本系列文章@@，我们在从事提高@@电池性能研究@@30多年的@@东京工业大学特命教授菅野了次先生的@@监修下@@，从什么是锂离子电池@@@@、到被称为下一代锂离子电池@@的@@全固态@@电池@@的@@研究状况@@，做一个全面介绍专题@@。
第四讲@@聚焦于被称为@@“下一代电池@@”的@@“全固态@@电池@@”，它具有锂离子电池@@相似的@@特点@@，我们将谈谈它与现在@@的@@锂离子电池@@的@@区别@@、所设想的@@用途和@@走向实用化的@@课题等@@。。
1. 什么是全固态@@电池@@@@？
如其名所示@@，全固态@@电池@@是构成电池的@@所有部件均是@@“固态@@”的@@电池@@。锂离子电池@@等二次电池@@（可以充电@@、反复使用的@@电池@@@@）基本上由以金属为材料的@@两个电极@@（正极和@@负极@@）以及充满其间的@@电解质构成@@。传统二次电池的@@电解质使用液体@@，而全固态@@电池@@的@@电解质使用固体@@。
电解质成为固体后@@，可望推出容量比锂离子电池@@大@@、高功率的@@电池@@@@。另外@@，通过使电解质成为固体后@@@@，还具有比锂离子电池@@安全的@@优点@@，装载于电动汽车等的@@可能性也引人注目@@。
全固态@@电池@@如果能够实用化@@，将具备@@各种优点@@。现在@@，各家公司正在为大量供应进行产品开发和@@量产化而互相激烈竞争@@。
2. 全固态@@电池@@的@@工作原理@@
有关从电池取出电能的@@工作原理@@，全固态@@电池@@与锂离子电池@@几乎相同@@。金属被用作为电极材料@@，离子通过电解质在正负极之间移动@@，从而产生电的@@流动@@。
全固态@@电池@@与锂离子电池@@之间的@@主要区别在于电解质是否固体@@。如果电解质是液体@@，则有隔开正极和@@负极@@的@@隔膜@@，防止正极侧的@@液体和@@负极侧的@@液体急剧混合@@，而如是固态@@电解质@@，就不需要隔膜@@。
全固态@@电池@@研究的@@关键在于找到和@@开发固体材料@@。以前@@，没有找到离子能在内部移动@@，使足够的@@电向电极流动的@@固体材料@@，找到后全固态@@电池@@的@@开发日益活跃@@。通过将电解质从液体变为固体@@，离子在电池内频繁移动@@，可以实现比锂离子电池@@容量大@@、功率高的@@电池@@@@。
3. 全固态@@电池@@的@@种类@@
全固态@@电池@@按其制造方式被分类为@@“堆积型@@”和@@“薄膜型@@”两大类@@，能储存的@@能量的@@量不同@@。
堆积型@@全固态@@电池@@的@@特点@@：
粉体@@（粉和@@粒子等集聚的@@物质@@）被用作为电极和@@电解质的@@材料@@。可以制作能储存更多能量的@@大容量电池@@。设想主要用于电动汽车等大型物体@@；
薄膜型@@全固态@@电池@@的@@特点@@：
是以在真空状态下在电极上堆积薄膜状电解质的@@方式制造的@@电池@@@@。能储存的@@能量少@@，无法输出大容量@@。但有循环寿命长@@@@、易于制造等优点@@。因是小型@@，所以@@适合用于传感器等@@小型设备@@@@。
4. 与锂离子电池@@的@@区别@@，全固态@@电池@@的@@优点@@
作为下一代二次电池得到期待的@@全固态@@电池@@有以下所示的@@各种优点@@：
能耐低温至高温@@：
因为锂离子电池@@的@@电解质使用可燃性有机溶剂@@（溶化不溶于水的@@物质的@@液体@@），所以@@担心在高温环境下的@@使用@@。而全固态@@电池@@的@@电解质不使用可燃性材料@@，所以@@在更高温度下也可使用@@。
而且@@，在低温下液体电解质中有时离子移动会变得迟钝@@，电池性能会下降@@，电压也会下降@@。而低温下固体电解质也不会像液体般地结冻@@，所以@@内部的@@电阻并不怎么上升@@，电池性能也并不怎么下降@@。
可以快速充电@@：
耐高温的@@优点在快速充电时也很有利@@。越是快速充电@@，电池的@@温度越高@@，耐高温的@@全固态@@电池@@能比现在@@的@@锂离子电池@@更快速地充电@@。
寿命长@@：
电池的@@寿命因电解质的@@性质而异@@。因为锂离子电池@@不利用其他二次电池似的@@电池@@反应@@，所以@@电极老化少@@，寿命长@@，但是长期使用时还是可见电解质的@@老化@@。在这一点上@@，因为全固态@@电池@@的@@电解质比液体的@@老化更少@@，所以@@可进一步延长寿命@@。
形状的@@自由度高@@：
为了防止液体漏出@@，液体电解质在结构上有限制@@，而全固态@@电池@@因为没有这种限制@@，所以@@易于小型化@@、薄型化@@，还可叠合@@、折弯使用@@，可以各种形状使用@@。
5. 全固态@@电池@@的@@用途@@
所设想的@@全固态@@电池@@的@@用途@@@@
全固态@@电池@@的@@另一个备@@受期待的@@用途是电动汽车@@。现在@@，锂离子电池@@被用于电动汽车@@，如果使用全固态@@电池@@@@，则因为不含可燃性有机溶剂@@，所以@@可望降低由事故引起的@@起火等风险@@。另外@@，现在@@的@@电动汽车与加汽油相比@@，充电较花时间@@，如果使用全固态@@电池@@@@，则能更快速地充电@@。
另外@@，积极推进全固态@@电池@@实用化的@@原因之一是可以弥补锂离子电池@@具有的@@不耐高温的@@弱点@@。如果利用耐热的@@特点@@，便可以直接焊接在电子@@基板上@@，所以@@设想可用于电子@@设备@@的@@备@@份电源和@@@@IoT传感器等@@。如果用于电脑和@@智能手机等@@，便可实现更长时间@@、更有力地工作@@。
而且@@，与锂离子电池@@相比@@，因为可以实现更大容量@@、更大功率@@，所以@@可望用于飞机和@@船舶等@@，而且@@因为能适应从高温至低温的@@温度变化@@，所以@@还可望用于在宇宙空间@@所用的@@设备@@等@@。
6. 全固态@@电池@@的@@安全性@@
因为锂离子电池@@将易于汽化的@@有机溶剂用作为电解质@@，所以@@人们担心在高温环境下的@@使用@@。另外@@，使用液体电解质时@@，为了不造成正极和@@负极@@因冲击而直接接触的@@状态@@（短路@@），需使用将正极和@@负极@@隔开的@@隔膜等@@。
因为全固态@@电池@@的@@电极被固体隔开@@，所以@@不易发生短路@@@@，并因为使用耐热性高的@@电解质@@，所以@@可以在更高温度下使用@@。虽说如此@@，因为电池均是@@“能源罐头@@”，所以@@全固态@@电池@@也有风险@@。可能会因某种原因@@，电极发生短路@@@@，所以@@使用操作时需要小心谨慎@@。
7. 走向全固态@@电池@@实用化的@@课题@@
现在@@正以在@@2020年代上半叶实现全固态@@电池@@的@@实用化为目标@@，研发更高性能的@@固态@@电解质材料@@。而为了实用化@@，需要解决以下所示的@@课题@@：
固态@@电解质的@@课题@@：
为了让电池发挥高性能@@，电极和@@电解质需要始终靠紧@@。因为液体电解质的@@形状始终可变@@，所以@@即使电极有些许变化也能一直靠紧@@。而固体之间难以始终靠紧@@，这是一个课题@@。
电极物质的@@课题@@：
与现有的@@锂离子电池@@相比@@，要大幅提高@@全固态@@电池@@的@@能量密度@@，需要开发在相同重量@@、大小下能储存更多电力的@@电极@@。
制造工艺的@@课题@@：
因为电解质从液体变为固体@@，所以@@需要与锂离子电池@@不同的@@制造工艺@@。
例如@@，全固态@@电池@@根据材料有氧化物系@@、硫化物系@@、氮化物系等@@，主流之一的@@硫化物系@@全固态@@电池@@所用的@@固态@@电解质具有即使碰上空气中的@@水分也会变质的@@不耐水的@@性质@@。所以@@，要求严格的@@水分管理的@@全固态@@电池@@生产需要干燥室等专用设备@@@@。
如上所述@@，对于作为能进一步提高@@锂离子电池@@性能的@@电池@@得到期待的@@全固态@@电池@@@@，现在@@正在各家企业中开展走向实用化的@@举措@@。另一方面@@，锂离子电池@@也在范围广泛的@@领域大显身手@@。
下一讲@@，我们将谈谈锂离子电池@@为实现可持续发展社会发挥什么作用@@. 敬请期待@@！
文章来源@@： Murata村田中国@@