固态电池：下一代电池技术的综合优势与应用前景
固态电池：下一代电池技术的综合优势与应用前景
固态电池作为下一代电池技术的重要发展方向，以其卓越的安全性和能量密度优势备受关注。本文将深入探讨固态电池的工作原理、技术优势及其在新能源汽车领域的应用前景。
固态电池的工作原理与技术路线
固态电池是采用固态电解质的锂离子电池，固态电解质和液体电解质一样承担着在正负极之间传输锂离子的作用，但传输机制有所不同。通过引入不可燃的固态电解质，可以本质上保证安全性，同时兼容高能量密度正负极，可以满足快充、循环寿命长、高温性能好的要求。
从技术路线来看，固态电池的发展将经历从固液混合电池到全固态电池的渐进过程。固态电解质中，硫化物全固态潜力较大，固液混合电池采用氧化物与聚合物复合电解质，已有量产。
固态电池的综合性能优势
安全性更高
固态电解质不可燃，具有一定机械强度，电池安全性更好。在新能源汽车销量逐年增长的同时，安全事故也在不断增加，其中，电池自燃占比事故原因的31%。固态电解质不可燃、耐高温、无腐蚀、 不挥发、不存在漏液问题，半固态电解质中液体电解质含量少（~10 wt.%），可燃性大大降低，可以从根本上减少安全问题。
能量密度潜力大
固态电解质兼容高容量正负极材料，高能量密度发展潜力较大。
正极：固态电解质具有更宽的电化学窗口，更易搭载高电压正极材料。目前三元材料可以充电到4.35V，若匹配更高电压，液态电解液会被氧化，正极表面会发生不可逆相变。而固态电解质电化学窗口可以达到5V，适用于高电压型电极材料。
负极：兼容金属锂负极，提升能量密度上限。金属锂负极具备高容量与高电压的特性，但在应用于液态电池存在一系列技术问题。固态电解质可将正负极材料隔离开，不会产生类似液态锂电池里锂枝晶刺破隔膜的短路效应，对于锂金属负极拥有更好的兼容性。
内部串联：全固态电池可实现内部串联，具备更高的成组效率。由于采用液态电解质并考虑安全性，传统液态锂电池电芯成组主要通过外部串联构成模组。全固态电池则可实现电芯内部串联，且不需要焊接集流体，在极片、电芯、成组各个阶段，均能够提升体积比能量密度。
其他优势
固态电池还具有快充、循环寿命长、工作温度范围广的优点。中国电动汽车基础设施促进联盟的调查数据显示，高达87.9％的用户充电时，选择120kW及以上的大功率充电设施，而60kW以下的充电设施用户选择率仅为1.6％。固态电池快充时不会出现较大浓度梯度，充电速率快，可以满足电动车对快充的需求。且固态电池的循环性能好，理想状况下可达45000次，应用范围广，安全使用温度范围为-25℃-60℃+。
产业化应用前景
长安汽车表示，在技术路线上，将着力电芯技术的突破。围绕液态电池材料改性、体系优化等开展技术攻关，不断提升电池能量密度，充电倍率做到应用 3C，普及 5C，预研7C，最快实现充电 7 分钟，续航 400 公里。同时，深耕半固态、固态电池的全新电解质材料开发、关键工艺开发，基于整车需求，正向开发领先的固态电池，从 2025 年开始逐步量产应用，重量能量密度达到 350-500Wh/kg、体积能量密度 750-1000Wh/L，2030 年全面普及应用。
假设长安固态电池能量密度达到了400wh/kg,我们不难看出，同样电池质量下，其续航里程至少增加1倍，将达到1000KM左右，彻底告别电动汽车“行驶里程”焦虑的问题。