15、固态电解质电池：原理、特性与应用

固态电解质电池：原理、特性与应用

1. 固态电解质电池概述

电池通常由通过离子传输介质（即电解质）分隔的电化学反应对组成。常见电池多使用液体电解质，但具备制成低整体离子电阻电子绝缘元件的固体材料的出现，推动了固态电解质电池的发展。部分固态电解质电池已实现商业化，在常温（约25°C）下是心脏起搏器、计算机易失性内存保存等低功率、长寿命应用的重要电源。

自1950年以来，固态电解质电池的发展呈现出两个趋势：一是低能量的银基系统逐渐被高能量的锂阳极电池取代；二是电池从具有相对较厚电解质层（约1毫米）的丸状装置发展为电解质厚度约为微米级的薄膜装置，这种电极间距的减小有助于克服锂离子传导电解质电阻较大导致的欧姆损耗。

目前商业化的固态电解质电池多使用锂阳极，原因主要有三点：
- 锂在重量和体积上都具有高比容量。
- 锂具有强正电性，与典型阴极材料结合时可产生高电压。
- 有适合作为固态电解质的锂离子导体。

以下是不同金属作为阳极的电池系统理论值对比：
| 阳极金属 | 阳极当量重量（g/eq） | 阳极当量体积（cm³/eq） | E⁰（V） | 电池容量密度（Ah/cm³） | 电池能量密度（Wh/cm³） |
| — | — | — | — | — | — |
| 一价金属 | | | | | |
| Li | 6.9 | 13.0 | 2.8 | 0.69 | 1.9 |
| Na | 23.0 | 23.7 | 3.0 | 0.54 | 1.6 |
| K | 39.1 | 44.9 | 3.4 | 0.38 | 1.3 |