革新突破！固态电解质引领锂离子电池性能飞跃式提升，开启能源存储新纪元

在能源存储技术日新月异的今天，固态电池作为下一代电池技术的璀璨新星，正逐步从实验室走向产业化前沿，其独特的优势为电动汽车、可穿戴设备、乃至大规模储能系统等领域带来了革命性的变革潜力。固态电池的核心在于其采用固态电解质替代了传统锂离子电池中的液态电解液，这一根本性变革不仅极大提升了电池的能量密度与安全性，还显著延长了电池的使用寿命，降低了维护成本，为解决当前能源存储与转换领域面临的诸多挑战提供了强有力的技术支撑。随着材料科学、纳米技术及电化学领域的持续突破，固态电池的研发正加速推进，预示着能源存储技术新时代的到来。

固态电池是否能大规模应用？

固态概念因国家前瞻性投入60亿元再次火爆起来，投资机构和相关产业纷纷聚焦在固态领域的发展和未来的可能性。固态电池是否能成为下一代主流产品，代替传统液态锂离子电池在汽车行业、甚至扩展到航空和海运交通工具？或者未来5-10年能否看到固态电池成熟进入市场？笔者和一些电池行业人士交流后，对于固态电池这个概念总体上是偏悲观：

1）目前市面上的纯固态电池充电倍率数据普遍差，能够做到稳定1C充电倍率是个非常大的挑战，而传统锂离子液态电池已经能够在4C倍率下仍保持良好的容量保持率，对于充电时的用户体验相差4倍时间；

2）固态电池界面接触需要外界施加巨大的压力在电池表面，新增结构件则会降低固态电池电芯带来的能量密度提升；

3）固态电池的安全性一直被认为是个“伪命题”，现在宣传的固态电池安全性均是从在电池安全标准的维度上去进行比较（如针刺、热箱等），但固态电池整体的封装可靠性才是其影响安全的关键点，避免内部组分与空气和水产生反应（锂金属负极、硫化物固态电解质与水份接触）。总体而言，从目前现有的技术水平来看，固态电池的大规模应用并没有明显的技术优势和想象空间存在。
全固态电池无法实现，那么固态电解质能否在传统液态电池中有所作用，我们在此做了大量思考和工作，如何在现有体系中融入固态电解质，并且电池性能能够获得正收益？电芯体系中有正极、负极、隔膜、电解液和集流体，固态电解质有聚合物、氧化物和硫化物三大类，将这两大类别与现有电池体系进行组合，以实现1+1>2的效果，这是固态电解质能够在现有锂离子电池体系中成功能够嵌入的关键所在。

固态电解质的选择

固态电解质的利用目前比较主流的有三种：1）正、负极浆料中添加固态电解质；2）正、负极表面涂布一层固态电解质层；3）在隔膜基材上涂覆固态电解质。路线不同所导致电池性能也随之产生变化，本文将是聚焦在固态电解质在正极浆料中添加的路线。

1.固态电解质比例选择

通常正极浆料配方中有：活性物质、Super P、多壁碳纳米管、单壁碳纳米管和binder，固态电解质的添加方案则是通过减少部分活性物质占比，使用固态电解质代替，因此改良后正极浆料的搅拌仍然可以沿用传统的搅拌设备。由于固态电解质的使用不可避免地会降低能量密度，因此建议将其质量占比控制在0.5%-5%之间。

2.固态电解质种类选择

固态电解质的三大种类中：硫化物因对水分敏感且易与NMP反应，现有电芯试制环境条件尚不能完全满足；聚合物固态电解质则要与锂盐复配后才有较高的离子电导率，而锂盐易吸水和浆料中的分布、以及组装成电芯注液后的分布，均是无法控制，聚合物固态电解质也被排除在外；氧化物能够在空气中稳定存在、并且有较高的离子导电率和耐水性，因此适合在正极浆料中添加。

3.氧化物固态电解质的选择

市面上氧化物固态电解质的种类繁多，筛选的角度也非常多，其中有一方面则是氧化物在溶液中的PH值。由于氧化物在烧结的过程中会加入过量的锂源来弥补损失，容易产生在材料表面产生残碱和溶液碱性过高等问题。碱性过高则导致浆料在搅拌过程中产生凝胶状况，无法进行涂布工序。

4.氧化物固态电解质颗粒大小选择

电解质的颗粒大小范围从100纳米级到微米级别均有相应产品，颗粒则是越小越贵，在烧结后固态电解质结合成块状，需要通过破碎、球墨、筛分工序产出相应颗粒尺寸。颗粒越小，球墨次数越多，筛分损耗也随之增加。氧化物的颗粒选择则是基于提高正极极片压实，因此希望固态电解质能够处于活性材料颗粒之间的空隙中进行填缝，通过球状模型能购简单计算目标尺寸大小。但实际情况则是更加复杂：计算后的颗粒尺寸一般在纳米级，颗粒的比表面积非常大，均匀分散则成为一个难题，通过搅拌工艺优化能够显著改善。我们观察到氧化物颗粒容易与sp和binder组合在一起，其分布随binder变化。

电池数据展示

通过测试结果，我们可以看到氧化固态电解质在正极侧添加的优势：1）提高输出特性；2）增强低温特性；3）提高高温耐久性。

测试数据实际上是远远超出我们预期，最初的设想只是聚焦于改善电芯的某一个特性，结果却发现固态电解质的添加对于电池电性能全方位进行了提升。对于电池这个化学体系，常常抱有敬畏之心，我们的认知有时候在电池这一复杂体系中，确实是相当受限。当我们聚焦固态电解质在传统液态电池中的创新应用时，不难发现，这一融合之举不仅为电池性能的提升开辟了新的路径，更展示了科技与产业创新的无限可能。从正极浆料中的微妙调整，到电池性能的显著提升，每一步都凝聚着智慧与汗水的结晶。