可充电电池的创新是诸如电动汽车等可再生能源技术发展的支柱，并且是构建新的清洁能源社会和实现双碳目标的重要支撑。锂离子电池（LIBs）因其出色的能量和功率密度以及循环性能而被证明是一种高效的能量存储系统。然而，传统锂离子电池的能量密度已接近其上限（约300瓦时/千克），无法满足对更高能量和功率密度不断增长的需求。此外，由于易燃的液体有机电解质的存在，还会引发安全问题，且在热失控后可能会发生爆炸。用固体电解质取代液体电解质，全固态锂电池（ASSLBs）有望成为下一代具有更高能量密度和更高安全性的电池候选者。因此，它们在储能领域引起了越来越多的关注。
英国科学家迈克尔·法拉第创造了“电解质”这一术语，他在1831年至1834年间发现了两种固态电解质，即硫化银和氟化铅（Ag2S和PbF2）。他的这一突破为固态离子学的研究奠定了基础（即离子通过固态电解质的传递过程）。
在接下来的一个世纪里，固态离子学领域的科学研究不断增多，更多的固态电解质材料被发现并可供实验使用。1916年，另一种固态电解质—β-氧化铝被发现。然而，直到20世纪70年代，它才在科学家、化学家和制造商中得到广泛认可。20世纪50年代，一些使用固态电解质的电化学系统被开发出来，尽管它们都不是电池的形式。基于β-氧化铝的研究，在1966年，福特汽车公司开发出了钠硫（NaS）电池。虽然它不是真正的固态电池（因为电极材料处于熔融状态），但NaS电池是迈向固态电池发明的重要一步，具有成本低和能量密度高的优点。20世纪70年代，基于锂盐-聚乙烯氧化物复合物的固态聚合物电解质的发现同样对真正固态电池的发展起到了重要作用。1983年，田纳西州橡树岭国家实验室的科学家们发现了锂磷氧化氮，这促成了薄膜固态电池的开发，这是一种在阴极和阳极之间以真空形式堆叠着薄膜电解质的固态电池。在接下来的几十年里，发现了导电性更强的固态离子导体，从而在2011年时催生了一种能够与锂离子电池在技术上竞争的固态电池，当时科学家们发现了锂超离子导体LGPS（Li10GeP2S12）。自2011年以来，大学和私营企业的研究人员纷纷致力于生产更强大、更经济的固态电池，这些电池已应用于许多设备中，包括手机、电脑和汽车。
固态电池是一种通过使用固体电解质将化学能转化为电能的装置，其原理是利用锂离子在两个电极之间移动。固体电解质是一种通常为复合化合物的材料，由具有较高离子导电性的固体基质构成。与锂离子电池（这是最常见的可充电电池类型，使用液体或凝胶电解质）相比，固态电池具有多种优势，包括更高的耐用性、更大的能量容量、更快的充电速度、更长的使用寿命以及更丰富的形状变化。
固态电池和锂离子电池均由阴极（即正极，由阴极材料制成，例如磷酸铁锂[LiFePO4]）和阳极（即负极，由阳极材料制成，例如碳）组成。两极之间由电解质隔开，电解质是离子移动的介质。
当电子从阴极向阳极移动时，电池的化学能增加，从而产生电荷。当电子反向移动时，化学能转化为电能，并从电池中释放出来。在电池充电或放电过程中，带相反电荷的离子会通过电池内部的电解质移动，以平衡电子的电荷，从而使电池具有可充电性。
固态电池和锂离子电池之间有两大区别。首先，固态电池使用固体（而非液体或凝胶）电解质。其次，由于锂离子电池使用的是液体或凝胶电解质，因此需要在阴极和阳极之间设置隔膜，以防止电池一侧的电解质与另一侧的电解质混合。而在固态电池中，电解质本身就能将两个电极分隔开来，从图1中我们可以观察到固态电池相对传统锂电池少了隔膜这一模块，而是直接由中间的固态电解质替代。
图1传统锂电池与固态电池工作原理示意图
固态电池相较于锂离子电池具有一定的优势。无机固态电解质不易起火。因此，与锂离子电池相比，固态电池在高温环境下使用时更加安全。它们在低温环境下的耐寒性也更强。在液体和凝胶电解质中，较低的温度会导致离子移动速度变慢，从而导致电池性能下降，而在固态电解质中，这种影响会得到减轻。
密度的增加使得固态电池能够储存更多的能量。与相同尺寸的锂离子电池相比，固态电池能够为设备提供更长的供电时间。或者，一个更小、更轻的固态电池能够为设备提供与更大尺寸的锂离子电池相同的时间长度的供电。固态电池的另一个重要优点是其能够被制成各种形状。典型的锂离子电池必须以能够防止液体泄漏的方式进行成型，而固态电池由于不存在液体泄漏的问题，因此可以变得更小、更薄，甚至可以弯曲。
此外，无机固态电解质的性能衰减速度比锂离子电池慢得多。锂离子电池在无法使用之前会有有限的充电循环次数。另一方面，固态电池可以进行更多的充电循环，并且其容量能保持更长时间，远超锂离子电池。除了提供更好的性能外，固态电池对环境的负担也比锂离子电池小。固态电池能以更少的材料储存更多的能量，并且使用寿命更长，这两点都有助于减少其碳足迹。虽然制造固态电池需要更多的锂，但在生产过程中所需的石墨和钴的量要少得多。从地下开采石墨和钴矿与环境问题密切相关，比如森林砍伐、水污染以及空气污染等。
图片2创新中心制备的固态软包电池示意图
固态电池的制备流程主要包括材料合成、粉末纳米化处理、压片成型、电池组装及性能测试等关键环节。在测试技术方面，固态电池沿用了传统锂离子电池的成熟评估体系，重点开展倍率性能、循环稳定性等核心指标的测试验证。当前，我国固态电池技术研发尚处于产业化前期阶段，尚未实现大规模商业化应用。作为国内新能源领域的先行者，吉利集团持续深耕固态电池技术创新，吉利创新中心固态电池研发团队近年来成功获批国家级科研项目，累计获得近亿元研发资助。团队研发的固态软包电池（如图2所示）在性能稳定性方面表现突出，各项技术指标均展现出显著的商业化应用前景。
CONTENT END