大家好，小科來為大家解答以上問題。固態電池的5種構型、現有研發水平及待攻關的關鍵技術這個很多人還不知道，現在讓我們一起來看看吧！

1、(文/程)近年來，隨著電動汽車普及率的快速提高，固態電池受到了國內外企業和科研人員的廣泛關注和重視，發展迅速。目前固態電池的市場參與者很多，包括車企、電池公司、投資機構、科研機構等。

2、所謂固態電池，就是使用固體電極和固體電解質的電池。因為用固體電解質代替電解質和隔膜，首先固體電池的熱穩定性更高，不會出現內部短路。其次，固體電解質具有更高的本質安全性；理論上，固態電池接口更穩定，使用壽命更長。此外，固態電池的能量密度可以進一步提高。

3、固態電池面臨的困難

4、從目前的推進速度來看，我們離全固態電池還有一段距離，預計要到2030年以后才能商用。因為還有幾大難點沒有解決：

5、第一，從材料上看，固體電解質無法兼顧高離子電導率和穩定性；

6、第二，從界面上看，剛性的固-固接觸不能保證離子在原子水平上的高效輸運；

7、在三枝晶生長方面，鋰枝晶生長容易穿透固體電解質；

8、第四，在電池制造方面，現有固體電解質成本較高。

9、也就是說，從材料、界面、枝晶生長和電池制造的角度來看，目前的全固態電池還不能滿足目前的需求。安全性高、比能量高的全固態電池離我們還很遠。然而，在現有商用液體電池無法滿足我們日益增長的電池能量密度需求的情況下，半固體電池應運而生。

10、半固體電池更適合現在的電池發展道路，因為半固體電池的安全性比液體電池高；與現有電池生產線的兼容性更高，易于產業化；還能解決接口問題。

11、最近，朱高龍博士，R & amp歐陽明院士工作站四川新能源汽車創新中心有限公司固態電池d主任，就固態電池關鍵技術問題做了在線分享。他將固態電池分為五種配置，并詳細解釋了現有的R & amp這五種配置需要攻克的d級和關鍵技術。

12、固態電池配置1和需要攻克的關鍵技術

13、無論是液體電池、半固體電池還是固體電池，結構都是一樣的。一般兩邊是正負電極(如圖1)，中間是電解質，用來輸送負離子，實現能量的儲存和轉換。電芯分為圓柱形、軟袋形和方形外殼。電池被串聯和并聯組合以形成模塊或電池組，以滿足汽車或其他應用的需要。

14、圖1:單體電池結構示意圖

15、固態電池配置1實際上相當于在液態電池的配置上引入了一層固體電解質涂層。涂層可以在隔板上或者在陽極和陰極上。

16、圖2:固態電池配置1的結構

17、朱高龍博士指出，這看起來和液體電池沒什么區別，但實際上有很多訣竅，主要體現在選材、區間設計、材料配方等方面。

18、圖3:固態電池配置1的特征

19、然而，優點是配置1中使用的設備與現有設備高度兼容。另外，在技術成熟度上，很多廠商已經有了很長時間的積累，很多關鍵點已經解決。例如，涂層厚度現在可以非常均勻地分布，從幾十納米到幾納米甚至幾百微米。此外，涂層的配方，包括電解質的粒度、結構、比例、粘合劑和添加劑組分都可以很好地控制。

20、配置1的特點是可以保證電氣性能，提高電池安全性，但問題是安全性提升不夠。朱高龍感嘆，如果這項技術能將鎳90的安全性提高到鎳50的安全指標，電池的能量密度將b

21、固態電池第一次配置時，我們在隔膜上涂了一層陶瓷涂層，安全性大大提高。但液態電池中仍有大量有機電解液，有機電解液會與陽極釋放的氧氣發生反應，產生大量熱量，導致電池安全失效。

22、因此，在兩種固態電池配置中，引入了原位固化技術，即引入膠體/固體電解質固化電解液，防止電解液流動，防止物種在釋氧過程中持續反應，從而進一步提高安全性能。

23、圖4:固態電池配置2遇到的技術要點

24、但技術還沒有完全成熟，主要難點是固化后，整個電池的安全性或合格率會有很大提高，但熱箱測試可能達不到要求，電池的性能尤其是倍率性能會迅速衰減。

25、因此，在固化配方中，如單體選擇，固化后，無論是膠體還是完全固體；需要特別注意離子導電性、作為基底的隔膜的選擇以及隔膜中離子傳輸的性能。此外，還要注意固體電解質的引發劑。比如有些引發劑雖然可以很好的固化單體，但是固化后引發劑本身并不穩定，導致半固體電池的安全性不如液體電池。

26、朱高龍強調，這里的想象很美好，但其中材料的選擇很關鍵。

27、配置目前最大的特點就是針刺通過率大大提高。因此，原位固化技術受到了企業的廣泛關注。比如蔚來在原位固化的設備、方法、配方等方面都有很多成果。

28、泰特

圖5：半固態電池現有研發水平及待攻關的關鍵技術

31、在構型3的關鍵點在于電解液量的控制和封膠技術，這樣的技術類似于在結構上的創新。比如比亞迪的刀片電池，寧德時代的CTP/CTC電池等。它的特點是針刺通過率及熱箱性能大幅提升，遇到的問題是固態電解質密度大，能量密度有損失，能量密度于安全性能的平衡。固態電池構型4面臨的技術難點固態電池構型4，主要就是把液態電池中的隔膜與電解液替換成了固態電解質。經過多年的試驗，大家發現液態電池種的隔膜和電解液是影響電池的安全性能的主要因素。因此，提升電池安全性能最為有效的辦法就是減少電解液的用量，從而很容易想到新型導鋰離子聚合物電解質、無機的陶瓷電解質，或者是聚合物電解質膜與無機固態電解質混合的電解質。要求就是需要這種電解質穩定，一致性高，與正負極有很好的兼容性。同樣在這里面，隔膜和隔膜內的電解液，換成聚合物電解質或無機固態電解質。在正極同樣可以用到原位固化的技術，或者直接加入膠態或固態電解質，也同樣可以使用封膠的技術，這相當于在原來固態電池中做一個整體升級。

33、在2015年時，法國的電池制造商Bollore生產出來了聚合物電解質固態電池。從以前的開發經驗來看，Bollore公司其實用的是聚合物電解質，聚合物電解質在60℃時，會軟化，類似于果凍或者膠態的性質。這種情況下與正負極的界面接觸得很好，本身在60℃下，本身有比較高的離子導率，這樣就會形成一個類似于液態電池的一個狀況。就是有良好的接觸，特別是電極與活性材料，電極與電解質之間有一個很好的接觸。這樣保證了離子定向輸運的快速，高效地運行，從而實現在整車上的應用。

35、構型4最主要的缺陷有兩點，一是聚合物電解質需要在高溫下運行，難以匹配高電壓的正極材料，比如說三元，高鎳的一些正極材料；二是聚合物電解質軟化之后，具備了一定的流動性，是否還安全也存在一些疑問；三是在高溫下運行，會浪費一部分的能量；四是離子導率提升不了；五是在常溫下是固態的，會存在固態電解質與正負極固固接觸比較困難，特別是聚合物還有一定的彈性，會導致離子穿過負極，到達電解質膜時，阻抗會變得很大。也就是說除了高離子導率問題，還有固固接觸的問題。這就是為什么固態電池的發展路線會從半固態逐漸過渡到全固態。有兩個方面的原因，一是聚合物的半固態，離子導率非常難以提升，后續如果要做成全固態，還是會面臨固固接觸的問題。二是聚合物的物質，它的熱穩定性，還是沒有全固態熱穩定性高。全固態電池構型5第5種類型，就是固態電池的終極目標------全固態電池，就是里面完全排除了電解液的使用。正極和負極內也是固態電解質來進行離子輸運，這會使得安全性大幅提升，同時，負極可以使用金屬鋰，整體提高電池的能量密度。

37、新聞報道里常說的固態電池具有高能量密度，其實不是因為固態電池本身的能量密度高，而是因為固態電池可以匹配這種高比能的新型正負極材料。才能夠把固態電池的能量密度做進一步的提升。如果常規下，跟液態電池一樣使用同樣的石墨負極，正極有磷酸鐵鋰，或者三元材料的話，其他成分都不變，只是把電解液和隔膜換成固態，其實能量密度是降低的。

39、相對于和歐美來說，國內在固態電池方面的投入起步相對比較晚，整體研發水平跟比還有一定的差異，這里的差異主要體現在固態電解質的合成。為什么目前固態電池還沒有大量產業化呢？其實，最主要的原因是電解質的合成成本高，推廣起來困難；第二個更關鍵的因素就是固固接觸的界面問題。因為一旦到了全固態，全是固固接觸的話，如何保證良好的界面，以及充放電過程中，還是共型的接觸，保證離子的輸運等。比如相對腳軟的硫化物電解質就需要一個比較大的壓力，大概要200~500MPa才能保證在初步第一次壓完之后，正極和固態電解質，以及負極和固態電解質有一個良好的接觸，接觸好，離子的定向輸運才能保證電池能量輸送出來，或者存儲進去。也就是說一定要保證固態電解質與電極的良好接觸。要保證良好的接觸，就需要這樣大的壓力。這個壓力在目前來講，特別是電池后續的制備制造過程中，200~500MPa的壓力就變得比較困難。就算能達到，又怎么能保證效率。這是全固態電池發展的一個關鍵因素。能保證3到400平方厘米的面積下，能夠快速壓片的技術也是后續電池組裝中非常關鍵的一個技術。同時，非常明顯的一點就是全固態電池，完全顛覆了前面幾種電池構型的產線，它的加工方法和加工形式可能就發生了改變。也就是說，全固態電池的關鍵點就是高離子導率、穩定的固態電解質的開發，以及電池裝配工藝。遇到的問題是成本高，工藝要求高，規模化困難。

本文到此結束，希望對大家有所幫助。