固态电池的优势与劣势详解

近年来，固态电池以其革命性的技术创新，给电动车领域带来了深远的影响。

固态电池，就是把传统电池中的液态电解质编程固态电解质。

相较于传统的液态电池，固态电池的优势可谓是颠覆性的，它的优势并不多，却都极其关键。

具体来说就是更高的安全性、更大的能量密度和更长的循环寿命，

这些优势为电动车领域带来了划时代的变革。

固态电池的优势

1、更高的安全性

电动车领域最重要的话题之一就是电池安全。

在液态电池中，正负极之间通常需要一层隔膜来隔离以防止短路。然而，这层隔膜并不是万无一失的，特别是在长时间使用后，有可能会被刺穿，导致电池内部短路，甚至可能引发火灾或爆炸。

固态电池的出现，有效解决了这一问题。固态电池的核心要素就是固态电解质。固态电解质的最大特点就是它的固态形态，这样的形态使得电池内部短路的风险大大降低。固态电池由于电极被固态电解质隔开，而且固态电解质本身不易燃、无腐蚀也不挥发，更没有漏液的可能，即使没有隔膜也不容易发生短路。

另外，固态电池内部的电极电子分布更为均匀，减少了锂离子以沉淀方式依附在电极表面形成锂晶枝的可能性。锂晶枝的产生是电池内部短路的一大隐患，固态电池能有效防止其产生，进一步提升了电池的安全性。

2、更高的能量密度

能量密度决定了电池的续航能力，是由电池中正负极材料的比容量和电压差决定的。

固态电池主要依靠固态电解质的特性以及对更高活性负极材料的应用来达到更高的能量密度。

首先，固态电池的电解质化学特性比较稳定，可以选择一些活性更高的金属来作为负极，例如液态电解质无法使用的锂金属负极。锂金属是一种理想的负极材料，具有极高的理论比容量，然而在液态电解质中，锂金属极易与电解质发生剧烈反应，形成锂晶枝，引发内部短路甚至火灾爆炸。而在固态电解质中，这种问题得以解决，这就是固态电池能实现更高能量密度的一个主要原因。

其次，固态电池的固态电解质具有更大的电压窗口。目前主流的液态电解液电压窗口不超过4.5V，而固态电池因为其电解质的电压窗口更大，可以选择不同的正负极材料进行组合，进而可以达到更高的能量密度。业内比较保守的估计是，固态电池的体积能量密度可以超过1000Wh/L，质量能量密度可以超过400Wh/kg。

3、更长的循环寿命

电池的循环寿命是决定电动车使用寿命的重要指标。

由于液态电解质的化学不稳定，液态电池在反复充放电过程中，电极表面容易产生固态电解质界面（SEI）膜，这种膜会阻碍锂离子的传输，导致电池的容量逐渐衰退。同时，液态电池在充放电过程中，电解质的浓度会发生变化，也会导致电池性能下降。

相较于液态电池，固态电池的电解质化学稳定，不易形成SEI膜，同时在充放电过程中，固态电解质的浓度保持恒定，不会导致电池性能下降。这些特性使得固态电池的循环寿命得以大幅提高。

固态电池的这种特性，对于电动车的经济性和环保性都有重要的影响。电动车的使用寿命得以延长，可以减少频繁更换电池的费用，电池的废弃量也会降低，这对于环保也是一种重要的贡献。

尽管固态电池拥有许多优势，但这并不意味着液态电池将会在短时间内被完全替代。固态电池面临的最大挑战，便是其生产成本和制造工艺的问题。

1、成本相对较高，工艺相对复杂

为了保证电极和电解质之间的良好接触，生产过程中需要添加一步压实工艺，增加了相应的设备和成本。

同时生产过程要求非常精细，对生产设备的要求也较高，进一步增加了固态电池的制造难度。

2、形成微裂纹

固态电解质在充放电过程中会反复膨胀收缩，容易导致电池内部形成微裂纹。

这些微裂纹可能导致电池性能的下降，甚至在极端情况下可能引发电池短路，严重影响电池的安全性。

这些微裂纹还会影响电池的寿命，使得电池无法达到预期的使用时间。

3、界面接触不良

在固态电池中，电解质与电极之间是固体与固体的接触，无法像液态电解质那样渗入电极，这就可能导致电极与电解质之间存在接触不良的区域，从而影响电池的充放电效率和能量密度。

4、界面阻抗较大

固态电池在充电过程中，电流不能像在液态电解质电池中那样迅速地通过电解质，因此无法进行超高压的快充。

总的来说，虽然固态电池的优点让人期待，但是其在加工过程中面临的挑战和缺点也是不能忽视的。而这些问题的解决，需要我们在理论研究和实际应用中不断摸索和进步。固态电池的广泛应用虽然还在一个相对较远的未来，但它以高能量密度、超长续航、高效快充和高安全性，将为电动汽车的发展开启新时代。