苹果新专利解析：全固态电池到底是何种技术？

以制成非常小的电源器件，整合到MEMS（微机电系统）领域中。能够制成体积非常小的电池也是全固态电池技术的一大特色，这可以方便电池适应各种新型小尺寸智能电子设备的应用，而在这一点上传统的锂离子电池的技术是很难达到的。

　　（现在锂离子电池各组分的（a）体积占比和（b）质量占比）

　　目前许多纳米材料实用的一大关键障碍就在于比表面积大，体积密度过低，导致如果基于这些材料制成产品，往往相同质量下占据体积过大，即体积能量密度偏低，完全无法满足一般工业品的要求。所以现在的纳米（电池）材料科研中往往选择了不报道这方面的参数，原因不难理解。

　　优势之三：柔性化的前景

　　全固态电池可以经过进一步的优化，变成柔性电池，从而带来更多的功能和体验。

　　实际上，即使是脆性的陶瓷材料，在厚度薄到毫米级以下后经常是可以弯曲的，材料会变得有柔性。相应的，全固态电池在轻薄化后柔性程度也会有明显的提高，通过使用适当的封装材料（不能是钢性的外壳），制成的电池可以经受几百到几千次的弯曲而保证性能基本不衰减。实际上，以各种可穿戴设备为代表的柔性电子器件是下一代电子产品发展的重要方向，而这就要求该产品中的元件同样需要具有柔性，因此柔性全固态电池是科研与工业界中，非常有前景的明日之星。

　　（韩国KAIST制备的典型叠层结构的柔性全固态电池）

　　不仅如此，功能化的全固态电池潜力远不只以上的柔性电池，经过电池材料结构优化可以制成透明电池，或者是拉伸幅度可达300%的可拉伸电池，或是可以和光伏器件集成化的发电-存储一体化器件等等--全固态电池所意味的功能上的创新应用前景还有很多，在这方面科研人员与工程师们的想像力会给我们带来越来越多的惊喜。

　　（拉伸变形度可达300%全固态电池的结构示意图）

　　（太阳能电池和超级电容器一体集成纤维状器件示意图）

　　优势之四：更安全

　　作为一种能量存储器件，实际上所有电池在热力学实质上都不可能是绝对安全的。但是电池实际应用中的决定其真正安全性的因素是多方面的，影响因素包括电池的电极材料特性、电解液的性质，以及电子产品中的电池管理系统等。

　　目前一般商用的锂离子的安全性是大家关心的重点，在这里用"不够理想"来评价现在电池的安全性，应该是一个比较合适的评价。

　　影响普通锂离电池的安全性的因素主要有哪些？

　　1）电极材料特性，比如在大电流下工作有可能出现锂枝晶，从而刺破隔膜导致短路破坏；

　　2）电解液为有机液体，在高温下发生副反应、氧化分解、产生气体、发生燃烧的倾向都会加剧；

　　3）电池质量参差不齐，尤其是小厂家的电池安全性能不达标；

　　4）电池管理系统不合格，造成电池的过充放，导致危险的发生。

　　（用剪刀减掉电池一角后，仍然能够安全、正常工作的柔性全固态电池）

　　而如果采用了全固态电池技术，以上的1和2两点问题就可以直接得到解决，而且所得的电池的最高工作温度可以从现在的40度提升到更高，这样就可以使电池的适应工作温度区间更宽，应用范围也会更广。安全性，其实是全固态电池领域发展的最根本驱动力之一。

　　以上说了全固态电池的种种优点。实际上，这个世界上没有完美无缺的事物，对于一种技术的报道我们认为不应该只报喜，不报忧。因此在这里也必须介绍一下全固态电池的几个缺点。

　　固态电池的缺点

　　问题之一：快充不现实

　　缺点一就是固态电解质电导率总体偏低，低于它们的"前辈"--液态电解液。这就导致了目前全固态电池的倍率性能整体偏低，内阻较大，高倍率放电时压降较大，如果想指望该类技术能在近期解决电池快充的问题，基本上是不可能的。

　　当然了，固态电解质的电导率随着温度上升也会有明显的提高，所以这就导致了一个有趣的现象，就是全固态电池最好或者说必须在高一点的温度下工作，才能发挥良好的性能。因此目前市面上有些使用全固态电池的产品，实际上都不是在室温下工作的，最典型的例子就是法国已经在运行的3000余辆使用全固态电池的出租车（电芯能量密度可以达到260Wh/kg，优于现在商用的普通锂离子电池）。

　　问题之二：成本依然偏高，制备工艺复杂，技术不够成熟

　　目前的全固态锂电池的电解质主要有有机和无机两大体系，成本总体偏高，尤其是无机体系的电池很多采用CVD/PVD等复杂的工艺制备，生产（沉积薄膜）速度慢，成本昂贵，单体电池容量很小，往往只适合做小型电子器件用的电池。

因此现在的全固态电池如果要和普通锂离子电池在传统市场上竞争，并没有太大的优势。发挥全固