全固态电池是噱头还是真的好？ 制造固态电池到底难在哪里

越来越多的新能源汽车都宣称未来会使用固态电池，甚至有些新能源汽车声称已经用上了固态电池。那固态电池究竟好在哪里呢？只是因为电池容量高吗？我是东城观星，跟大家聊聊固态电池的话题。 石墨烯电池热度还没普及好，固态电池又来了，大有跳过石墨烯电池的趋势。全固态电池究竟牛在哪里呢？固态电池能让电动汽车在不增加重量的情况下续航里程超过一千公里，甚至两千公里，充电速度甚至可以接近汽车加油的速度。再加上安全环保和智能化，新能源汽车完全替代燃油汽车将不再只是口号。但是全固态电池除了容量高、充电速度快以外，还有很重要的一点值得说道，那就是安全。 不管是锂电池、铅酸电池还是各种一次性电池，只要是化学电池都一样，不仅要有电流，电池内部还得有离子流动，没有离子流动，也就产生不了电流了。那离子怎样流动呢？电池内部的离子并不能随意流动，它们只能在电解质里面流动。换句话说，所有的化学电池内部必须有电解质。 能够让离子在其内部移动的电解质，最常见的是盐的水溶液。我们往水里面加入一些盐，就会比不加盐的水更容易导电，导电的方式，就是离子移动。当然锂离子电池一般不会使用水来充当电解液，因为水和电池成分会有所反应，影响电池工作。 我们常用的锂离子电池会使用有机电解液，锂离子在这种电解液里面可以来回游走，电池内部锂离子的游走搭配电池外部电线里面的电流，才是电池工作的一个循环。但是这个电解液是存在一些问题的，其中最大的问题就是安全问题。有机电解液，本身很容易着火，一旦在电池工作中发生电解液泄露，就很容易发生着火事件，这样的电池本身就是安全隐患。日本的锂离子电池就曾经把美国波音飞机给烧了，电动汽车着火的例子更是举不胜举。 有机电解液还很容易挥发，在电池工作中温度太高的话，电池很容易鼓包，严重的还会发生爆炸。电池破损的情况下，电池内部容易发生短路，从而产生高温造成电池燃烧甚至爆炸。总之，采用液体电解液的电池，始终都存在一定的安全隐患。 所谓的固态电池，就是选用了更安全的固态电解质。固态电解质本身是固态的，而且可以选择不容易燃烧的固态电解质，这样电池的安全性就得到了很大的提高。但是，目前市面上很多宣称的固态电池，其实还是会使用液态电解质，只是用得比较少，或者把液态电解质用凝胶给固定起来，减少流动和泄露，这些都是假固态电池，说好听点叫半固态电池。真正的固态电池，电解质一定是真正的固态电解质。 听起来全固态锂电池可以认为是固有安全的，而且似乎实现起来也挺简单，为什么早不这么做呢？ 其实，学过物理和化学的朋友应该都知道，一般电解质要么在液体溶液里面可以导电，要么高温熔化成液体可以导电，在固体状态下一般是不导电的。因为这些电解质导电靠的是离子在电场作用下定向移动，而固体中的离子往往是固定住的，很难移动，自然也就不容易导电了。金属虽然可以在固体状态下导电，但并不是离子移动造成的，而是自由电子移动造成的，跟电解质导电不是一回事。 所以，虽然听起来固态电解质可以完美解决锂离子电池安全性问题，其实能不能找到固体状态下还能发生离子移动的电解质才是关键。显然，这样的电解质是非常稀少的，把它们找出来本就不太容易。虽然后来找出了几大类可以应用到固态电池的固态电解质，但都不是特别理想。 多数可以导电的固态电解质，导电能力都非常差，跟液态电解质比起来相差十倍以上都很正常。一种几乎不导电的电解质做出来的电池，能好到哪里去啊？恐怕都不够费心的吧。 当然，功夫不负有心人，经过科技工作者不断探寻，终于找到了一种导电能力比较强的电解质，也就是硫化物电解质。经过各种优化的硫化物电解质，导电能力接近液态电解质，虽然这些优化让电池的生产工艺更加复杂，但至少帮固态电池打通了很关键的一个环节。 之所以硫化物电解质在固体状态下也能允许离子定向移动，甚至不亚于液体，关键是硫的功劳。硫是一种比较柔软的阴离子，本身在固体结构中弹性比较大，容忍度比较高，锂离子从硫中间穿过，不会有太大的障碍。但是其他电解质，尤其是氧化物电解质，由于氧离子比较硬，给锂离子来回穿行带来很大的阻力，从而不容易导电。这有点像我们买衣服，一般纯棉的衣服透气性好，穿着舒服，也有一些化纤的衣服透气性很差，穿在身上容易捂汗。硫化物电解质就像是电池里面的纯棉服饰。 有了这种较为理想的电解质以后，人们才不断提出全固态电池的时代就快来了。虽然一些高分子固态电解质的导电能力也不错，但从生产成本上和研究深度上都比不上硫化物，未来硫化物电解质更有可能成为固态电池的通用电解质。 全固态电池的加速入场得益于较为理想的固态电解质的发现和工业化生产，但是哪怕有了较为理想的固态电解质，全固态电池想快速普及也不是朝夕之间的事。 固态电解质看起来挺好的，真正用在电池上，人们才发现问题还是挺多的。在液体电解质那里不是问题的事，到了固态电解质这里就成了难题。就拿电解质和电极之间的接触来说。人家液体是随意流动的，所有孔洞间隙都可以被液体填满。但是固体电解质和固体电极之间要想紧密贴合还是很不容易的。一旦贴合不紧密，锂离子就无法自由穿行，电池工作效率就会大大降低。 经过努力，表面看起来电解质和电极贴合的已经严丝合缝了，但是到了肉眼看不到的尺度上，还有可能存在很多孔洞和间隙，阻碍电池的高效率工作。哪怕生产工艺上增加了加压手段，依然不能很好地解决这个问题。就算工艺上能解决，电池工作过程中，随着锂离子的来回移动，会破坏固体的结构，原本贴合紧密的两种固体，还是会慢慢分离开，这样电池的工作效率就会越来越低，从而造成固态电池的寿命往往都比不上液态电池。本身固态电池生产成本就高，如果寿命再很低的话，那固态电池的经济效益就会很差了。 还有一点，固态电池的电极和电解质即使可以紧密贴合，也还是有不小的缺点。那就是离子在两种固体之间移动存在一种固有的阻力，专业上叫做界面阻抗。打一个不太恰当的比方，虽然河北省和北京市紧挨着，但是河北省的人才更愿意去北京工作，而北京的人才很少愿意到河北去工作，两个地区之间有一个阻碍人才自由流动的无形屏障。电极和电解质之间也有类似的情况，这种情况造成电池内部离子流动不通畅，影响电池的正常工作。 近期中国一家企业声称通过缓冲技术解决了电解质界面阻抗的难题，这也为全固态电池尽早投入使用铺平了道路。但是，全固态电池，不仅仅是技术上存在固有的难题，生产工艺上也存在很大的挑战，能否像传统锂电池一样完全普及开，还有待长时间观察。 另外，需要说明的是，虽然中国企业在传统锂离子电池生产领域已经超过传统发达国家，成为全球最主要的锂离子电池生产基地，而且技术储备也全球领先。但是在全固态电池领域，中国的技术储备和研发进展还是有些落后于美国、欧洲、日本等发达国家的。能否在这个领域抢占先机，也是中国锂电池行业面临的重大挑战。 就简单介绍这么多，你觉得全固态电池未来几年内能否成为新能源汽车的标配呢？你是否看好全固态电池呢？请在评论区发表您的观点。关于固态电池还有很多方面没有一一介绍，也欢迎大家评论区补充，以后我也会专门再说说。 我是东城观星，关注我，定期给大家讲点高科技的知识。