一、固态电池简介

固态电池是一种电池技术。与当今常用的锂离子电池和锂离子聚合物电池不同，固态电池是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达到了极限，近年来固态电池被认为是可以继承锂离子电池地位的电池。固态锂电池技术使用锂和钠制成的玻璃化合物作为导电材料，取代了以前锂电池的电解质，极大地提高了锂电池的能量密度。

在固态离子学中，固态电池是指使用固体电极和固体电解质的电池。固态电池通常具有低功率密度和高能量密度。由于固态电池的功率和重量相对较高，它是电动汽车的理想电池。

2020年，固态电池技术的研发有望取得突破，在成本、能量密度和生产工艺方面将进一步赶上锂离子电池技术。

到2030年，锂离子电池将不再是电动汽车电池的主流，但它们在某些电子元件中仍有一席之地。

Ⅱ固态电池的历史发展

自1991年索尼将含有液体电解质的锂离子电池引入电子设备应用以来，液体锂电池已成为最成熟、应用最广泛的技术路线之一。

2010年，丰田推出了一款续航里程超过1000公里的固态电池。包括QuantumScape和Sakti3在内的公司也在试图用固态电池取代传统的液态锂电池。

加拿大Avestor公司也曾试图开发固态锂电池，最终于2006年申请破产。Avestor使用聚合物分离器代替电池中的液体电解质，但尚未解决安全问题。在北美已经发生了几起电池燃烧或爆炸事件。

2015年3月中旬，吸尘器的发明者、英国戴森公司创始人詹姆斯·戴森向固态电池公司Sakti3投资了他的第一笔1500万美元，该公司成立于2007年的电池初创公司。

2018年1月，一项突破性的新电池技术似乎终于接近现实。如果达到预期，这项新技术可以在几天内满足手机上瘾者的需求，并将电动汽车的里程增加到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体电解质。

2018年1月，它与宝马结成联盟，宝马承诺在未来10年内为其生产的每一种产品提供某种形式的电池组件，无论是传统的混合动力汽车、插电式电动汽车还是纯电池。电动汽车（BEV）。

三、固态电池的工作原理

传统的液态锂电池也被科学家生动地称为“摇椅电池”。摇椅的两端是电池的正极和负极，中间是电解质（液体）。锂离子就像一名优秀的运动员，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，完成了电池的充电和放电过程。

常规电池和固态电池

固态电池的原理是一样的，只是它的电解质是固体的，其密度和结构可以让更多的带电离子聚集在一端，传导更多的电流，从而增加电池容量。因此，在相同电量的情况下，固态电池的体积会变得更小。不仅如此，因为固态电池中没有电解质，所以密封起来更容易。当用于汽车等大型设备时，不需要添加额外的冷却管、电子控制等，这不仅节省了成本，而且有效地减轻了重量。

四、固态电池的优势

1.光-高能量密度。全固体电解质使用后，锂离子电池的适用材料体系也将发生变化。核心是不需要使用锂插层石墨阳极，而是直接使用金属锂作为阳极，这可以显著减少负极材料的数量，并显著提高整个电池的能量密度。

2.薄型。在传统的锂离子电池中，需要分离器和电解质，它们总共占电池体积的近40%和质量的25%。如果用固体电解质（主要是有机和无机陶瓷材料）代替它们，正极和负极之间的距离（传统上用隔膜电解质填充，现在用固体电解质填充）可以缩短到甚至几微米，这样电池的厚度可以大大减小。因此，全固态电池技术是小型化和薄膜电池的唯一途径。

固态电池材料

3.灵活性的前景。即使是脆性陶瓷材料，在厚度达到毫米或更小之后，也会经常弯曲，并且材料会变得柔软。相应地，全固态电池在变得更薄、更轻后，其灵活性将得到显著提高。通过使用适当的包装材料（而不是刚性外壳），制造的电池可以承受数百到数千次弯曲，以确保性能。

4.安全。传统锂电池可能有以下危险：（1）在大电流下工作时可能出现锂树枝状物，会刺穿隔膜并造成短路损坏。（2） 电解质是一种有机液体。高温下可能会发生副反应、氧化分解和燃烧。使用全固态电池技术，可以直接解决上述两个问题。

五、固态电池争议

固态电池可能是未来电池技术的发展方向之一，但可能不是最好的。“上述新能源生产企业的技术人员表示，”包括燃料电池、超级电容器、铝空气电池和镁电池在内，概念上有很大的发展空间，但最终取决于哪条路线发展得更快、更具商业性。转型的规模和成本可以达到一个完美的平衡点。“首先，所使用的材料必须不高成本和稀有。其次，必须有可能在各个行业和领域实现大规模应用。

也许现在最具挑战性的事情是价格。液态锂电池的成本约为200-300美元/千瓦时。如果将现有技术用于制造足以为智能手机供电的固态电池，成本将达到15000美元，而足以为汽车供电的固态蓄电池的成本将达到甚至更多——惊人的9000万美元。

萨斯特里说，固态电池生产成本高的一个重要原因是生产效率低。根据萨斯特里的计划，Sakti3最终将电池成本降至100美元/千瓦时，但她没有给出时间。

从理论提出的时间来看，固态电池并不是一个新概念，但多年来，研究和开发的进展并没有想象的那么快。韩国三星的一位技术人员认为，即使Sakti3最终能够实现成本降低，电池从实验室到最终大规模生产也需要很长时间。就像液态锂电池一样，在20世纪70年代，相关概念和实验认证正在齐头并进，但真正的大规模使用已经在20世纪末。

Ⅵ固态电池与钴的关系

进入2021，NIO将专注于固态电池，而松下打算开发无钴电池。那么，固态电池和无钴电池之间的关系是什么？固态电池是无钴电池吗？

早期固态电池的电解质是聚合物电解质，其中PEO（聚氧化乙烯）占绝大多数。PEO的电化学稳定性窗口（氧化电位）为3.8V，无法与高压阴极材料（锂钴氧化物、三元材料等）相比。它们是相容的，并且只有磷酸铁锂可以用作正极，因此不使用钴的说法已经流传下来。

然而，早期的固态电池存在不足，即能量密度不高。例如，法国Bolloré的固态电池是PEO电解质+磷酸铁锂阴极，能量密度仅为170Wh/Kg，工作温度高达80度。因此，它还没有得到推广，只安装了3000辆汽车。

换句话说，早期的固态电池实际上是磷酸铁锂固态电池，没有钴，称之为无钴电池并不夸张。

随着电池技术的发展，目前正在研究和试制的大多数固态电池都使用含钴阴极，主要是锂钴氧化物和三元材料。固态电池的核心是电解质，目前分为两类：聚合电解质和无机电解质。无机物有两种：氧化物和硫化物。它们的电化学窗口分别约为5.4V和5.7V。钴酸锂和三元材料可用于提高电池的高密度和性能。尽管还有其他类型的阴极材料正在研究中，但与锂钴氧化物和三元材料相比，它们还远未成熟。

使用锂钴氧化物和三元材料作为正极可以极大地提高电池的能量密度。例如丰田，其正极材料也是锂钴氧化物，能量密度为400wh/Kg；

因此，这里有一个结论：以锂钴氧化物和三元材料为正极的固态电池含有钴，而这种固态电池不是无钴电池。

显然，目前含钴的固态电池优于早期不含钴的固体电池。有一种说法是，在可预见的未来，固态电池必须使用钴，而且比例甚至高于锂离子电池！