液態鋰電池的能量密度已經接近極限，存在熱失控的風險。 為了滿足對更高安全性和能量密度的需求，固態電池應運而生。 本文將介紹固態電池的發展歷史和技術路線。
固態電池使用固態電解質代替液體電解質和隔膜，提高了電池的安全性和能量密度。 目前，傳統的液態鋰離子電池正在經歷向固態狀態的轉變。 下面將簡要介紹固態電池、準固態電池、半固態電池和液體電池的技術路線圖比較，以及它們對電池一次材料和輔助材料需求的影響。
固態電池是使用固態電解質的電池。 傳統的鋰離子電池由陰極材料、負極材料、電解質和隔膜組成，用於輸送離子和傳導電流。 然而，液體電解質中的有機溶劑易燃，腐蝕性強，抗氧化性差，不能解決鋰枝晶問題，從而存在熱失控的風險，限制了高壓陰極和鋰金屬陽極等高能材料的應用。 相比之下，固態電池用固態電解質替代部分或全部電解液，顯著提高了電池的安全性和能量密度，成為現有材料體系潛在的長期技術方向。
根據電解質的不同，電池可分為四類：液體（25wt%）、半固體（5-10wt%）、準固體（0-5wt%）和全固體（0wt%）。 其中，半固態、準固態和全固態電池統稱為固態電池。 目前，聚合物、氧化物和硫化物是固態電池固體電解質的三大類。
半固態電池與液態電池相比，電解液的使用量減少，聚合物+氧化物絡合物電解質增加。 聚合物以框架網路的形式填充，氧化物主要以隔膜塗層和正負極塗層的形式新增。 此外，負極由石墨體系公升級為預鋰化矽基負極鋰金屬負極，正極由高鎳公升級為高鎳高壓富鋰錳基。 隔膜保留並塗上固體電解質塗層，鋰鹽從LiPff6公升級為LiTFSI，能量密度超過350Wh kg。
準固態電池它是在全固態電池中加入少量液體電解質（通常小於5wt.）%）。液體電解質的作用主要是滲透介面。
全固態電池與液態電池相比，省去了原有的電解液，採用高分子氧化物硫化物體系作為固態電解質，正負極以薄膜的形式分離，從而取代了隔膜的作用。 其中，聚合物具有較低的效能上限，氧化物進展較快，硫化物具有最大的未來潛力。 負極由石墨體系公升級為預鋰化矽基負極鋰金屬負極，正極由高鎳公升級為超高鎳、鋰鎳錳氧化物、富鋰錳基等。 全固態電池的能量密度高達 500 Wh kg。
半固態和固態電池對電池各種主輔材料需求的影響如下：
1.電解質：短期內需求將受到抑制，但從長遠來看，固態電解質將顯著取代。 預計短期內，半固態電池的商業化應用可能性更大，因此電解液仍將有一些應用然而，隨著全固態電池滲透率的提高，長期（5年以上）電解液將得到顯著替代。
2.隔膜：短期內不會被取代，長期依賴主流技術路線。 短期來看，在半固態電池率先產業化的前提下，隔膜仍是電池中最重要的核心材料。 但從長遠來看，隨著全固態電池的普及，隔膜是否更換，將取決於哪條技術路線佔主導地位。
3.三元石墨正負極：替代效應在短期內較小，但長期內會被取代。 現有的三元石墨陰極和陽極結構可以與固液混合固體電解質結構相容。 考慮到新型正負極材料的應用仍需時間，三元石墨正極和負極仍將得到廣泛應用。 但是，從長遠來看，它們將被金屬鋰層狀富鋰錳等材料所取代。
4.結構件：固態電池封裝技術主要採用軟包形式，方形和圓柱形配置比較少見，對結構件的需求量不大，但會增加對鋁塑膜的需求。
5.銅箔、鋁箔：與正負極的更換一致。
6.導電劑及其他輔助材料：會有替代品，但不會被完全取代。
固態電池與液態電池相比具有多種優勢，為鋰電池行業固態電池技術的發展奠定了堅實的基礎。
隨著新型儲能和智慧型電網的快速發展，市場對高安全性、長壽命、高比能的化學儲能技術的需求日益迫切。 高能量密度的電池可以顯著延長新能源汽車的續航里程，滿足使用者對更長續航里程的需求。 同時，高安全性可以消除消費者的顧慮，增強產品的市場競爭力。 此外，工作溫度範圍更寬的電池可以適應多種複雜的氣候條件，拓寬了市場需求。
固態電池能夠滿足這些需求，並顯示出巨大的前景。 固態電池作為下一代電池技術的重要方向，具有多種優勢，將為鋰電池行業的未來發展帶來巨大的機遇和潛力。