引言

电池技术的发展历程可以追溯到18世纪末，自从第一块实用的电池——伏打电堆被发明以来，电池技术就一直在不断地进步和演变：

区别

严格讲，锂电池（锂离子）是一类由锂金属或锂合金为正/负极材料、使用非水电解质溶液的电池。固态电池只是其中一种技术，使用固体电极和固体电解质的电池。其最大的技术优势来自于安全性：固体电解质不易燃，即使刺穿电池也不存在电解液泄漏、挥发、爆燃等风险。而通常我们所称的锂电池，主要特指采用液态电解质的锂电池。

1、工作原理

固态电池和液态锂离子电池的充放电原理均基于“摇椅电池”，即依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。因此固态电池和液态锂离子电池在性能参数上具有可比性和相通性。

锂离子电池：液态电解质具有较高的离子电导率(~10-2S·cm-1)，锂离子可在液态电解质中轻易地移动，从一个电极（负极）移动到另一个电极（正极），从而实现充放电过程。

固态电池：使用固态电解质，锂离子在固态电解质中移动，实现充放电过程。固态电解质可以是纯固态的，也可以是复合固态的，其中包含一些液态或半固态成分。

资料来源：陈汝颂等《Approaching Practically Accessible Solid-State Batteries》

2、性能特点

能量密度：锂离子电池通常具有较高的能量密度，意味着它们可以在较小的体积或重量内存储更多的能量。固态电池的能量密度正在不断提高，但目前通常低于锂离子电池。

安全性：固态电池由于使用固态电解质，不容易发生泄漏或爆炸，因此它们在理论上比锂离子电池更安全。

充放电次数：固态电池的充放电次数通常比锂离子电池少，但固态电池的循环寿命正在通过技术创新不断提高。

工作温度范围：固态电池能够在更宽的温度范围内工作，而锂离子电池在极低温度下可能会出现性能下降。

3、 应用领域

锂离子电池：广泛应用于智能手机、笔记本电脑、电动汽车和可再生能源存储等领域。

固态电池：预计将在电动汽车、可穿戴设备和移动设备中得到应用，尤其是在需要更高安全性和更长寿命的应用中。相比较液态锂离子电池，固态电池采用机械性能更好的无机陶瓷材料作为电解质，能够抑制锂枝晶生长，同时可以避免热收缩等问题，使锂金属负极在电池中的应用成为可能，大幅提升电池的能量密度。

此外，在全固态电池中只存在锂离子的迁移，不存在形成SEI膜之类的副反应，提高了库伦效率，增强了循环寿命。

（动力电池技术路线图  资料来源：德勤管理咨询）

4. 发展趋势：

锂离子电池：随着技术的成熟，锂离子电池的成本正在下降，能量密度和安全性也在不断提高。

固态电池：虽然目前成本较高且生产规模较小，但随着技术的进步，固态电池有望在未来取代锂离子电池，成为主流的电池技术。

（2022-2030年国内固态电池出货预测  资料来源：中商产业研究院）

5、安全问题

采用液态电解质的锂离子电池带来的主要问题有：负极表面析锂、正极材料结构破坏、电解液高温高压分解、隔膜热收缩、高温失效。电解液的热不稳定性、易燃性是引发液态锂离子电池热失控的主要原因，而电解液作为液态锂离子电池的必须材料，导致液态锂离子电池无法从根本上解决安全问题。

液态锂离子电池热失控的诱发机制

资料来源：《锂电池安全性多尺度研究策略：实验与模拟方法》

而固态电池使用不可燃、无腐蚀、不挥发、不漏液的固体电解质，克服了传统液态锂离子电池中电解液泄漏、电极短路等现象，大大降低了热失控的发生概率，具有较高的安全性。同时，固态电解质的绝缘性可以较好的将电池正极与负极阻隔，避免正负极产生短路，也充当了传统电池中隔膜的功能。

六、电弛的解决方案

固态电池中的固体电解质和电极界面并不是完全稳定，仍会存在一定程度的副反应。因此，对于固态电池产气、内部压力、膨胀行为等的研究依然受到高度关注。

武汉电弛新能源有限公司自主研发的原位产气量测试系统、原位气体内压测试系统、原位电池膨胀测试系统，可对多种电池种类和电池形态的电池进行产气量、内压、膨胀行为的测试，包括碱金属离子电池(Li/Na/K)、多价离子电池(Zn/Ca/Mg/Al)、其他二次金属离子电池(金属-空气、金属-硫)、固态电池，以及单层极片、模型扣式电池(全电池、半电池、对称电池、扣电三电极)、软包电池、方壳电池、圆柱电池、电芯模组。系统高度集成了温控、充放电、伺服控制、高精度传感器等模块，并提供企业级系统组网功能。同时，可为不同形态电池提供定制化夹具，开展不同测试模式的研究。为锂电池材料研发、工艺优化、充放电策略的分析研究提供了良好的技术支持。