全固态电池技术的发展历史、现状及未来概述

全固态电池采用固态电解质替代传统有机液态电解液,有望从根本上解决电池安全性问题,是电动汽车和规模化储能理想的化学电源。为了实现大容量化和长寿命,从而推进全固态电池的实用化,电池关键材料的开发和性能的优化刻不容缓,主要包括制备高室温电导率和电化学稳定性的固态电解质以及适用于全固态电池的高能量电极材料、改善电极/固态电解质界面相容性。本文以全固态锂离子电池为出发点, 简述全固态锂离子电池的发展历史、现状。

锂电池最早由Gilbert N. Lewis于1912年提出并研究，但直到1970年首个锂电池才问世，此后的20年内，锂离子电池技术迅速发展，纵观这20年的历史，锂离子电池电极材料的研究一直作为锂离子电池技术的攻坚核心。第一个锂电池问世时，其正负极材料分别为硫化钛以及金属锂，这一情况直至1980年由J. Goodenough带领的团队做出钴酸锂可以作为锂离子电池正极材料的发现才有所改观。两年后，伊利诺伊理工大学的R.R.Agarwal和J.R.Selman发现锂离子具有嵌入石墨的特性，使得锂电池的安全性有所改观，并且贝尔实验室研制出的首个锂离子石墨电极也消除了当时公众对锂电池安全的担忧。1983年，M.Thackeray、J.Goodenough等人发现锰尖晶石是优良的正极材料，具有低价、稳定和优良的导电、导锂性能，降低了锂离子电池燃烧、爆炸的危险，这次发现意味着锂离子电池的安全性再次提升。此后几年，锂离子电池以迅猛的态势高速发展，逐渐在容量、密度、稳定性等方面超越传统电池。直到1991年索尼公司推出了首款商用锂离子电池，随后，锂电池革新了消费电子产品的面貌，此后几年，锂离子电池作为消费市场的新兴技术，在市场的带动下，平稳发展，知道九十年代后叶，手机、笔记本电脑等便携式移动电子产品的广泛使用，市场对锂离子电池技术的支持飞速提升，因此锂离子电池技术再次高速发展，直到今日，锂离子电池技术依旧保持这这种高速发展的态势。

时至今日，锂离子电池已应用到生活的方方面面，以手机电池近几年的发展为例，其主要态势便是充电高速化，快充技术未出现前，大多数手机按照USB接口的充电标准，会将电池的充电功率限制在2.5W之下，快充技术出现后，市场的高度反响使得各种快充技术标准如雨后春笋出现，其中用户量最多的便是USB-IF组织制定的USB- Power Delivery（USB PD）快充协议以及高通公司的QC快充协议，其实总的来看，现阶段的快充技术仍然受到锂电池性能的限制，以目前充电速度最快的华为mate20 Pro为例，其40W的有线充电速度足够惊艳，可快充技术远不止于此，PD协议足够承担100W的传输功率，但事实上40W的手机充电速度已是目前手机行业的极限。

每个行业只有身在其中的人才最了解，因此我引用了华为副总裁李小龙的话，来解释快充技术真正的困境在哪里。他说，很多用户可能不理解快速充电真正的困难在哪里。只要不限制体积，开发出大功率的充电头没有难度，随便找一个便携机傻大黑粗的充电器功率都比手机充电器功率大。高充电倍率的电池其实也没难度，玩过直升机航模的玩家都知道，20C以上的动力电池比比皆是（20C是指最大放电电流是电池容量的20倍，比如20C 4Ah的电池最大放电电流可以到80A），很容易实现10分钟充满，5分钟放光充放电速度，这种电池的主要缺点是能量密度低、循环寿命短，快速充电是用这两个指标换来的。充电数据线也同样没有太大难度，两年前荣耀就已经有了支持最大8A电流的TYPE-C数据线。那手机快充的困难到底在哪里？其实最困难的地方在于手机充电各种规格指标都要完美的实现，不能有任何短板，要充电速度快，电池循环寿命要长，电池容量不能缩水，充电过程手机不能太热，要安全可靠等等等等。从以上的话中不难看出，是锂电池的性能限制了手机快充技术的进一步提升。

全固态电池技术，特别是高性能的固态锂电池技术，是作来绿色能源发展的核心技术，其发展与突破势必带动多个行业的发展与突破，包括而不限于移动消费电子行业、新能源汽车行业。我相信在众多行业的拉动与支持下，全固态电池必将是未来科技发展最为重要的一环。

全固态电池技术的发展历史、现状及未来概述