）三位科学家，以赞誉他们在推动锂离子电池范畴开展所做出的卓越贡献。锂离子电池的来源最早能够追溯到），其作为电极资料阴极，他选用金属锂作为负极，构筑可充电锂离子电池的雏形，但由于在充放电循环过程中金属锂外表构成锂枝晶，存在安全危险，在其时这一问题难以处理，使得可充电锂离子电池商业使用堕入阻滞；为了取得能量更高，循环功能更优异的锂离子电池，美国科学家的约翰），令人惊讶的是，这种资料相同居然具有二维的层状结构，一起也能够可逆的脱嵌锂离子，能够把电池运转的电压前进到年，日本科学家吉野彰发现石油焦中的焦炭比金属锂更适合于做负极，构建以钴酸锂为正极的新式二次锂离子电池，初次将其命名为年日本索尼公司第一个商用锂离子电池的面世，从此揭开锂离子电池规模化的使用。时至今日，锂离子电池就很多的被使用于便携式电子设备中，如手机、相机和电脑等。而跟着锂离子电池技能的不断前进，其作为动力电池逐步使用于电动轿车等大型设备，如比亚迪电动公交车和特斯拉电动轿车等。

　　截止到2018年，全球锂离子电池商场价值337.208亿美元，到2024年估计将超越1064.93亿美元，2019年至2024年的复合年添加率为21.8％。在猜测期内，亚太区域（APAC）有望见证该职业的最快添加。这首要归因于对手机、电子手表、吸尘器、笔记本电脑和电动轿车（EV）的需求不断添加，以及技能的飞速开展。由于政府方针和补助的添加，电动轿车的价格不断下降，推动了电动轿车在该区域的遍及，这反过来又添加了对锂离子电池的需求。考虑到未来的职业远景，估计我国引领亚太区域商场，到2024年将发明456.140亿美元的收入。

　　现在商业化的锂离子电池一般都用液态电解质（有机碳酸酯类与锂盐混合），其充放电原理如图1a所示，在锂离子的嵌入和脱嵌过程中，一起伴跟着与锂离子等当量电子的嵌入和脱嵌。在整个充电过程中，正极上的电子会经过外部电路搬迁到负极上，而正锂离子Li+从正极穿过电解液，穿过隔阂资料，终究抵达负极，并在此逗留与负极的电子结合在一起，被还原成Li镶嵌在负极的碳素资猜中（图1b）。相反，当电池放电时，镶嵌在负极碳素资猜中的Li失掉电子，该部分负极上的电子经过外部电路“运动”到正极上，正锂离子Li+从负极跳过电解液，跳过隔阂资料，抵达正极，并与“抵达正极的电子电子结合在一起。

　　商业化的锂离子电池由集流体、正极、负极、液态电解质和高分子隔阂构成。其间锂离子电池的中心是正极资料，其充放电电压、容量和本钱很大程度上决议了电池的归纳功能。但是传统锂离子电池含有很多可燃有机液态电解液（图1c），存在易走漏、易腐蚀和可靠性低的问题。当电池系统阅历较大外力冲击、外电路短路、或许高温等状况都会引起电池内部的短路，即正负极直触摸摸的状况，直接结果就是构成电池内部的热失控，进一步构成温度和压力升高，终究引发严峻的焚烧或爆破事端，这大大下降锂离子电池的安全功能。图2左是特斯拉的轿车在行进的过程中，碰到了地上一个尖利的突起，它的电池被尖利的突起扎穿，相当于构成了电池短路，终究使电池起火。图2右是三星电子Galaxy Note 7旗舰手机在使用过程中由于电池过热而构成电池的起火。

　　而这些安全问题在现在寻求高能量密度的潮流种会进一步扩大。为了尽或许前进现有电池系统的能量密度，人们除了开发新式高充放电电压正极资料之外，转向研制以金属锂直接作为阴极资料（称之为锂电池）。金属锂在溶解/堆积过程中简单构成不均匀的孔洞和枝晶，尖利及高强度的锂枝晶或许穿透隔阂与电池正极触摸，进一步构成短路、热失控和着火爆破等安全隐患。全固态电池被遍及认为是处理电池安全功能的中心和终极计划，也是近期及未来锂离子/锂电池的要点开展方向，极具商业化潜力。

　　与液态锂离子电池不同，固态电池中的固态电解质代替了液态锂离子电池的液态电解质和隔阂，其间心便是开发具有高机械功能、高离子电导率、优异电化学和热安稳性、以及与电极资料兼容的固态电解质。如图3所示，全固态电池具有多种长处：1）安全性高，下降电池自燃、爆破危险。全固态电解质资料一般不燃或许燃点极高，且无快速爆燃危险；2）能量密度高。固态电池具有十分高的力学强度，能够按捺锂枝晶的成长，阴极资料能够选用高能量密度的锂金属电极。由于极低的安全危险，全固态电池电化学窗口可达5 V以上，高于液态锂离子电池（4.2 V），阳极可选用高能量密度资料（如高镍三元电极），进一步增大能量密度；3）全固态电池无需电解液和隔阂，可简化封装、冷却系统，在有限空间内进一步减缩电池分量和体积，大大前进体积能量密度。

　　全固态电解质研讨是储能范畴十分抢手的研讨范畴，报导的资料系统繁复，功能各异，现在最具商场化或商业化远景的固态电解质资料首要由三大类：聚合物，无机氧化物，以及硫化物（图4）。

　　与无机固态电解质比较，聚合物固态电解质具有许多共同的优势：力学柔性、对电极资料的粘附性、对金属锂电极的安稳性、易加工性、以及低本钱等，被认为是下一代高能存储器材极具潜力的电解质之一。经典的聚合物固态电解质由柔性高分子如聚氧乙烯(PEO)和小分子锂盐如双（三氟甲基磺酰基）亚胺锂(LiTFSI)共混组成。Li+能够与PEO链上的醚氧基络合而跟着PEO的链段运动搬迁，自在Li+的浓度和PEO链段的运动才能决议了聚合物电解质的离子电导率。但是，尽管聚合物电解质系统已被研讨近40年，其仍然存在许多问题没有被处理，其间最为明显的是室温下的低电导率问题。室温下PEO的结晶度高，使得全体的离子传输受限（ 10-6S/cm），难以满意正常锂电池充放电速率的要求。为此，一般需求装置额定的加热系统保持电池系统在60-80 ℃运转。在聚合物固态电解质及锂电池规划与开发方面做得较好的企业包含法国Bellore公司、ionic Materials、Solid Power、solid energy和SEED等。早在2011年Bellore生产出的30kWh固态二次锂电池负极资料选用金属锂、正极资料选用磷酸铁锂、电解质选用PEO等聚合物薄膜使用在法国电动轿车中，其续航到达120km，能量密度到达100Wh/kg（图5）。

　　无机氧化物固态电解质归纳功能好。以最为典型的石榴石型Li7La3Zr2O12（LLZO）型富锂电解质为代表（图6），其锂离子含量高，且构成接连的三维网络通道，有利于锂离子的跃迁传输，因而室温离子导电率可超越10-4S/cm，且对空气和水分相对安稳、电化学窗口宽、锂负极兼容性好，被认为是最有吸引力的固态电解质资料之一。限制其开展的重要因素是电解质和电极之间界面阻抗较大，界面反响构成电池容量衰减。氧化物固态电解质近年来在国内外蓬勃开展。以国内为代表的赣锋锂业等一批企业以完成氧化物固态电解质的批量生产。其我国外以SONY、LG化学、QuantumSpace以及Sakti3为代表的都着手开发固态氧化物锂电池。在这些研讨机构傍边Sakti3首先推出能够经过单元叠加串联的方法，将mWh等级的薄膜电池组装成kWh等级的电动轿车用电池。

　　图6.石榴石型Li7La3Zr2O12（LLZO）型富锂电解质结构及三维锂离子传输通道

　　硫化物固态电解质由氧化物固态电解质衍生而来，氧化物中的氧元素被硫代替，成为硫化物固态电解质。硫化物电解质室温离子导率较高，一般约为10-3-10-4S/cm，最高可到达1.2 x 10-2S/cm，乃至超越液态电解质。一起，硫化物质软易加工，力学功能较好，电化学安稳窗口较宽（5V以上），受到了很多企业的喜爱，尤其是日韩企业投入了很多资金进行研讨。日本丰田公司2010年即推出选用硫化物电解质的固态电池，2014年样品电池能量密度到达400 Wh/kg。据日本丰田公司介绍固态电池在2020年推动完成硫化物固态电池的工业化。韩国三星公司使用硫化物固体电解质制得能量密度175 Wh/kg、容量2000 mAh全固态二次电池。国内企业如宁德年代新能源科技有限公司、中科院宁波资料研讨所也在硫化物固态电解质方面进行布局。全体来说，硫化物固态电解质电导率最高，与锂电极的界面安稳性较差，研讨难度最高，开发潜力最大，国内硫化物电解质工业开展还有很大前进空间。

　　总结来说，全固态锂离子电池的开展首要依赖于固态电解质资料的开展，阅历了缓慢的开展时期后，现在迎来了快速开展的黄金时期。现在最具潜力的固态电解质资料有聚合物、硫化物和氧化物。前两种资料的体型电池以及根据氧化物的薄膜电池现已进入商业化使用阶段。但是全固态锂离子电池要想完成工业化还有许多问题，例如全固态电池中电极/电解质固固界面一向存在比较严峻的问题，包含界面阻抗大、界面安稳性不良、界面应力改变等，直接影响电池的功能。针对全固态锂离子电池的这些问题，研讨者们也做了很多的研讨，尽管存在许多问题，整体来说，全固态电池的开展远景是十分光亮的，在未来代替现有锂离子电池成为干流储能电源也是大势所趋，如低功率或低能量密度全固态电池的方针使用场景首要为便携式电子设备，而高能量密度及较高功率全固态电池则有望使用于电动车等（图7）。

　　[1]田桂丽.固态锂电池开展现状与技能发展[J].化学工业，2018，5, 30-35.

　　[3]陈龙，池上森，董源，等.全固态电池要害资料-固态电解质研讨发展[J].硅酸盐学报，2018，46, 21-34.

　　[5]许晓雄，邱志军，官亦标等.全固态锂电池技能的研讨现状与展望[J].储能科学与技能，2013，2, 331-341.

　　[6]李泓，许晓雄.固态锂电池研制愿景和战略[J].储能科学与技，2016，5, 607-614.

　　[7]李泓，许晓雄.全固态锂离子电池的研讨发展[J].我国粉体工业，2018，5, 22-25.

　　[11]光大证券.固态电池：抢占下一代锂电技能制高点——动力电池本钱系列陈述之三, 2020年5月10日.

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