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引言

電池技術的發展歷程可以追溯到18世紀末，自從第一塊實用的電池——伏打電堆被發明以來，電池技術就一直在不斷地進步和演變：

區別

嚴格講，鋰電池（鋰離子）是一類由鋰金屬或鋰合金為正/負極材料、使用非水電解質溶液的電池。固態電池只是其中一種技術，使用固體電極和固體電解質的電池。其最大的技術優勢來自于安全性：固體電解質不易燃，即使刺穿電池也不存在電解液泄漏、揮發、爆燃等風險。而通常我們所稱的鋰電池，主要特指采用液態電解質的鋰電池。

1、工作原理

固態電池和液態鋰離子電池的充放電原理均基于“搖椅電池”，即依靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作。在充放電過程中，Li+在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌：充電時，Li+從正極脫嵌，經過電解質嵌入負極，負極處于富鋰狀態；放電時則相反。因此固態電池和液態鋰離子電池在性能參數上具有可比性和相通性。

鋰離子電池：液態電解質具有較高的離子電導率(~10-2S·cm-1)，鋰離子可在液態電解質中輕易地移動，從一個電極（負極）移動到另一個電極（正極），從而實現充放電過程。

固態電池：使用固態電解質，鋰離子在固態電解質中移動，實現充放電過程。固態電解質可以是純固態的，也可以是復合固態的，其中包含一些液態或半固態成分。

資料來源：陳汝頌等《Approaching Practically Accessible Solid-State Batteries》

2、性能特點

能量密度：鋰離子電池通常具有較高的能量密度，意味著它們可以在較小的體積或重量內存儲更多的能量。固態電池的能量密度正在不斷提高，但目前通常低于鋰離子電池。

安全性：固態電池由于使用固態電解質，不容易發生泄漏或爆炸，因此它們在理論上比鋰離子電池更安全。

充放電次數：固態電池的充放電次數通常比鋰離子電池少，但固態電池的循環壽命正在通過技術創新不斷提高。

工作溫度范圍：固態電池能夠在更寬的溫度范圍內工作，而鋰離子電池在極低溫度下可能會出現性能下降。

3、 應用領域

鋰離子電池：廣泛應用于智能手機、筆記本電腦、電動汽車和可再生能源存儲等領域。

固態電池：預計將在電動汽車、可穿戴設備和移動設備中得到應用，尤其是在需要更高安全性和更長壽命的應用中。相比較液態鋰離子電池，固態電池采用機械性能更好的無機陶瓷材料作為電解質，能夠抑制鋰枝晶生長，同時可以避免熱收縮等問題，使鋰金屬負極在電池中的應用成為可能，大幅提升電池的能量密度。

此外，在全固態電池中只存在鋰離子的遷移，不存在形成SEI膜之類的副反應，提高了庫倫效率，增強了循環壽命。

（動力電池技術路線圖  資料來源：德勤管理咨詢）

4. 發展趨勢：

鋰離子電池：隨著技術的成熟，鋰離子電池的成本正在下降，能量密度和安全性也在不斷提高。

固態電池：雖然目前成本較高且生產規模較小，但隨著技術的進步，固態電池有望在未來取代鋰離子電池，成為主流的電池技術。

（2022-2030年國內固態電池出貨預測  資料來源：中商產業研究院）

5、安全問題

采用液態電解質的鋰離子電池帶來的主要問題有：負極表面析鋰、正極材料結構破壞、電解液高溫高壓分解、隔膜熱收縮、高溫失效。電解液的熱不穩定性、易燃性是引發液態鋰離子電池熱失控的主要原因，而電解液作為液態鋰離子電池的必須材料，導致液態鋰離子電池無法從根本上解決安全問題。

液態鋰離子電池熱失控的誘發機制

資料來源：《鋰電池安全性多尺度研究策略：實驗與模擬方法》

而固態電池使用不可燃、無腐蝕、不揮發、不漏液的固體電解質，克服了傳統液態鋰離子電池中電解液泄漏、電極短路等現象，大大降低了熱失控的發生概率，具有較高的安全性。同時，固態電解質的絕緣性可以較好的將電池正極與負極阻隔，避免正負極產生短路，也充當了傳統電池中隔膜的功能。

六、電弛的解決方案

固態電池中的固體電解質和電極界面并不是完全穩定，仍會存在一定程度的副反應。因此，對于固態電池產氣、內部壓力、膨脹行為等的研究依然受到高度關注。

武漢電弛新能源有限公司自主研發的原位產氣量測試系統、原位氣體內壓測試系統、原位電池膨脹測試系統，可對多種電池種類和電池形態的電池進行產氣量、內壓、膨脹行為的測試，包括堿金屬離子電池(Li/Na/K)、多價離子電池(Zn/Ca/Mg/Al)、其他二次金屬離子電池(金屬-空氣、金屬-硫)、固態電池，以及單層極片、模型扣式電池(全電池、半電池、對稱電池、扣電三電極)、軟包電池、方殼電池、圓柱電池、電芯模組。系統高度集成了溫控、充放電、伺服控制、高精度傳感器等模塊，并提供企業級系統組網功能。同時，可為不同形態電池提供定制化夾具，開展不同測試模式的研究。為鋰電池材料研發、工藝優化、充放電策略的分析研究提供了良好的技術支持。