曾經轟動一時的三星Note7爆炸事件，引起了人們對鋰電池質量安全的極大關注。鋰電池電解液不可避免地會因為手機固件過熱而蒸發膨脹，最終導致爆炸事故。固態鋰電池因為其能量密度高、安全性能好、工作溫度范圍廣和循環壽命長成為電池行業的聚焦熱點。近些年來，越來越多的國內外企業和科研院所將研發重心轉移到了固態鋰電池上。本文將對國內外固態鋰電池的研發布局和產業化現狀做梳理和總結。

國外固態鋰電池研發與產業化現狀

國際上，美國、日本、韓國和歐洲很早就開展了固態電池的相關研發工作。2017年，全球范圍有1198篇文獻和117個專利的主題是固態鋰電池。其中，涉及金屬鋰負極、固態電解質以及電解質和電極界面問題的研究文獻有1096篇，涉及固態鋰電池的組裝和檢測的文獻有102篇。中國發表的相關文獻數量占據第一位，日本占據國際發明專利數量的一半以上。世界上主要開發固態鋰電池的公司見圖1。

圖1 世界上主要開發固態鋰電池的公司

       和鋰電池最初的發展歷程一樣，日本在固態鋰電池方面的研究也走在世界的前列。從1980年開始，東京工業大學R.Kanno小組堅持開發鋰離子固態電解質，到2011年，發現了環境溫度25℃（室溫條件）離子電導率為12mS/cm的Li₁₀GeP₂S_12，基本上相當于現有的液態電解質電導率。2016年，該小組又發現了室溫條件下，離子電導率達到25mS/cm的電解質Li_9.54Si_1.74P_1.44S_11.7Cl_0.3。

      上世紀70年代，法國Araoand教授開始研究聚合物電解質。并且后來已經完成了技術產業化，法國博洛雷公司(Bollore）的子公司BatScap成功生產了聚合物電解質固態鋰電池，并且批量應用于電動汽車(EV“Bluecar”)，同時，它還采用了磷酸鐵鋰材料作為正極，金屬鋰材料作為負極，這是世界上第一個采用固態鋰電池的電動汽車案例。目前巴黎汽車共享服務項目共投放了大約2900輛Bluecar，但是需要溫控系統將電池加熱到60℃以上來保持固態電解質的離子電導率正常運作。

專注于固態聚合物電解質的美國SEEO公司是勞倫斯伯克利國家實驗室唯一授權擁有核心專利的電池公司，2015年被德國博世全資收購。當時，已生產出能量密度為350wh/kg的固態鋰電池，遠遠高于同體積的液態鋰電池。除了科研單位，領先的電池企業如索尼、松下、LG化學、三星、CATL、豐田、博世、大眾等，開始布局新的固態電池的研發。

國內固態鋰電池研發與產業化現狀

中國從第六個五年規劃就開始研究固態電池，目前，已經形成了多支貫穿產業鏈的固態金屬鋰電池研究隊伍，見圖2。

圖2 中國固態鋰電池研發隊伍

中科院系統的長春應化所、沈陽金屬所、物理所、化學所、大連化物所、寧波材料所、上硅所，國防科大和北大深圳研究生院院等已經在固態鋰電池關鍵材料、固態鋰電池制造裝備和電芯制造技術上已經取得了一定的成就。但主要研發成果產出以中科院系統為代表，表1為中科院固態電池產業研發進展。

表1 中科院固態電池產業研究發展

來源：中科院

同時，國內鋰電池技術的優勢企業，如寧德時代新能源、中航鋰電、貝特瑞、力神、贛鋒鋰業、天齊鋰業、天津中能等也已開始布局固態鋰電池技術開發。混合固液電解質及全固態電池的研發需要原創的系列解決方案，難度不低于液態鋰離子電池，并非短期內能迅速突破，當然需要扎實連續的基礎研發，絕大多數企業尚未能研制出性能優異的大容量電芯。

固態鋰電池目前主要技術瓶頸

目前，兼顧力學與離子傳導特性的高耐氧化電位、高鋰離子電導率的聚合物復合固態電解質膜，并且能夠在全壽命周期完全阻止鋰枝晶穿刺尚未突破。固態電解質層與電極層界面電阻較大。

循環過程中固態電解質相與電極內顆粒接觸變差。鋰沉積位點及形貌不易控制。純金屬鋰電極存在較大體積變化。高速高效率固態電池的制造工藝和裝備尚不成熟。固態電池低溫特性尚需改善。全壽命周期固態鋰電池安全性與熱失控行為機理不清楚。

有業內專家大膽預計，所有問題有可能在3年之內找到解決方案，5年之內實現小試，8年進入大規模應用。

承擔了國家863計劃及中國科學院納米先導專項相關課題的中國科學院寧波材料所許曉雄研發團隊，從事固體電解質及固態鋰電池的研發攻克了很多固態鋰電池研發瓶頸。他們開發的固態鋰電池能量密度達到240wh/kg，循環500次容量保持88.7%。目前該團隊已經成立了浙江鋒鋰新能源科技有限公司，主要專注于鋰電池核心材料、高比能固態鋰電池電芯技術開發。    

       結語

       從全球范圍來看，固態鋰電池有很多基礎研究和工藝技術問題亟待解決。目前，固態鋰電池還不能滿足作為動力電池的技術需求，改善現有固態鋰電池的性能又兼顧能量密度和安全性還將面臨很多挑戰，并且很多技術改善也僅僅停留在實驗室研發階段，無法真正走向應用市場。我國應加大發展固態鋰電池的研發力度，爭取在不久的將來解決所有的技術瓶頸，推進固態鋰電池產業化發展。