安全的 。
但是电池实际应用中的决定其真正安全性的因素是多方面的 ， 影响因素包括电池的电极材料特性、电解液的性质 ， 以及电子产品中的电池管理系统等 。
目前一般商用的锂离子的安全性是大家关心的重点 ， 在这里用“不够理想”来评价现在电池的安全性 ， 应该是一个比较合适的评价 。
优势之四：轻--能量密度高
使用了全固态电解质后 ， 锂离子电池的适用材料体系也会发生改变 ， 其中核心的一点就是可以不必使用嵌锂的石墨负极 ， 而是直接使用金属锂来做负极 ， 这样可以明显减轻负极材料的用量 ， 使得整个电池的能量密度有明显提高 。
此外 ， 许多新型高性能电极材料 ， 可能之前与现有的电解液体系的兼容性并不好 ， 但是在使用全固态电解质后该问题可以得到一定的缓解 。
综合考虑到以上两大因素 ， 全固态电池相比于一般锂离子电池 ， 能量密度可以有一个较大幅度的提升：现在许多实验室中 ， 都已经可以小规模批量试制出能量密度为300-400Wh/kg的全固态电池了（一般锂离子电池是100-220Wh/kg） 。
从能量密度的数据上看 ， 或许全固态电池真的有希望让我们的生活从“一天一充”升级到“两天一充” 。
固态电池的技术路线
固态电池领域有不同的技术路线 ， 固体电解质可大致分为三类：无机电解质、固态聚合物电解质（SPE ， Solid Polymer Electrolyte）、复合电解质 。 目前较多业者投入研究的材料包括固态聚合物、硫化物（Sulfide）、氧化物（Oxide）、薄膜（Thin Film）等 。 像是戴森、苹果各自收购的固态电池厂Sakti3和Infinite Power Solutions ， 皆以薄膜为主 ， 但制程复杂 ， 量产难度高 ， 先前市场传出戴森、苹果有意放弃 ， 故现阶段发展状况不太明朗 ， 而丰田、松下（Panasonic）、三星、宝马、宁德时代投入硫化物电解质 ， 辉能、索尼则是聚焦在氧化物 。


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