▲固態(tài)電解質(zhì)是固態(tài)電池的核心
2、兼容高容量正負極+輕量化電池系統(tǒng)，推動能量密度大飛躍
更寬的電化學窗口，更易搭載高電壓正極材料：提高正極材料容量需要充電至高電壓以便脫出更多的鋰，目前針對鈷酸鋰的電解質(zhì)溶液可以充電到 4.45 V，三元材料可以充電到 4.35 V，繼續(xù)充到更高電壓， 液態(tài)電解液會被氧化，正極表面也會發(fā)生不可逆相變，三元 811 電池的推廣目前便受到了耐高壓電解液的制約。而固態(tài)電解質(zhì)的電化學窗口更寬，可達到 5 V，更加適應(yīng)于高電壓型電極材料。隨著正極材料的持續(xù)升級，固態(tài)電解質(zhì)能夠做出較好的適配， 有利于提升電池系統(tǒng)的能量密度
兼容金屬鋰負極，提升能量密度上限：高容量與高電壓的特性，讓金屬鋰成為繼石墨與硅負極之后的“最終負極”。 為了實現(xiàn)更高的能量密度目標，以金屬鋰為負極的電池體系已成為必然選擇。因為： （1）鋰金屬的克容量為 3860mAh/g，約為石墨（372mAh/g）的 10 倍，（2） 金屬鋰是自然界電化學勢最低的材料，為-3.04V。同時其本身就是鋰源，正極材料選擇面更寬，可以是含鋰或不含鋰的嵌入化合物，也可以是硫或硫化物甚至空氣，分別對應(yīng)能量密度更高的鋰硫和鋰空電池，理論能量密度接近當前電池的 10 倍。
▲鋰金屬是負極材料的最終形態(tài)
▲鋰金屬負極體系能量密度遠超傳統(tǒng)鋰電
鋰金屬負極在當前傳統(tǒng)液態(tài)電池體系難以實現(xiàn)。 鋰金屬電池的研究最早可追溯到上世紀 60 年代，并在 20 世紀 70年代已成功開發(fā)應(yīng)用于一次電池。而在可充放電池領(lǐng)域，金屬鋰負極在液態(tài)電池中存在一系列技術(shù)問題至今仍缺乏有效的解決方法，比如金屬鋰與液態(tài)電解質(zhì)界面副反應(yīng)多、 SEI 膜分布不均勻且不穩(wěn)定導致循環(huán)壽命差，金屬鋰的不均勻沉積和溶解導致鋰枝晶和孔洞的不均勻形成。
▲鋰金屬負極在液態(tài)電池中存在的應(yīng)用難題
固態(tài)電解質(zhì)在解決鋰金屬負極應(yīng)用問題上被科學界寄予厚望。 研究者把解決金屬鋰負極的應(yīng)用問題寄希望于固態(tài)電解質(zhì)的使用，主要思路是避免液體電解質(zhì)中持續(xù)發(fā)生的副反應(yīng)，同時利用固體電解質(zhì)的力學與電學特性抑制鋰枝晶的形成。此外，由于固態(tài)電解質(zhì)將正極與負極材料隔離開，不會產(chǎn)生鋰枝晶刺破隔膜的短路效應(yīng)。總而言之， 固態(tài)電解質(zhì)對于鋰金屬負極擁有更好的兼容性，鋰金屬材料將在固態(tài)電池平臺上率先應(yīng)用。
▲固態(tài)電解質(zhì)在鋰金屬負極應(yīng)用上的優(yōu)勢
▲固態(tài)電解質(zhì)對鋰金屬負極兼容性更好
減輕系統(tǒng)重量，能量密度進一步提升。固態(tài)電池系統(tǒng)重量減少進一步提升能量密度。 動力電池系統(tǒng)需要先生產(chǎn)單體，單體封裝完成后將單體之間進行串聯(lián)組裝。若先在單體內(nèi)部進行串聯(lián)，則會導致正負極短路與自放電。固態(tài)電池電芯內(nèi)部不含液體，可實現(xiàn)先串并聯(lián)后組裝，減少了組裝殼體用料， PACK 設(shè)計大幅簡化。此外，由于徹底的安全特性， BMS 等溫控組件將得以省去，并可通過無隔膜設(shè)計進一步為電池系統(tǒng)“減負”。
▲固態(tài)電池封裝更加靈活
3、固態(tài)電池是最有希望率先產(chǎn)業(yè)化的下一代電池技術(shù)
固態(tài)電池體系革命更小。 鋰硫電池、鋰空氣等體系需更換整個電池結(jié)構(gòu)框架，難題更多也更大，而固態(tài)電池主要在于電解液的革新，正極與負極可繼續(xù)沿用當前體系，實現(xiàn)難度相對小。鋰金屬負極兼容，通過固態(tài)電解質(zhì)實現(xiàn)。 鋰硫、鋰空氣均需采用鋰金屬負極，而鋰金屬負極更易在固態(tài)電解質(zhì)平臺實現(xiàn)。固態(tài)電池作為距離我們最近的下一代電池技術(shù)已成為科學界與產(chǎn)業(yè)界的共識，是后鋰電時代的必經(jīng)之路。
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