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固态电池
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'''固态电池'''
固态电池是一种电池科技。与现今普遍使用的[[锂离子电池]]和[[锂离子聚合物]]电池不同的是，固态电池是一种使用[[固体电极]]和[[固体电解质]]的[[电池]]。由于科学界认为锂离子电池已经到达极限，固态电池于近年被视为可以继承锂离子电池地位的电池。固态锂电池技术采用锂、钠制成的玻璃化合物为传导物质，取代以往锂电池的电解液，大大提升锂电池的[[能量密度]]。
中文名固态电池外文名Solid-state batteries领 域硬件能量密度锂离子电池的2倍性 质一种使用固体电极和固体电解质的电池特 点功率密度较低，能量密度较高
[[File:Cb8065380cd791238a0ae285a7345982b3b7805c (1).jpg|缩略图| [https://bkimg.cdn.bcebos.com/pic/cb8065380cd791238a0ae285a7345982b3b7805c?x-bce-process=image/resize,m_lfit,w_268,limit_1/format,f_jpg 原图链接][https://bkimg.cdn.bcebos.com/pic/cb8065380cd791238a0ae285a7345982b3b7805c?x-bce-process=image/resize,m_lfit,w_268,limit_1/format,f_jpg 图片来源百度]]]
==简介==
在固态离子学中，固态电池是一种使用[[固体电极]]和[[固体电解液]]的电池。固态电池一般功率密度较低，能量密度较高。由于固态电池的功率重量比较高，所以它是电动汽车很理想的电池。2020年固态电池技术研发有望取得突破性进展，在成本、能量密度和生产过程等方面进一步赶超锂离子电池技术。2030年，锂离子电池将不再是电动汽车电池主流，但其在某些电子原件领域仍有一席之地。 <ref>["Solid-state battery developed at CU-Boulder could double the range of electric cars". University of Colorado Boulder. 18 September 2013. Archived from the original on 7 November 2013. Retrieved 7 January 2018.]</ref>
==历程==
从1991年索尼公司将含有液态[[电解质]]的[[锂离子电池]]带入电子设备的应用至今，液态锂电池已经成为目前最为成熟、使用最广泛的技术路线之一。在2010年，丰田就曾推出过续航里程可超过1000KM的固态电池。而包括QuantumScape以及Sakti3所做的努力也都是在试图用固态电池来取代传统的液态[[锂电池]]。
加拿大Avestor公司也曾尝试过研发固态锂电池，最终2006年正式申请破产。Avestor公司使用一种[[高分子聚合物分离器]]，代替电池中的[[液体电解质]]，但一直没有解决安全问题，在北美地区发生过几起电池燃烧或者爆炸事件。2015年3月中旬，[[真空吸尘器]]的发明者、英国戴森公司（Dyson）创始人[[詹姆斯·戴森]]将其首笔1500万美元的投资投向了固态电池公司Sakti3，后者是一家成立于2007年的电池创业公司。2018年1月消息，一项突破性的全新电池技术似乎终于接近现实。如果达到预期的话，新技术能满足手机上瘾者数天的使用需求，并且能使电动汽车的行驶里程增加到500英里（约804公里）以上。这项新技术被称为固态电池技术，它用陶瓷材料取代了当今电池中的液态电解质。2018年1月，它与宝马公司结盟，后者已经承诺在未来10年内为其生产的每一款产品提供某种形式的电池组件，无论是传统的[[混合动力车]]、[[插电式电动车]]还是[[纯电动汽车（BEV）]]。<ref>["Solid-state battery developed at CU-Boulder could double the range of electric cars". University of Colorado Boulder. 18 September 2013. Archived from the original on 7 November 2013. Retrieved 7 January 2018.]</ref>
==原理==
传统的液态锂电池又被科学家们形象地称为[[“摇椅式电池”]]，摇椅的两端为电池的正负两极，中间为[[电解质（液态）]]。而锂离子就像优秀的运动员，在摇椅的两端来回奔跑，在锂离子从正极到负极再到正极的运动过程中，电池的充放电过程便完成了。
固态电池的原理与之相同，只不过其电解质为固态，具有的密度以及结构可以让更多带电离子聚集在一端，传导更大的电流，进而提升电池容量。因此，同样的电量，固态电池体积将变得更小。不仅如此，固态电池中由于没有电解液，封存将会变得更加容易，在汽车等大型设备上使用时，也不需要再额外增加冷却管、电子控件等，不仅节约了成本，还能有效减轻重量。 <ref>["Solid-state battery developed at CU-Boulder could double the range of electric cars". University of Colorado Boulder. 18 September 2013. Archived from the original on 7 November 2013. Retrieved 7 January 2018.]</ref>
==优势==
优势一轻——能量密度高。使用了全固态电解质后，锂离子电池的适用材料体系也会发生改变，其中核心的一点就是可以不必使用嵌锂的石墨负极，而是直接使用金属锂来做负极，这样可以明显减轻负极材料的用量，使得整个电池的能量密度有明显提高。 <ref>[Krok, Andrew (21 December 2017). "Honda hops on solid-state battery bandwagon". Roadshow by CNET. Retrieved 7 January 2018.]</ref>
优势二薄——体积小。传统锂离子电池中，需要使用隔膜和电解液，它们加起来占据了电池中近40%的体积和25%的质量。而如果把它们用固态电解质取代（主要有有机和无机陶瓷材料两个体系），正负极之间的距离（传统上由隔膜电解液填充，现在由固态电解质填充）可以缩短到甚至只有几到十几个微米，这样电池的厚度就能大大地降低——因此全固态电池技术是电池小型化，薄膜化的必经之路。 <ref>[Krok, Andrew (21 December 2017). "Honda hops on solid-state battery bandwagon". Roadshow by CNET. Retrieved 7 January 2018.]</ref>
优势三柔性化的前景。即使是脆性的陶瓷材料，在厚度薄到毫米级以下后经常是可以弯曲的，材料会变得有柔性。相应的，全固态电池在轻薄化后柔性程度也会有明显的提高，通过使用适当的封装材料（不能是刚性的外壳），制成的电池可以经受几百到几千次的弯曲而保证性能基本不衰减。 <ref>[Krok, Andrew (21 December 2017). "Honda hops on solid-state battery bandwagon". Roadshow by CNET. Retrieved 7 January 2018.]</ref>
优势四更安全。传统锂电池可能发生以下危险：(1) 在大电流下工作有可能出现锂枝晶，从而刺破隔膜导致短路破坏.(2)电解液为有机液体，在高温下发生副反应、氧化分解、产生气体、发生燃烧的倾向都会加剧。采用全固态电池技术，以上两点问题就可以直接得到解决 <ref>[Krok, Andrew (21 December 2017). "Honda hops on solid-state battery bandwagon". Roadshow by CNET. Retrieved 7 January 2018.]</ref>
==争议==
固态电池可能是未来电池技术的发展方向之一，但也许不是最好的。”上述新能源生产企业的技术人员称，“包括[[燃料电池]]、[[超级电容器]]、[[铝空气电池]]、[[镁电池]]在理念上都有较大的发展空间，而最终，要看哪种路线发展更快、更接地气。”所谓接地气，就是在商业化的规模和成本方面都能达到完美的平衡点。首先，使用的材料必须不能是高成本且稀有的。其次，要在各个行业和领域都有实现大规模应用的可能。或许，现在最具考验的地方在于价格。液态锂电池的成本大约在200~300美元/千瓦时，如果使用现有技术制造足以为智能手机供电的固态电池，其成本会达到1.5万美元，而足以为汽车供电的固态电池成本更是达到令人咋舌的9000万美元。Sastry表示，固态电池生产成本居高不下的一个重要原因在于生产效率低下。按照Sastry的规划，Sakti3最终将会把电池的成本降低至100美元/千瓦时，不过，她并没有给出最终的时间。
从理论的提出时间来看，固态电池并不是一个新的概念，但多年来，研发上的进展并没有想象那么快速。韩国三星的一位技术人员认为，即便Sakti3最终能做到成本上的降低，电池从实验室到最终的量产也需要不短的时间。正如液态锂电池，在上世纪70年代，相关的理念和实验认证就在齐头并进地推进，但真正大规模的使用，已经是20世纪末了。 <ref>[Krok, Andrew (21 December 2017). "Honda hops on solid-state battery bandwagon". Roadshow by CNET. Retrieved 7 January 2018.]</ref>
词条图册
[[File:Cb8065380cd791238a0ae285a7345982b3b7805c (1).jpg|缩略图| [https://bkimg.cdn.bcebos.com/pic/cb8065380cd791238a0ae285a7345982b3b7805c?x-bce-process=image/resize,m_lfit,w_268,limit_1/format,f_jpg 原图链接][https://bkimg.cdn.bcebos.com/pic/cb8065380cd791238a0ae285a7345982b3b7805c?x-bce-process=image/resize,m_lfit,w_268,limit_1/format,f_jpg 图片来源百度]]]
==参考资料==
固态电池是一种电池科技。与现今普遍使用的[[锂离子电池]]和[[锂离子聚合物]]电池不同的是，固态电池是一种使用[[固体电极]]和[[固体电解质]]的[[电池]]。由于科学界认为锂离子电池已经到达极限，固态电池于近年被视为可以继承锂离子电池地位的电池。固态锂电池技术采用锂、钠制成的玻璃化合物为传导物质，取代以往锂电池的电解液，大大提升锂电池的[[能量密度]]。
中文名固态电池外文名Solid-state batteries领 域硬件能量密度锂离子电池的2倍性 质一种使用固体电极和固体电解质的电池特 点功率密度较低，能量密度较高
[[File:Cb8065380cd791238a0ae285a7345982b3b7805c (1).jpg|缩略图| [https://bkimg.cdn.bcebos.com/pic/cb8065380cd791238a0ae285a7345982b3b7805c?x-bce-process=image/resize,m_lfit,w_268,limit_1/format,f_jpg 原图链接][https://bkimg.cdn.bcebos.com/pic/cb8065380cd791238a0ae285a7345982b3b7805c?x-bce-process=image/resize,m_lfit,w_268,limit_1/format,f_jpg 图片来源百度]]]
==简介==
在固态离子学中，固态电池是一种使用[[固体电极]]和[[固体电解液]]的电池。固态电池一般功率密度较低，能量密度较高。由于固态电池的功率重量比较高，所以它是电动汽车很理想的电池。2020年固态电池技术研发有望取得突破性进展，在成本、能量密度和生产过程等方面进一步赶超锂离子电池技术。2030年，锂离子电池将不再是电动汽车电池主流，但其在某些电子原件领域仍有一席之地。 <ref>["Solid-state battery developed at CU-Boulder could double the range of electric cars". University of Colorado Boulder. 18 September 2013. Archived from the original on 7 November 2013. Retrieved 7 January 2018.]</ref>
==历程==
从1991年索尼公司将含有液态[[电解质]]的[[锂离子电池]]带入电子设备的应用至今，液态锂电池已经成为目前最为成熟、使用最广泛的技术路线之一。在2010年，丰田就曾推出过续航里程可超过1000KM的固态电池。而包括QuantumScape以及Sakti3所做的努力也都是在试图用固态电池来取代传统的液态[[锂电池]]。
加拿大Avestor公司也曾尝试过研发固态锂电池，最终2006年正式申请破产。Avestor公司使用一种[[高分子聚合物分离器]]，代替电池中的[[液体电解质]]，但一直没有解决安全问题，在北美地区发生过几起电池燃烧或者爆炸事件。2015年3月中旬，[[真空吸尘器]]的发明者、英国戴森公司（Dyson）创始人[[詹姆斯·戴森]]将其首笔1500万美元的投资投向了固态电池公司Sakti3，后者是一家成立于2007年的电池创业公司。2018年1月消息，一项突破性的全新电池技术似乎终于接近现实。如果达到预期的话，新技术能满足手机上瘾者数天的使用需求，并且能使电动汽车的行驶里程增加到500英里（约804公里）以上。这项新技术被称为固态电池技术，它用陶瓷材料取代了当今电池中的液态电解质。2018年1月，它与宝马公司结盟，后者已经承诺在未来10年内为其生产的每一款产品提供某种形式的电池组件，无论是传统的[[混合动力车]]、[[插电式电动车]]还是[[纯电动汽车（BEV）]]。<ref>["Solid-state battery developed at CU-Boulder could double the range of electric cars". University of Colorado Boulder. 18 September 2013. Archived from the original on 7 November 2013. Retrieved 7 January 2018.]</ref>
==原理==
传统的液态锂电池又被科学家们形象地称为[[“摇椅式电池”]]，摇椅的两端为电池的正负两极，中间为[[电解质（液态）]]。而锂离子就像优秀的运动员，在摇椅的两端来回奔跑，在锂离子从正极到负极再到正极的运动过程中，电池的充放电过程便完成了。
固态电池的原理与之相同，只不过其电解质为固态，具有的密度以及结构可以让更多带电离子聚集在一端，传导更大的电流，进而提升电池容量。因此，同样的电量，固态电池体积将变得更小。不仅如此，固态电池中由于没有电解液，封存将会变得更加容易，在汽车等大型设备上使用时，也不需要再额外增加冷却管、电子控件等，不仅节约了成本，还能有效减轻重量。 <ref>["Solid-state battery developed at CU-Boulder could double the range of electric cars". University of Colorado Boulder. 18 September 2013. Archived from the original on 7 November 2013. Retrieved 7 January 2018.]</ref>
==优势==
优势一轻——能量密度高。使用了全固态电解质后，锂离子电池的适用材料体系也会发生改变，其中核心的一点就是可以不必使用嵌锂的石墨负极，而是直接使用金属锂来做负极，这样可以明显减轻负极材料的用量，使得整个电池的能量密度有明显提高。 <ref>[Krok, Andrew (21 December 2017). "Honda hops on solid-state battery bandwagon". Roadshow by CNET. Retrieved 7 January 2018.]</ref>
优势二薄——体积小。传统锂离子电池中，需要使用隔膜和电解液，它们加起来占据了电池中近40%的体积和25%的质量。而如果把它们用固态电解质取代（主要有有机和无机陶瓷材料两个体系），正负极之间的距离（传统上由隔膜电解液填充，现在由固态电解质填充）可以缩短到甚至只有几到十几个微米，这样电池的厚度就能大大地降低——因此全固态电池技术是电池小型化，薄膜化的必经之路。 <ref>[Krok, Andrew (21 December 2017). "Honda hops on solid-state battery bandwagon". Roadshow by CNET. Retrieved 7 January 2018.]</ref>
优势三柔性化的前景。即使是脆性的陶瓷材料，在厚度薄到毫米级以下后经常是可以弯曲的，材料会变得有柔性。相应的，全固态电池在轻薄化后柔性程度也会有明显的提高，通过使用适当的封装材料（不能是刚性的外壳），制成的电池可以经受几百到几千次的弯曲而保证性能基本不衰减。 <ref>[Krok, Andrew (21 December 2017). "Honda hops on solid-state battery bandwagon". Roadshow by CNET. Retrieved 7 January 2018.]</ref>
优势四更安全。传统锂电池可能发生以下危险：(1) 在大电流下工作有可能出现锂枝晶，从而刺破隔膜导致短路破坏.(2)电解液为有机液体，在高温下发生副反应、氧化分解、产生气体、发生燃烧的倾向都会加剧。采用全固态电池技术，以上两点问题就可以直接得到解决 <ref>[Krok, Andrew (21 December 2017). "Honda hops on solid-state battery bandwagon". Roadshow by CNET. Retrieved 7 January 2018.]</ref>
==争议==
固态电池可能是未来电池技术的发展方向之一，但也许不是最好的。”上述新能源生产企业的技术人员称，“包括[[燃料电池]]、[[超级电容器]]、[[铝空气电池]]、[[镁电池]]在理念上都有较大的发展空间，而最终，要看哪种路线发展更快、更接地气。”所谓接地气，就是在商业化的规模和成本方面都能达到完美的平衡点。首先，使用的材料必须不能是高成本且稀有的。其次，要在各个行业和领域都有实现大规模应用的可能。或许，现在最具考验的地方在于价格。液态锂电池的成本大约在200~300美元/千瓦时，如果使用现有技术制造足以为智能手机供电的固态电池，其成本会达到1.5万美元，而足以为汽车供电的固态电池成本更是达到令人咋舌的9000万美元。Sastry表示，固态电池生产成本居高不下的一个重要原因在于生产效率低下。按照Sastry的规划，Sakti3最终将会把电池的成本降低至100美元/千瓦时，不过，她并没有给出最终的时间。
从理论的提出时间来看，固态电池并不是一个新的概念，但多年来，研发上的进展并没有想象那么快速。韩国三星的一位技术人员认为，即便Sakti3最终能做到成本上的降低，电池从实验室到最终的量产也需要不短的时间。正如液态锂电池，在上世纪70年代，相关的理念和实验认证就在齐头并进地推进，但真正大规模的使用，已经是20世纪末了。 <ref>[Krok, Andrew (21 December 2017). "Honda hops on solid-state battery bandwagon". Roadshow by CNET. Retrieved 7 January 2018.]</ref>
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==参考资料==