固态电池最新研究进展！

摘要

全固态锂电池作为新型电池技术，具有高能量密度、高安全性和宽温度范围等优点，近年来取得显著研究进展。研究人员已开发出高能量密度和快速充电能力的全固态电池，并解决了锂枝晶生长问题，提高了安全性。全固态锂电池在电动汽车、便携式电子产品和可再生能源存储等领域具有广泛应用前景。国内外企业如宁德时代、赣锋锂业和日本松下电器等正积极布局固态电池研发与生产。未来，固态电池将朝着更高安全性、更高能量密度和更优材料体系的方向发展，为电池行业带来革命性变革。

正文

全固态锂电池是一种新型的电池技术，它使用了固态电解质代替传统的液态电解质，从而提高了电池的安全性和能量密度。固态电池作为一种新型电池技术，因其高能量密度、高安全性和宽温度范围等优点，受到了广泛关注。近年来，固态电池的研究和开发取得了显著的进展。以下是今年一些最新的研究进展：

一、高能量密度全固态电池

目前，研究人员已经实现了宽温度范围稳定循环的高能量密度全固态锂电池。该研究团队开发了一种高锂离子电导率的无定形钽系氯化物固态电解质，并扩展了一系列高性能复合固态电解质体系。这种电池在-10℃的冷冻环境中可以实现高倍率（3.4 C）接近10000次的稳定运行。

南开大学团队透露，该实验团队已研制出400Wh/kg 的固态电池，比市场上最先进的锂离子电池高出30%的能量密度。陈军表示，未来一到两年内，他们计划突破600Wh/kg的能量密度，使电动汽车充电一次就能行驶一千公里以上。

二、快充和安全性能的提升

哈佛大学的科研团队成功实现了固态全电池的快速动力学，通过在电池层级的设计，采用层状结构的电极复合材料。他们的设计在阴极方面实现了高面容量，在13~40 mA/cm2的高电流密度下能够稳定循环，产生5C至10C的倍率。在阳极方面，他们的设计打破了传统规律，使电池在室温和5C充电率条件下能够快速循环使用超过4,000次。

全固态电池锂枝晶生长问题，影响着电池的安全性能。美国科研团队设计了一种新型中间层（Li7N2I-碳纳米管中间层和Li7N2I-镁中间层），位于锂金属负极和电解质之间。这种设计旨在解决全固态电池中锂枝晶生长的难题，这对于全固态锂金属电池的大规模应用至关重要。

三、应用和发展

全固态锂电池的一个主要应用前景是在电动汽车领域。由于全固态锂电池具有更高的能量密度，它们可以为电动汽车提供更长的续航里程。此外，全固态锂电池也更加安全，可以减少电池过热和起火的风险。

全固态锂电池也可以用于便携式电子产品，如智能手机、笔记本电脑和其他小型设备。在这些设备中，全固态锂电池可以提供更长的电池续航时间和更好的安全性。还可以用于可再生能源存储，如太阳能和风能的存储。由于全固态锂电池具有更高的能量密度和更好的安全性，它们可以更有效地存储和释放这些可再生能源。

目前，国内厂家在固态电池的研究上已经有所进展。作为锂电龙头企业，宁德时代已深耕固态电池多年，并作出了电池样品，但没有详细的量产时间。固态电池采用技术路线与主流日韩企业一致，为硫化物固态电解质。比如宁德时代发布了麒麟电池，通过结构创新来提高电池性能。

赣锋锂业旗下的子公司赣锋锂电，于2022年1月，完成了首批搭载固态电池的50辆东风E70电动车的交付工作，开始了车辆的试运行。2022年7月，已开工建设新型锂电池科技产业园，规划形成10GWh的电池产能以及10GWh的Pack项目，拟建成国内最大的固态电池生产基地 。

日本松下电器也是固态电池领域的参与者，他们一直在探索和研究固态电池技术，以期在未来的电池市场中占据有利位置。

四、发展趋势

固态电池未来会向高安全性与高能量密度发展。固态电池可从本质上解决锂离子电池的主要安全隐患，其电解质不可燃、耐高温、无腐蚀、不挥发，机械强度、热稳定性和电化学稳定性均好于传统电解液，从根本上提高了电池的安全等级。同时，相较于传统电解液，固态电解质的电化学窗口提高至5V，对于液态电池里界面反应严重的材料体系兼容性更好，打开能量密度天花板。

材料体系和电池结构全面优化，能量密度大幅提升：固态电解质良好的机械性能为锂金属负极的使用提供可能，锂金属作为负极，理论容量3860mAh/g，约为石墨的10倍，从容量角度而言是最理想的负极形态。而固态电解质具有良好的机械性能，能够有效抑制锂枝晶的形成，兼容锂金属负极，可实现能量密度的跃升。

Pack设计简化，系统重量减轻：固态电解质集电解液与隔膜功能于一身，若叠加锂金属负极的使用，将大幅缩短极片之间的距离；单体电芯间可以串联叠加、致密堆积以实现升压效果，从而提高制造效率，减小封装尺寸，提升体积能量密度。此外，由于固态电解质出色的耐热性，固态电池对系统热管理的需求减少，进一步减轻系统重量。