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电池|新能源电池技术之固态电池


江苏龙网_原标题是：新能源电池技术之固态电池
来源 | 传感器技术
不论是新能源车或储能设备 ， 最重要的关键零部件之一就是电池 ， 这几年电池行业的一项挑战就是拉高能量密度、追求更安全的方式 ， 不论是尝试新的正极、负极材料；或是提高镍锰钴（NMC）三元电池镍的比重；也有人致力于研发不同于传统锂电池的技术 ， 像是使用氢燃料电池的氢能源车 。 而固态电池（Solid-State Battery）就是被视为是下世代的电池技术 。
什么是固态电池
全固态电池到底是一种什么样的技术？
如果通俗地讲 ， 全固态电池就是里面没有气体、没有液体 ， 所有材料都以固态形式存在的电池 。
而考虑到现在人们日常生活中最为常见的电池为锂离子电池 ， 我们在这里将默认把“全固态锂离子电池”当做全固态电池的代表（暂时忽略全固态锂硫等新型电池） 。
一般来说 ， 锂离子电池主要由正极、负极、隔膜、电解液、结构壳体等部分组成 ， 其中电解液使得电流可以在电池内部以离子形式传导 。
电解液技术是锂电池的核心技术之一 ， 也是现在电池工业中利润很高的一个组成部分 。
电池|新能源电池技术之固态电池
本文图片

锂离子电池的结构示意图
其中Li+（锂离子）在内电路中 ， 通过电解质（electrolyte）传导 。
但是锂电池用久后有的会鼓胀 ， 而在更极端的小概率事件下 ， 有的甚至会发生危险（比如近来的扭扭车的电池爆炸事件 ， 导致了相关的生产企业和电池企业遇到了全面的困难） 。
另外一般来说 ， 现在的锂离子电池的工作温度范围有限 ， 在40 度以上的高温下寿命会急剧缩短 ， 安全性能会也出现很大的问题（所以特斯拉MODEL S会有一套严格的电池温控系统 ， 就是为此） 。
实际上 ， 以上所说的几个安全方面的问题都是与我们现在电池用的有机体系的电解液直接相关的 。
而为了解决电池安全问题 ， 提高能量密度 ， 目前科研界和工业界都在研发以及生产全固态电池 ， 也就是把传统的锂离子电池的隔膜和电解液 ， 换成固态的电解质材料 。
那么说来说去 ， 相比于我们生活中最常见的普通锂离子电池 ， 全固态电池的优点主要有哪些呢？
固态电池的优势
优势之一：薄--体积小
实际上 ， 体积能量密度对于电池来说是一个很重要的参数 ， 如果就应用领域来说 ， 要求从高到低是消费电子产品》家用电动汽车》电动公交车 。
如果通俗地讲 ， 就是体积能量密度高了 ， 因此相同质量的电池才能做的体积更小 。
电子产品中的可用空间往往很有限 ， 很多产品（例手机、平板电脑）有近1/3左右的体积和质量已经被电池占据 ， 而且在广大生产厂商和消费者希望对电池进一步提高容量（增加续航）和压缩体积（便携美观和便于设计）的要求下 ， 高压实、体积能量密度最高的钴酸锂（LCO）电池依然是当仁不让的主流产品 。
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 。
不仅如此 ， 很多经过物理/化学气相沉积（PVD/CVD）制备的全固态电池 ， 其整体厚度可能只有几十个微米 ， 因此就可以制成非常小的电源器件 ， 整合到MEMS（微机电系统）领域中 。
能够制成体积非常小的电池也是全固态电池技术的一大特色 ， 这可以方便电池适应各种新型小尺寸智能电子设备的应用 ， 而在这一点上传统的锂离子电池的技术是很难达到的 。


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