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全固態(tài)鋰電池是什么？
全固態(tài)鋰電池，是一種使用固體電極材料和固體電解質(zhì)材料，不含有任何液體的鋰電池，主要包括全固態(tài)鋰離子電池和全固態(tài)金屬鋰電池，差別在于前者負(fù)極不含金屬鋰，后者負(fù)極為金屬鋰。
固態(tài)鋰電池與全固態(tài)鋰電池有何區(qū)別？
這個(gè)問(wèn)題需要從一系列的相關(guān)概念來(lái)認(rèn)識(shí)。
半固態(tài)鋰電池是指電芯電解質(zhì)相中，質(zhì)量或體積的一半是固體電解質(zhì)，另一半是液體電解質(zhì)。
準(zhǔn)固態(tài)鋰電池是指電芯的電解質(zhì)中含有一定的固體電解質(zhì)和液體電解質(zhì)，其中，液體電解質(zhì)的質(zhì)量或體積小于固體電解質(zhì)的比例。
固態(tài)鋰電池是指電芯中含有較高質(zhì)量或體積比的固體電解質(zhì)，同時(shí)含有少量液體電解質(zhì)的電池，被一些研究人員稱(chēng)之為“固態(tài)鋰電池”，但實(shí)際上它不是全固態(tài)鋰電池。
混合固液鋰電池是指電芯中同時(shí)存在固體電解質(zhì)和液體電解質(zhì)。包括上述的半固態(tài)、準(zhǔn)固態(tài)、固態(tài)鋰電池等均為混合固液鋰電池的一種，更為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)拿Q(chēng)其實(shí)應(yīng)為“混合固液電解質(zhì)鋰電池”。
全固態(tài)鋰電池是指電芯由固態(tài)電極和固態(tài)電解質(zhì)材料構(gòu)成，電芯在工作溫度范圍內(nèi)，不含有任何質(zhì)量及體積分?jǐn)?shù)的液體電解質(zhì)。
全固態(tài)鋰電池一定比液態(tài)鋰電池安全？
發(fā)展全固態(tài)鋰電池最重要的推動(dòng)力之一是安全性。電池安全性對(duì)于所有應(yīng)用領(lǐng)域的重要性都排在第一位。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，液態(tài)電解質(zhì)的鋰離子電池電芯的安全性已經(jīng)得到了顯著提高。
相對(duì)于液態(tài)電解質(zhì)電芯，很長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)都沒(méi)有正式報(bào)道顯示固態(tài)電解質(zhì)全固態(tài)鋰電池電芯的綜合電化學(xué)性能超過(guò)液態(tài)，尤其是各類(lèi)全固態(tài)鋰電池的熱失控、熱擴(kuò)散行為的測(cè)試數(shù)據(jù)還相當(dāng)少。
全固態(tài)鋰電池是否真的解決了鋰離子電池的本質(zhì)安全性還有待更廣泛、深入的研究和數(shù)據(jù)積累。目前下結(jié)論認(rèn)為在全壽命周期中全固態(tài)鋰電池安全性會(huì)顯著優(yōu)于經(jīng)過(guò)充分優(yōu)化的液態(tài)電解質(zhì)鋰離子電芯可能為時(shí)尚早，而且基于不同固態(tài)電解質(zhì)的全固態(tài)鋰電池可能在安全性方面也會(huì)有顯著差異，需要充分的系統(tǒng)研究。
技術(shù)路線主要集中在聚合物、氧化物和硫化物三大類(lèi)？
有一段時(shí)間是這三類(lèi)固體電解質(zhì)最為研究者所關(guān)注。但是，近幾年發(fā)生了較大的變化，也就是鹵化物固體電解質(zhì)成為研究熱點(diǎn)之一。比如清陶的第一代固態(tài)電池選擇的是氧化物+聚合物的技術(shù)路徑，而第二代固態(tài)電池選擇了氧化物+鹵化物+聚合物的路徑。
鹵化物固態(tài)電解質(zhì)的發(fā)展時(shí)間其實(shí)很長(zhǎng)，但是與其同年代發(fā)現(xiàn)的其他類(lèi)型固態(tài)電解質(zhì)材料相比，它較低的離子電導(dǎo)率使得鹵化物固態(tài)電解質(zhì)在過(guò)去十幾年中的發(fā)展非常緩慢。直到2018年，Asano等人取得了重大發(fā)現(xiàn)，即Li3YCl6和Li3YBr6鹵化物固態(tài)電解質(zhì)的室溫離子電導(dǎo)率分別為5.1X10-4Scm-1和1.7X10-3Scm-1。隨后，其他幾種具有高離子電導(dǎo)率的鹵化物固態(tài)電解質(zhì)也被研究者們發(fā)現(xiàn)。
鹵化物電解質(zhì)的固有優(yōu)勢(shì)在于兼顧了高氧化穩(wěn)定性和寬電化學(xué)窗口的同時(shí)兼顧了離子電導(dǎo)率，因此有望作為固態(tài)電池應(yīng)用中的一項(xiàng)重要的正極改善和應(yīng)用策略。目前鹵化物電解質(zhì)的研究進(jìn)展較快，其離子電導(dǎo)率、正極材料兼容性、空氣/潮濕環(huán)境穩(wěn)定性等問(wèn)題還有待進(jìn)一步改善，但其低成本、環(huán)境友好，相比其他電解質(zhì)具有更為優(yōu)異的高電壓正極穩(wěn)定性，相對(duì)較高的鋰離子電導(dǎo)率等特性適合作為一項(xiàng)獨(dú)特的正極側(cè)的電解質(zhì)策略推動(dòng)全固態(tài)電池走向?qū)嵱没?br/>
復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)膜（來(lái)源：清陶）
技術(shù)路線的選擇并不是絕對(duì)的，無(wú)論氧化物、硫化物，還是鹵化物，直觀看起來(lái)都是顏色相近的粉末，都是具備鋰離子傳輸性能的，但是應(yīng)用過(guò)程中需考慮到不同的代次、成本情況、穩(wěn)定性的情況等等。
全固態(tài)電池發(fā)展的最大瓶頸是界面阻抗？
全固態(tài)電池采用固態(tài)電解質(zhì)代替有機(jī)電解液，理論上可以從根本解決傳統(tǒng)鋰離子電池的安全隱患，并且固態(tài)電解質(zhì)與金屬鋰負(fù)極的搭配有望實(shí)現(xiàn)較高的能量密度；但由于固態(tài)電解質(zhì)缺乏流動(dòng)性，導(dǎo)致固-固接觸面積小，阻抗增大等問(wèn)題出現(xiàn)，這一系列的界面問(wèn)題已成為制約全固態(tài)電池發(fā)展的瓶頸。
但是，產(chǎn)業(yè)界專(zhuān)家認(rèn)為，制約全固態(tài)電池發(fā)展的并不是界面阻抗，而是綜合選擇不同的成本路徑實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，全固態(tài)電池的發(fā)展也沒(méi)有一而貫之的路徑，材料的選擇只是整體產(chǎn)品性能的一個(gè)實(shí)現(xiàn)手段。材料公司的工作是通過(guò)復(fù)合材料的路徑不斷迭代，通過(guò)材料的排列組合揚(yáng)長(zhǎng)避短，讓這些材料傳輸鋰離子的長(zhǎng)處發(fā)展出來(lái)，在可靠性、穩(wěn)定性上做好平衡。
全固態(tài)鋰電池與傳統(tǒng)鋰電池的生產(chǎn)工藝裝備是否兼容？
一派的專(zhuān)家認(rèn)為，全固態(tài)鋰電池的生產(chǎn)設(shè)備雖然與傳統(tǒng)鋰離子電池電芯生產(chǎn)設(shè)備有較大差別，但從客觀上看不存在革命性的創(chuàng)新，可能80%的設(shè)備可以延續(xù)鋰離子電池的生產(chǎn)設(shè)備，只是在生產(chǎn)環(huán)境上有了更高的要求，需要在更高級(jí)別的干燥間內(nèi)進(jìn)行生產(chǎn)。
涂布生產(chǎn)線（圖源：清陶）
同時(shí)，也有產(chǎn)業(yè)界的專(zhuān)家認(rèn)為：電芯的產(chǎn)線工藝革命是必然的，因?yàn)椴牧隙疾灰粯�，如果是用傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池已有的產(chǎn)線做全固態(tài)電池，一定做不好，一定沒(méi)有革命性的成果。因此，全固態(tài)電池的設(shè)備創(chuàng)新、工藝創(chuàng)新是必經(jīng)之路。
全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化可以看作是一次從材料體系到電池結(jié)構(gòu)到制程工藝的全面升級(jí)。而目前的全固態(tài)電池材料體系尚未成型、產(chǎn)線設(shè)備尚不完備，固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)鏈仍處于混沌狀態(tài)。
全固態(tài)鋰電池大規(guī)模量產(chǎn)有一個(gè)具體的時(shí)間點(diǎn)？
全固態(tài)鋰電池的規(guī)�；�、產(chǎn)業(yè)化，實(shí)際上是找到市場(chǎng)需求、用技術(shù)去滿足市場(chǎng)需求的過(guò)程；并不是說(shuō)人為的設(shè)定一個(gè)時(shí)間點(diǎn)的目標(biāo)，然后大家去等一個(gè)時(shí)間點(diǎn)那么簡(jiǎn)單。鋰電池作為儲(chǔ)能中關(guān)鍵的技術(shù)，面向的是儲(chǔ)能應(yīng)用市場(chǎng)的方方面面，不僅是新能源汽車(chē)，也包括其他的儲(chǔ)能，例如很多特種的領(lǐng)域都對(duì)儲(chǔ)能有很強(qiáng)的需求，因此可以在這個(gè)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中去找到合適的商業(yè)化路徑。
也就是先通過(guò)一些特種的領(lǐng)域進(jìn)入這個(gè)市場(chǎng)，可以在這個(gè)過(guò)程中慢慢地去培育它的規(guī)�；M(jìn)而達(dá)到進(jìn)一步的降成本，然后實(shí)現(xiàn)整個(gè)全固態(tài)鋰電池產(chǎn)業(yè)的大規(guī)�；�。這實(shí)際上是一個(gè)商業(yè)路徑的選擇過(guò)程。而這個(gè)時(shí)間點(diǎn)是提前還是延后，要取決于整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈所做的協(xié)同的工作。
作為新的賽道，全固態(tài)鋰電池不可能于某個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)一次性地推出完美的解決方案，而是通過(guò)推出一個(gè)產(chǎn)品，結(jié)合市場(chǎng)不斷提高制造能力、材料性能，不斷升級(jí)、提高性價(jià)比，最終實(shí)現(xiàn)更加遠(yuǎn)期的目標(biāo)。
參考來(lái)源：
[1]財(cái)經(jīng)汽車(chē)：“充電10分鐘行駛1200公里”，固態(tài)電池真能實(shí)現(xiàn)嗎？
[2]許曉雄、李泓：為全固態(tài)鋰電池“正名”
[3]李泓：全固態(tài)鋰電池：夢(mèng)想照進(jìn)現(xiàn)實(shí)
[4]產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同配合，共同實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池規(guī)�；袊�(guó)粉體網(wǎng)專(zhuān)訪江蘇清陶能源有限公司總經(jīng)理李崢博士
[5]中國(guó)粉體網(wǎng)：命運(yùn)翻轉(zhuǎn)！鹵化物固態(tài)電解質(zhì)產(chǎn)業(yè)化有望拔得頭籌？
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/平安）
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