隨著全球能源需求的增長(zhǎng)和對(duì)環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提高，電池技術(shù)作為能源儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)換的核心技術(shù)之一，備受關(guān)注。在電池技術(shù)領(lǐng)域，固態(tài)電芯因其具有更高的安全性、更長(zhǎng)的壽命、更高的能量密度等優(yōu)點(diǎn)。

相比目前鋰離子電池所使用的液態(tài)電解液是可燃的有機(jī)碳酸酯溶劑，在電池發(fā)生熱失控時(shí)，有機(jī)溶劑迅速燃燒，如果沒(méi)有有效的散熱系統(tǒng)，短時(shí)間內(nèi)容易引起爆炸。另一方面，以石墨為負(fù)極的現(xiàn)有鋰電池體系能量密度已逐漸接近能量密度極限（< 300 Wh kg^?1 and 750 Wh L^?1），為滿足各應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)能量密度的要求，則需要尋找新的化學(xué)體系。如果將固態(tài)電解質(zhì)替代現(xiàn)在鋰電池的液態(tài)電解液并不能提高電池的能量密度，相反，比能量密度還會(huì)下降約10%。固態(tài)電池搭配新的化學(xué)體系，如鋰金屬，硅負(fù)極等，才是實(shí)現(xiàn)高能量密度的路線。

電解液

目前固態(tài)電池分類(lèi)可以參照兩個(gè)維度：1）液態(tài)電解質(zhì)含量占比；2）不同類(lèi)型電解液。按照液態(tài)電解液含量占比可以分為：全固態(tài)電池（0%液態(tài)電解液）、準(zhǔn)固態(tài)電池（1%）、半固態(tài)電池（5-10%）、凝膠聚合物電池（0-25%）。

全固態(tài)電池：電池中不存在液態(tài)電解液，電解質(zhì)由一種或者多種無(wú)機(jī)或聚合物固態(tài)電解質(zhì)。全固態(tài)電池的實(shí)現(xiàn)壁壘較高，需要解決鋰離子在界面?zhèn)鬏攩?wèn)題。固態(tài)電解質(zhì)通常分為無(wú)機(jī)和聚合物固態(tài)電解質(zhì)兩大類(lèi)。無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)通常由氧化物，硫化物，氫化物，鹵化物等。聚合物電解質(zhì)常用的基質(zhì)材料有PEO，PVDF，PVDF-HFP，PMMA以及PAN等。目前較為主流的為硫化物電池研發(fā)，但其技術(shù)難度較高，目前僅有電芯大廠在投入研發(fā)，該技術(shù)路線進(jìn)展晚于其他，但是一旦技術(shù)突破將建立極高技術(shù)壁壘。

正極材料

固態(tài)電池的正極材料主要有：鋰鈷酸鋰、鋰鐵磷酸鋰、鈷酸鎳鋰、鈷酸鋁鋰。

鋰鈷酸鋰：能夠提供高能量密度和長(zhǎng)循環(huán)壽命，但存在安全性問(wèn)題。

鋰鐵磷酸鋰：具有更好的安全性和更長(zhǎng)的壽命，但能量密度較低。

鈷酸鎳鋰：能量密度高，長(zhǎng)循環(huán)壽命，但材料成本高，存在安全性問(wèn)題。

鈷酸鋁鋰：能量密度高，但循環(huán)壽命略低于鈷酸鎳鋰。

負(fù)極材料

固態(tài)電池的負(fù)極材料主要有三種：金屬鋰、碳材料和硅材料。

金屬鋰主要應(yīng)用于固態(tài)鋰離子電池和固態(tài)鋰硫電池中。其中，固態(tài)鋰離子電池是一種高能量密度的電池。

碳材料主要應(yīng)用于固態(tài)鋰離子電池中。其中，碳納米管是一種常見(jiàn)的碳材料，它具有高的比表面積和優(yōu)異的電化學(xué)性能，可以應(yīng)用于高性能的固態(tài)鋰離子電池中。

硅材料是一種新型的負(fù)極材料，它具有高的比容量和較低的成本。在固態(tài)電池中，硅材料可以與固態(tài)電解質(zhì)反應(yīng)，形成鋰離子，從而實(shí)現(xiàn)電池的充放電。與金屬鋰和碳材料相比，硅材料的比容量更高，但是它的循環(huán)穩(wěn)定性較差，容易發(fā)生體積膨脹和結(jié)構(gòu)破壞。