固态电池

固态电池是一种采用固态电解质（英语：Solid-state electrolyte）的电池^[1][2]（又称“固态离子导体”）传导离子的新型储能装置，其结构与传统的锂离子电池或锂聚合物电池不同，完全摒弃了液态或凝胶态电解质。这项技术在理论上能提供更高的能量密度，并有望解决现有锂电池的诸多缺陷，如易燃性、电压限制、电解质界面不稳定及循环寿命较短等问题。由于科学界普遍认为传统锂电池的能量密度与安全性已接近理论极限，固态电池近年来被视为下一代储能技术的重要发展方向，并与石墨烯电池共同被认为可能成为锂电池的替代方案。

固态电池的设计允许使用金属锂作为负极，并搭配氧化物或硫化物正极，从而显著提升能量储存能力。其固态电解质不仅作为离子传导介质，同时也扮演理想隔离层的角色，仅允许锂离子通过，有效抑制枝晶生长与副反应。根据电池类型不同，能量密度可达每公斤250至900瓦时（Wh/kg），远超现有液态锂电池的理论上限。此外，部分固态电池的循环寿命可达10,000至100,000次，并能在极端温度（-50°C至125°C）下保持稳定运作，适用于严苛环境。

尽管固态电解质的基础研究可追溯至19世纪，但直到20世纪末至21世纪初，材料科学的突破才使该技术重获关注，特别是在电动汽车领域的应用潜力驱动下。目前固态电解质的材料体系主要分为陶瓷类（如氧化物、硫化物、磷酸盐）与固态聚合物两大类，各有其优缺点：陶瓷电解质离子电导率高但脆性大，聚合物则加工性佳但热稳定性较弱。

现阶段固态电池已小规模应用于特定领域，例如人工心脏起搏器、无线射频识别（RFID）标签及穿戴式装置等对安全性要求极高的场景。然而，大规模商业化仍面临多重挑战，包括固-固界面阻抗过高、材料成本昂贵（如硫化物电解质需稀有金属）、量产工艺不成熟等问题。产业界普遍采取渐进式发展策略，先推动半固态电池作为过渡方案，而全固态电池的全面普及可能需等待2030年后技术进一步成熟。

全球主要国家与企业均积极布局此领域，例如日本丰田汽车计划在2027年推出搭载固态电池的电动车，中国则将该技术列入《新能源汽车产业发展规划》的核心攻关项目。学界与产业界的共识是，固态电池若成功突破现有瓶颈，将彻底改变能源储存技术的格局，并在电动交通、航空航天及智能电网等领域引发革命性进步。

历史

电池（和他的引申，固态电池）均被视为固态离子器件^[3]。固态离子学则起源于发现固态电解质硫化银和氟化铅的科学家米高·法拉第^[4]

固态电池的发展早在1950年代已经开始^[5]。但是，第一代固态电池的能量密度和电池组电压都是低，而且内阻非常高^[5]。

1990年代，美国橡树岭国家实验室研发了新一代的固态电解质^[6]。这些新的固态电解质其后被某些薄膜锂电池使用。

2013年，美国科罗拉多大学波德分校的科学家研发了一个使用基于铁和硫的合成阴极固态锂电池^[7]。

好处

• 由于固态电池的功率重量比较高，所以它是电动汽车很理想的电池。^[8]
• 这种电池估计有现有汽车电池的2倍至3倍的能量密度。^[9]
• 固态电解质相较于目前普遍使用的电解液具有优良的热稳定性，提升了电池运作的安全性。^[10]