固态和液态锂电池技术对比

01— 固态与液态锂电池类似，区别在电解质形态

液态锂离子电池主要由正极、负极、电解液和隔膜四大要素组成。固态电池的组成与锂离子电池类似，不同之处在于液 态锂电池中电解液部分或完全被固态电解质替代。

图1 固态和液态锂电池组成

图2 液态、半固态、全固态电池对比

固态对现有液态电池材料有兼容性：固态电池与液态电池的正极材料体系基本相同，但固态电解质拥有高电化学窗口，可兼容更高电压的正极材料，如高镍层状 氧化物、富锂锰基、高电压镍锰尖晶石型等;负极兼容硅基负极以及金属锂。

图2 固态和液态锂电池区别

02 — 可使用高电压正极材料实现更高能量密度

固态电解质与电极材料的界面几乎不存在SEI分解的副反应，能承受更高的电压(5V)，通过提升工作电压以获得更高的能量密度。通过向 LiMn2O4 中掺入少量过渡金属离子，形成的 LiNi0.5Mn1.5O4 具 有 147mAh/g 的理论容量和 4.7V 的电压平台;富锂锰基正极由层状 Li2MnO3与层状 LiMO2(M=Ni， Co，Mn 或任意组合)按不同比例形成的固溶体，理论克容量可达 320mAh/g，电压平台 3.7V-4.6V， 克容量和电压平台均显著高于传统中低镍三元和磷酸铁锂正极材料，是全固态电池可选用的理想正极材料。

图3 正极材料比容量和电压关系

03 — 石墨仍被广泛使用，新型负极有望扩大

硅负极应用：硅负极室温最高嵌锂态 Li15Si4 理论比容量 3,759mAh/g，400-500℃高 温下 Li22Si5理论比容量 4,200mAh/g，超过石墨负极理论克容量 372mAh/g 的 10 倍;硅嵌锂电位低， 可避免锂沉积。
锂金属应用：金属锂因具有高比容量(3861mAh/g)、最低的电化学势(- 3.04V 相对于标准氢电极)和较小的密度(0.534g/cm3)，一直被认为是用于下一代高比能和可充 电电池最理想的负极材料。

图4 固态电池负极演变