引言：今年以来，全固态电池的新闻越来越多。先是Fisker宣称开发充电1分钟、行驶500公里的固态电池，然后是宝马宣称与SolidPower合作开发下一代电动车用固态电池，现在丰田又宣称将在2020年代前半（即2025年前）实现全固态电池的实用化。如果这些成为现实，将会完全改写现有的动力电池市场竞争格局。
本文为全固态电池小白科普文，将为大家解答如下6个疑问：
疑问1-什么是全固态电池？
疑问2-为什么可以不需要电解液？
疑问3-为什么当下全固态电池成为热门话题？
疑问4-锂离子通路固态化的优势与课题是什么？
疑问5-为什么通路是固体的话能量密度就能提高？
疑问6-有哪些公司已经加入？
疑问1-什么是全固态电池？
全固态电池是指电池正负极之间没有浸润电解液，仅仅包含一种隔离膜的电池。这种电池的隔离膜中含有固态电解质，除了聚合物系电池，这种电池的隔离膜与现有隔离膜材料差异非常大。
疑问2-为什么可以不需要电解液？
例如Li离子2次电池的代表性电池摇椅型电池（也称为羽毛球型电池），与传统的铅酸、镍氢、镍镉电池相比，由于不需要发生电解液与电极间的氧化还原反应，所以从原理上来说本身就是不需要电解液的。现有的锂离子2次电池使用电解液（液态）仅仅是作为Li离子在电极间往返的通路，而全固态电池则是通过包含固态电解质的隔离膜直接实现了Li离子的往返通过。
疑问3-为什么当下全固态电池成为热门话题？
固态电解质的研究实际上从20多年前就已经开始了，但由于超越电解液又能使Li离子顺畅往返的通路很难实现，至2011年以后才相继有所突破。而现在电动汽车在全球掀起热潮，所以相当于Li离子高速道路的全固态电池成为了方向。
图片说明：使用电解液的Li离子2次电池阶段，Li离子在电解液中游泳似的移动，如果达到一定高的电压则内部阻抗会急剧增大；而目前的全固态电池则相当于使Li离子从水上通道实现了路上通道，虽然由于电极与固态电解质的接触面狭窄导致界面阻抗值非常大，通过的锂离子速度仍然有限。而将来的全固态锂离子电池，则相当于使Li离子上了高速公路，即使采用高电压，内部阻抗也不会增加，可以轻松地实现高输出功率。
疑问4-锂离子通路固态化的优势与课题是什么？
优势：
l 提高安全性（电解液漏液或挥发、以及起火的危险消失）
l 数分钟内能实现80~90%充电的超快速充电
l 打开了能量密度大幅提升的大门
l 自放电大幅降低
l 电池设计自由度增加，可能实现多层化
l 可实现柔性调整
l 可在基材上使用能实现表面封装的原材料与零件
图片为台湾ProLogium公司的柔性陶瓷电池，自放电非常小，据说使用1年后能维持90%的容量。
课题：
n 面向电动汽车的高性能产品，存在不同于电解液漏液的其他安全性问题（目前通路性能好的材料都是易燃材料）。
n 某些材料组合，电极与电解质的界面阻抗依然很大。
n 面向电动汽车的高性能全固态电池产品的量产技术目前尚未确立
疑问5-为什么通路是固体的话能量密度就能提高？
理由1：能使用高能量密度，高电压的电池材料。通过固态化电解质，电极材料不容易溶解；此外，在电解液中无法使用但在固态电解质中可以利用，并且电化学稳定性大幅升高的材料有很多，因此采用输出电压高，且电流容量密度高的正负极材料成为了可能。
理由2：实现了组装简单化。没有漏液，提高了安全性，实现了包装或者确保安全的相关夹具、冷却装置的简单化，相同容量下电池变得更加灵巧。
理由3：崭新的电池设计成为可能。将电极与固体电解质同时减薄，然后进行多层积层等的设计成为可能，从而使得电极的活性物质利用效率大幅提升。
关于理由2与3，有报道提到理论上即使使用现有的电极材料，也可能实现现有电池约2倍的体积能量密度。
示例：
l 正极采用硫磺、负极采用金属Li的全固态Li-S电池
l 采用5V级的正极材料的全固态电池（FDK与富士通研究所开发的焦磷酸钴锂等（Pyrophosphoric acid）材料。
疑问6-有哪些公司已经加入？
全球来看，与现有的电池厂家相比，新规加入队员阵营压倒性多。半导体相关或被动元器件厂家的产品商品化时期相对较早，但是在人力投入方面，也可能存在并非积极投入全固态电池开发的可能性。下图圆圈的面积大小仅仅表示根据从业人数来看的各企业规模的相对差异，圆圈面积的重合部分没有任何意义。
沪公网安备31010702008139