近年來，動力電池起火爆炸事故頻發(fā)，據(jù)鋰電大數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2016年共發(fā)生50起鋰電池起火爆炸事件。提高電池的安全性能一直是鋰電人孜孜追尋的課題，而此時，兼具安全性和高續(xù)航優(yōu)勢的固態(tài)電池逐漸走進大家的視野。

液態(tài)鋰電池安全性亟待提升

液態(tài)鋰電池已成為當下最為成熟且使用最廣泛的技術(shù)路線，但其安全性問題卻成為業(yè)界當前遲遲攻克不下的難題。據(jù)鋰電大數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2016年共發(fā)生了50起鋰電池起火爆炸事件，鋰電池起火爆炸事故頻發(fā)為我們敲響警鐘——鋰電池安全性能亟待提升。

鋰電池為何頻頻起火?究其原因還是電池內(nèi)部的活性物質(zhì)及電解液發(fā)生反應，溫度過高失控導致。固態(tài)電池中不含可燃的液體電解質(zhì)，這一特性能夠極大地改善電池的安全性。中國科學院物理研究所研究員李泓曾表示，在未來，很多電池形態(tài)將以全固態(tài)形式出現(xiàn)，包括金屬鋰、鋰硫和鋰空氣電池，為提高安全性未來大體策略就是固態(tài)化。

固態(tài)電池能量密度提升2倍

續(xù)航里程問題始終是限制純電動車普及的關(guān)鍵因素之一，而電池續(xù)航里程的長短在很大程度上取決于電池儲能能力即單位體積的能量密度。當工作電壓只能在固定區(qū)域內(nèi)，要提升電池能量密度，只能依靠對電極材料的能量密度提升。目前現(xiàn)有鋰電池正極材料一般有鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰和三元材料等，而負極材料一般為石墨、硬/軟碳、鈦酸鋰以及合金負極材料，這些材料的可挖掘空間已經(jīng)并不大。所以，要大幅提升鋰電池的續(xù)航里程，除非在電極材料上能找到新的替代品。此時，與液態(tài)鋰電池相比能量密度提升2倍的固態(tài)電池脫穎而出。

從理論的提出時間來看，固態(tài)電池并不是一個新的概念。此前，中國工程院院士陳立泉專門就固態(tài)電池的技術(shù)發(fā)展狀況及其優(yōu)越性能進行了闡釋，并提出，固態(tài)電池中不含可燃的液體電解質(zhì)，這一特性能夠極大地改善電動汽車的安全性，因此他建議應大力支持固態(tài)電池的研究、開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。如果能量密度進一步提高，大于500瓦時/公斤的話，從現(xiàn)在開始就要考慮固態(tài)鋰電池體系探索研究。

固態(tài)電池受到科研界廣泛關(guān)注

固態(tài)電池或?qū)⒊蔀橄乱徊诫姵匕l(fā)展的主流方向。但固態(tài)電池還面臨生產(chǎn)工藝待提高、成本待下降的發(fā)展瓶頸，為此科研界為此進行大量研發(fā)工作。

由美國前密歇根大學工程學教授瑪麗˙塞思特里創(chuàng)辦的Sakti3研發(fā)出了一種使用平板電視與太陽能面板制造技術(shù)制成的固態(tài)鋰電池，這種電池因采用“薄膜沉積技術(shù)”，使其造價僅為目前鋰電池造價的五分之一，然而能量密度卻是鋰電池的兩倍。

2016年9月，中科院青島生物能源與過程研究所研發(fā)出高能量密度、高性能全固態(tài)鋰離子電池，已通過11千米全海深模擬壓力倉循環(huán)壓力測試，將來有望成為“蛟龍?zhí)?rdquo;等全海深深潛器的理想能量動力。該新型全固態(tài)電解質(zhì)膜的電化學窗口可高達4.6V，電解質(zhì)熱穩(wěn)定溫度至少能達到200℃，當這種電解質(zhì)用于全固態(tài)鋰離子電池時，經(jīng)過1000次的充放電長循環(huán)，仍保持92%的容量。即使當研究人員對這種固態(tài)電池進行切角和穿釘測試時，它仍然可以正常地進行充放電。另外，研發(fā)團隊開發(fā)出一系列綜合性能優(yōu)異的全固態(tài)聚合物電解質(zhì)，將鋰電池的能量密度提高了兩倍，電動車的續(xù)航里程有望提高到450公里以上，應用前景極其廣闊。

瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學院的研究人員們，通過石榴石作為電解質(zhì)，使得固態(tài)電池電極和電解質(zhì)之間的接觸面積放大，從而實現(xiàn)了固態(tài)電池充電速度加快的效果，并且夠承受100℃的高溫。

美國SunCulture Solar則將固態(tài)電池技術(shù)應用到儲能領(lǐng)域中，其開發(fā)的新型一體化太陽能電池板，內(nèi)置有固態(tài)低壓電池，并與逆變器無縫集成。這種完全一體化的產(chǎn)品設(shè)計，可將太陽能安裝和儲能總成本降低50%以上。

美國國家航空航天局在與邁阿密大學合作，研制一種新型固態(tài)鋰電池。這種固態(tài)電池的體型比傳統(tǒng)鋰電池更小，可以用在“立方體衛(wèi)星”等微型衛(wèi)星上。

今年1月，北京大學化學與分子工程學院高分子科學與工程系范星河教授/沈志豪副教授及其研究團隊成功研發(fā)出了一種新型、具有高溫穩(wěn)定性的鋰電池固態(tài)聚電解質(zhì)膜，有望打破現(xiàn)有鋰離子電池固態(tài)電解質(zhì)研究、產(chǎn)業(yè)格局。