中國儲能網訊：固態(tài)電池相比于傳統(tǒng)鋰離子電池而言，具有較高的能量密度，有望解決當前鋰離子電池安全性，并且擁有更寬的工作溫度范圍，同時固-固界面的自鈍化效應也將有利于電池壽命的提升。由于巨大的優(yōu)勢吸引了大量的科學家以及創(chuàng)業(yè)公司從事固態(tài)電池的研究與開發(fā)工作，經過多年的探索一些高導電性和高穩(wěn)定性的無機固態(tài)電解質（SSE）材料被開發(fā)出來，包括氧化物、硫化物、硼氫化物和鹵化物類材料，部分材料的室溫Li+離子電導率超過了傳統(tǒng)液體電解質的電導率（>10mS/cm），為固態(tài)電池商業(yè)化奠定了堅實基礎。
通常報道的固態(tài)電池有兩大類，“全固態(tài)”和“固態(tài)”電池，前者被定義為本質上完全固態(tài)，而后者通常指的是液固混合電池。目前看“固態(tài)”電池的邊界往往很模糊，由于邊界的模糊性導致資源存在錯配的可能性，有限的資源很難分配給有前景的技術路徑，從而影響實現(xiàn)技術的重大進步。公開數(shù)據報道使用了液體電解質的固態(tài)電池性能數(shù)據十分令人矚目，尤其是能量密度方面，但沒有定量的公開液體電解質的添加量，也鮮有報道公開相關循環(huán)壽命測試數(shù)據，這讓人質疑該類電池化學體系更像是改良的常規(guī)液態(tài)電池。誠然，由于液體-固體混合材料與LIB原型工藝的相似性和兼容性，其進入壁壘明顯降低，但仍然沒有有效的解決電池的安全性、熱穩(wěn)定性以及界面問題。
盡管全固態(tài)電池在一些性能上表現(xiàn)的比較突出，但相對常規(guī)液態(tài)鋰離子電池或者固液混合鋰離子電池技術壁壘很高，從實驗室到商業(yè)化生產存在較多的障礙。行業(yè)內普遍認為全固態(tài)電池商業(yè)化推廣的時間線仍然很長，在短期內無法取代常規(guī)鋰離子電池，其規(guī)模化生產除了面臨來之于加工方面的工程障礙，同時也存在一些基礎科學問題有待解決，市場上的全固態(tài)電池企業(yè)存在炒作嫌疑。不可否認，目前關于全固態(tài)電池的工作，仍處于實驗室階段，電池容量相對較小，需要更加關注全固態(tài)電池中試規(guī)模的放大和開發(fā)工作，實現(xiàn)全固態(tài)電池容量達到10Ah，甚至更高。
近日由LG能源公司資助的芝加哥大學的一項研究重點從全固態(tài)電池材料、電極、電芯制造等角度出發(fā)，討論了固態(tài)電池規(guī)?；a所面臨的挑戰(zhàn)，并針對挑戰(zhàn)提出了一些潛在的解決方案。第一，材料方面的挑戰(zhàn)主要是固態(tài)電解質，根據阿貢實驗室研究現(xiàn)階段Li6PS5Cl 價格是常規(guī)液態(tài)電解液與隔膜之和100倍。其中主要的因素是沒有規(guī)?；瘜崿F(xiàn)量產，且現(xiàn)階段的合成工藝需要進一步優(yōu)化，進一步降低合成材料所需要的時間，如針對硫化物固態(tài)電解質的合成，可通過固相反應將反應時間由48h降低至1~3h，使用非極性溶劑如二甲苯或甲苯進行濕法球磨有助于進一步優(yōu)化固態(tài)電解質粒徑及其分布；關于電解質帶來的另外一個挑戰(zhàn)主要是生產環(huán)境的要求，以硫化物固態(tài)電解質為例，通常認為對生產制造環(huán)境要求較為苛刻，實驗室中一般要求在惰性氣氛下進行，而研究表明Li6PS5Cl在-40℃露點下性能能夠很好的保證，實際上與常規(guī)液態(tài)電解液要求的使用環(huán)境相差并不大。第二，固態(tài)電解質隔膜和厚電極的加工，以正極為例，如果使用硫化物固態(tài)電解質可以使用非極性溶劑作為溶劑按照濕法電極的制作工藝進行制備，但是濕法工藝難以滿足厚電極加工需求，通過干法電極工藝能夠有效提升厚電極的加工，采用干法電極有兩方面優(yōu)勢，一，降低溶劑使用避免了烘烤，有利于成本的降低；二，干法工藝能夠有效提升電極致密性，有利于體積能量密度的提升，同時提高了活性物質和固態(tài)電解質的接觸，提高鋰離子傳導性能。同理可以采用同樣工藝對膜或負極進行加工。第三，單電芯的組裝，可以采用常規(guī)軟包電芯組裝方式進行組裝，如卷繞、Z型疊片等方式進行組裝，但對膜的強度要求較高，現(xiàn)階段無法完全依靠固態(tài)電解質膜達到相應要求，固態(tài)電池可以內用內部串聯(lián)的方式進行組裝以獲取更高的能量密度。第四，電池單元的封裝，目前電池單元的封裝是全固態(tài)電池生產的主要限制因素，仍然需要更多的探索研究，甚至使用AI技術進行研究。公開報道為了保障電池內部良好的界面，采用鋰金屬電池通常組裝壓力需要達到1~7MPa，而對于硅基或者石墨類負極的全固態(tài)電池組裝壓力需要達到50-200MPa。
點評：除了以上幾方面挑戰(zhàn)外，從事全固態(tài)電池研究主要由高?？蒲性核统鮿?chuàng)公司為主，大多數(shù)大公司處于觀望狀態(tài)，高校主要以材料研究為主，初創(chuàng)公司目前在攻關全固態(tài)電池工藝及產業(yè)化方面的研究，行業(yè)透明度很低也限制了固態(tài)電池的商業(yè)化進程，總之固態(tài)電池發(fā)展前景比較明確，但通往商業(yè)化之前仍需要在全固態(tài)電池制作工藝方面進行大量的探索。
論文以題目：Scaling up high-energy-density sulfidic solid-state batteries: A lab-to-pilot perspective，發(fā)表在Joule，文章中部分圖表如下所示：
