硫化物固态电解质的问题 不解决就只能停留在实验室
我们经常被问到关于固态电池材料的基本化学原理。特别是，您们的固态电解质的组成是什么？为什么选择这种材料而不是其他材料？
在所有类型的锂离子电池中，电解质的作用都很简单——它将锂离子从电池的一侧传递到另一侧。在传统的锂离子电池中，这种物质是一种填充整个电池的液体。一层薄塑料片将电池的两侧隔开，锂原子通过薄片上的孔洞在液体中流动，在充电和放电过程中携带能量。在固态电池中，液体（电解质）和塑料片（隔膜）都被一种单一材料替代：固态电解质。固体通常比液体更难让锂原子穿过，这和通过冰比通过水更难游泳的原因差不多。不过，有一些固体材料确实能够让锂“游”过去，其中最常见的就是硫化物。
尽管起初硫化物似乎有一些积极的特性，但经过广泛的研究，我们认为：硫化物不适合作为隔膜使用。为什么放弃了基于硫化物的固态隔膜？主要有三个原因：
- 硫化物无法防止枝晶的形成，需要外部系统来维持高温和高压，这增加了电池组的重量、体积，更重要的是成本。
- 硫化物在高性能电池中会发生化学分解。
- 硫化物接触水分时会产生有害气体。
1.硫化物的枝晶问题
硫化物不能作为固态隔膜的第一个也是最重要的原因是没有证据表明它们能防止枝晶的形成。枝晶是锂金属电池中从阳极生长出来的纯锂的根状结构。它们在生长过程中会从内部撕裂电池。一旦它们生长到达阴极，会导致电池短路并失效。枝晶甚至会在传统的锂离子电池中形成，可能引发火灾甚至爆炸。为了绕过这个问题，使用硫化物隔膜的电池可以做出几种妥协：
施加巨大压力：在高压条件下，基于硫化物的隔膜电池似乎可以提供可接受的结果。例如，三星在20-40个大气压下测试了其基于硫化物的隔膜电池，Solid Power公司报告在70-90个大气压下进行测试，而哈佛大学的一个实验室最近在超过750个大气压下（相当于海平面下近五英里的压力——足以压碎核潜艇）对硫化物隔膜进行了测试。这样的压力可能在实验室中是可行的，但在电动汽车电池组中超过10个大气压可能是不切实际的。高温下运行：锂在高温下更柔软，因此更不容易形成枝晶。然而，高温需要复杂且昂贵的热管理系统，并且保持电池高温会消耗能量，缩短电池寿命。
低功率运行：在低功率下运行时，枝晶形成的可能性较小。然而，限制电池的功率意味着无法快速充电，这对于电动汽车在与内燃机车辆竞争中是一个关键要求。缺乏快速充电能力是大多数固态电池的致命弱点。
2.硫化物的不稳定性
使用硫化物隔膜的另一个问题是这些化学物质本身的不稳定性。即使硫化物能够防止锂枝晶的形成，它们仍会与锂金属发生反应，在阳极上积累化学废料，这会限制功率输出并缩短电池的寿命。考虑到寿命和功率对驾驶者的重要性，硫化物的不稳定性可能会限制其在乘用电动汽车中的吸引力。
硫化物不仅与纯锂反应，它们还与通常在阴极中发现的化学物质发生反应，例如在高性能电动汽车中使用的富镍电池材料。尽管可以通过添加其他化学物质来减轻这个问题，但如果电池使用过度，仍然有可能在阳极和阴极两侧开始降解。
因此，带有硫化物隔膜的电池非常敏感，必须在相当大的性能限制下运行。这使得它们对希望更快充电和更快加速而不必担心损坏电池的电动汽车驾驶者缺乏吸引力。
3.硫化物的安全性
这在某种程度上是最严重的问题。如前所述，硫化物是非常活跃的。硫化物与水发生反应时，会产生一种称为硫化氢的气体。硫化氢气体极具毒性、易燃，且可能是爆炸性的——在第一次世界大战中曾被用作化学武器，并且多年来在工业事故中已导致数十名工人死亡。
在制造过程中，保持水分远离硫化物材料是一个复杂且昂贵的挑战——即使空气中的少量湿气也会导致致命浓度的硫化氢积聚。而制造缺陷或车祸可能导致电池单元在使用过程中暴露于水中，可能引发火灾或对车内乘客造成毒害。
固态电池的一个关键优势是提高安全性的承诺，但使用基于硫化物的固态隔膜却带来了新的一组非常严重的风险。当然，所有的考量是基于与现有传统液态锂离子电池进行对标分析，固态的导入如果没有一些列的技术优势，那么现有的市场不会持续大量资金投入进行研究开发。