想必很多的人都有個共同的疑問，固態電池是一種電池麼，它跟鋰硫電池什麼關係?這就跟當初很多人認為石墨烯電池是一種全新的電池一樣。實際上，這只是一種變換概念的叫法而已，在這裡不做更多的解釋。我們重點對固態電池跟鋰硫電池之間的關係做一點小小的科普。
首先，我們知道原電池是由正極、負極、電解液以及外電路構成的，也就是說在電池內部最主要的就是正負極材料和電解液。下圖為固態電池的示意圖
圖1 固態電池的結構圖
其實所謂的固態電池，同樣也是由正負極材料和電解液三個部分組成，與傳統電池唯一的區別在於固態電池內部使用的是固態的電解質而已。例如固態鋰離子電池的正負極材料跟平常我們看到的鋰離子電池沒有什麼區別，正極同樣也是使用三元，磷酸鐵鋰、錳酸鋰等，負極使用石墨、石墨烯，或者是硅碳負極(未來最有前景的負極材料，我們後面可能會專門進行介紹)。問題來了，既然差異這麼小，為什麼固態電池會如此的收到追捧呢?我認為原因在於固態電池對於電池體系的安全性、能量密度和續航能力等方面都會帶來較大的提升，至少會對現有的鋰離子電池及鋰硫電池技術帶來一次全新的革命。然而，套用一句很時髦的網絡用語“理想是豐滿的，現實是骨感的“。下面我們對固態電池進行一個通俗易懂的介紹：
圖2 不同的固態電解質的離子傳導率對比
固態電解液，主要分為無機和有機固態電解液。我們常規使用的鋰離子電池中主要是用液態的有機電解液，缺點在於有毒、怕水、電壓低。而使用無機固態電解液，最主要的優點在於不怕水、不易燃、電壓高等。如上圖所示，我們可以看出從常溫到200°C以內我們有很多的選擇。但是考慮到固體電解質的離子電導率相比於液體的有機電解液(10-2 S cm-1)，我們可以看到Glass-electrolyte，Glass-ceramic electrolyte，Li10GeP2S12，Li3.25Ge0.25P0.75S4都是很不錯的選擇。但是對於大規模的工業化生產而言，固態電解質不僅需要較高的離子傳導率，較寬的運行溫度和電壓區間，而且還要有較高的安全性和經濟實用性。例如氧化物型固態電解液包括陶瓷材料、NASICON型等，他們被看作是未來最有可能大規模使用的固態電解液。
圖3 Li10GeP2S12類型固態電解質的晶體結構
因為他們能夠提供富鋰或者是三維的晶體結構，能夠促進鋰離子在固態電解質中的傳導，如圖3所示。 那麼，如此高大上的固態電解液又有哪些挑戰呢?以至於到現在都還很難大規模商業化。首先，固態的電解液和液態的電解液相比，固態的不需要隔膜，可以大大的提升體積能量密度，但是鋰離子在固體中的傳導率比液相電解液中要低很多，所以固態電池有個通病就是倍率性能比較差，通俗點說就是，當我們使用安裝了固態電池的汽車加速或者爬坡時，往往都是力不從心。其次，就是固態電解質在製備的過程中，不僅需要高溫，而且需要嚴格的配比混合均勻，最關鍵的是對於工業化生產很難保證材料的一致性。另外，固態電解質的厚度對於電池整體的性能也具有致命的影響，因為關係著鋰離子在電池內部的擴散等等，因此在工業化生產過程中固體電解液的拉伸和耐壓等機械性能也是一個不小的挑戰，它們需要始終保持成膜不能夠破碎。因此，固態電池的發展還有很長的路要走。而且，如果使用一種單一的固態電解質很難一次性解決的所有面臨的問題，所以，在未來一種高效的混合的固態電解質策略可能被採用，因為能夠最優化的均衡各種利弊關係，只有這樣才能在最短時間內推進儲能器件的發展。
總結
傳統的三元鋰電池單純從電極材料本身優化上已經很難突破300 Wh/kg的大限。因此，在未來較短的一段時間內，如果想要突破這一大限，我們可以換一種思路，大力發展能量密度高、且相對容易實現工業化生產的鋰硫電池等新型鋰電池將是種不錯的選擇。實際上對於電池本身而言，這些方法代表了工業水平的進步，它們對整體電池行業的發展具有長足的推進作用。
最後，固態電池並不是一種電池，鋰硫電池、金屬空氣電池等都可以做成固態電池，其實就是把液電解液換成固態的電解液而已，但是就是這麼簡單的一換，需要全世界儲能方面的科研工作者前仆後繼，不斷努力實現突破!
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