固态电池用什么原材料 无机物或有机高分子固体

关于汽车电池，众所周知现在主流的三元锂电池和磷酸铁锂电池，其内部的电解质都是液态，所以属于是液态锂电池，而固态电池的内部则是由无机物或者是有机高分子固体作为电解质，内部是没有液体的，而之所以固态电池技术最有潜力，且材料也是很关键的。接下来就让我们来了解一下固态电池用什么原材料吧!

固态电池用什么原材料?

固态电池正极：可依旧沿用现在的磷酸铁锂、三元锂、锰酸锂等体系;

固态电池负极：石墨负极是最为常见的，固态电池将会以硅系负极材料为主，而锂金属负极短期内实现大规模应用的可能性较小，在能量密度上，石墨<硅系<锂金属;

固态电池隔膜：研究认为通过双层涂覆可替代隔膜，无机固态电解质层涂覆于负极片的双面，有机聚合物层涂覆于无机固态电解质层的表面，目前有观点称硫化物、氧化物全固态电池无需隔膜。而公开的多种固态电池的专利中，也提出了复合隔膜概念，例如无机-有机复合的隔膜。

固态电池电解质：主流的有聚合物、氧化物、硫化物固态电解质，聚合物路线以欧美企业为主;硫化物路线以日韩企业为主，例如丰田、LG、松下等，国内的宁德时代也采用硫化物路线;氧化物路线则以中国企业为主，例如北京卫蓝、江苏清陶、宁波锋锂、台湾辉能等。其中硫化物路线被认为是潜力最大的固态电解质。

固态电池需要隔膜吗?

从技术路径来说，硫化物、氧化物全固态电池可以不需要隔膜。2020年，发布的专利CN111799513A描述了无隔膜准固态电池的制作方法，无机固态电解质层涂覆于负极片的双面，有机聚合物层涂覆于无机固态电解质层的表面，研究认为通过双层涂覆可替代隔膜。

不过目前还处在准固态电池阶段，隔膜、电解液体系可能会发生技术升级，但不会直接被替代。全固态电池的大规模应用预计要到2030年才能实现。而公开的多种固态电池的专利中，也提出了复合隔膜，例如无机-有机复合的隔膜。

目前主流的技术路径有3种，分别为聚合物、氧化物、硫化物固态电解质。押注聚合物的主要为欧美企业，我国企业主要倾向于氧化物，例如北京卫蓝、江苏清陶、宁波锋锂、台湾辉能等。氧化物路线可最大化的利用现有产线工艺，减轻设备和工艺的革新压力，实现从传统液态锂电池向固态电池过度。如果是准固态电池的话，与传统锂电设备及工艺兼容性可达70%以上。

硫化物是多种技术路径中，被认为潜力最大的，但设备和工艺大幅革新。押注的企业以日韩企业居多，例如丰田、LG、松下等，其实丰田是最激进的，拥有全世界最多的固态电池专利。不过国内的宁德时代也选择了该技术路径。

固态锂电池的本质还是锂电池，因此正极材料不会出现大变化，而负极材料则存在则是硅碳和锂金属负极的竞争，不过行业普遍认为锂金属在中期内大规模应用的概率较小。

固态电池和锂电池有哪些区别?

传统的液态锂离子电池，主要由正负极、电解液、隔膜等组成，其电解质是液态的，而固态电池取而代之的是固态电解质。

简单来说，全固态电池内部完全没有液体的存在，由无机物或有机高分子固体作为电池的电解质。一般描述时会分为准固态电池、半固态电池、全固态电池。

液态电解质下，在低温环境下黏度会变大，从而影响电池充放电容量，能量密度提高受限，还处在安全隐患。而全固态电池不含液体，在能量密度、充电效率、安全性等方面表现更优，搭载同样重量的电池，固态电池的可以比三元锂电池多跑一倍的路程。被认为是下一代电池技术。

固态电池有哪些优点?

1、能量密度高

电池使用了全固态电解质后，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，这样的话可以有效减轻电池负极材料的用量，整个电池的能量密度也会得到明显提高，如今用作动力电池的三元锂电池，能量密度最高可达180Wh/kg，固态电池则有望达到360Wh/kg。

2、体积小

目前主流的锂电池，需要使用到隔膜和电解液，两者加起来分别占据了电池40%的体积和25%的质量，如果用固态电解质来取代电解液，正负极之间的距离就能够缩短至十几微米，这样的话电池的厚度就会降低，这也就意味着，同等大小的电池仓，选择固态电池的话，容量会更大，续航也就更长。

3、安全性更好

锂电池中的电解液由于是有机液体，在高温下容易发生化学反应，从而出现热失控，并且在大电流工作下，可能会出现锂枝晶，从而刺破隔膜导致电池短路，而固态电池技术由于内部是固态电池质，所以安全性问题也就得到了解决。

虽然固态电池对比目前的锂电池拥有明显的优势，但是其缺点也很明显，其中最突出的就是制造成本，据了解，现在液态锂电池的成本大约为每千瓦时600-800元，而汽车用的固态电池成本则至少要比液态锂电池高出10倍以上，所以短时间内，固态电池还难以普及推广。

总结：目前固态电池处于研发阶段，在设备和工艺上都需要有大幅度的革新，在实现大规模量产应用前，成本过高也是迈不过去的坎。