日本团队将全固态电池容量提高至世界最高水平，锂离子电导率可提升 3.8 倍，将带来哪些影响？

日本在新能源汽车这个领域，销量不高， 但总能搞大新闻。 之前说抛弃电车， 要搞氢能， 最后丰田的CEO都辞职了， 现在又回来弄电车，但没做多久就宣布要2025年量产固态电池的电动车。

文章本身是一个很有意义的工作，也是新能源汽车都在关注的一个重点方向。

先说下技术背景。电动车最核心的部件就是动力电池，其成本占据到了整车的40%。市场上现在主流的电池是液态电池，或者半固态电池， 这些电池目前有三个技术难点，续航时间与用户期待之间的差距， 电池自燃的潜在安全问题， 以及较长的充电时长。

而固态电池是没有电解液的一种使用固体电极和固体电解质的电池。正因为固体电解质是不易燃的，所以这个安全性就大幅提高了。另外因为更高的能量密度， 续航里程也会有明显提高。 所以这是一项很有意义的研究。

但是，如何将这个华丽的实验室数据落地， 需要一整套产业链的配合，导致产品落地离大规模商用还是有很远的距离。比如， Dyson 用9000万收购了美国的固态电池公司Sakti3，进而造出了续航965公里 的固态电池电动车， 但是售价超20万美元。 现阶段的固态电池的成本大概是液态电池的十倍。

固态电池是电动车行业的大势所趋，但是需要全产业链的配合，来优化成本，希望我国继续电动车的领先势头，继续在这方面走在前列。

双击屏幕你会发现新大陆（解锁一个快捷功能）

这类问题能上热搜很意外，看了一下大部分回答都并没有真正理解固态电池，有个高赞对于固态电解质的科普错误挺多，哎。

首先我怎么看待这篇Science？

一个很有意义的工作。在全固态电池领域，日本绝对是领跑者，他们是世界上最早做这个的，比我们早十年。很多经典的硫化物固态电解质材料都是Kanno教授发明的（也就是这篇Science的作者），这篇文章确实很振奋人心，他们合成的高熵硫化物电解质电导率太高了，amazing，用在正极能发挥很大作用，把正极厚度能做很厚，从而更好提升电池能量密度。问题是成本（其中有贵金属元素Ge），合成工艺（元素种类非常多）能不能很好控制，性能能否稳定复现。

这两年固态电池领域的nature science发了好几篇了，这个领域是真的火

展开简单聊聊固态电池

1.为什么做全固态电池？

大家可以理解发展全固态电池的初衷就是为了把目前锂离子电池中的液态电解液替换掉，因为有机液态电解液易燃烧，而固态电解质热稳定，更安全！但是全是固态物质的电池各部分的接触肯定没有液态锂离子电池好，所以目前全固态电池仍然没有商业化。

But，随着这两年固态电池的火爆以及相关资本的投入，固态电池产业化进程大大加快。（虽然问题还是很多）

关于全固态电池未来的发展方向，下面这篇微信文章写的非常专业

2.目前全固态不能产业化的主要问题

首先是全固态电池在循环过程中需要大的外部压力保持内部组分间的良好接触，这样就需要额外的设备和装置，牺牲一部分能量密度。另外目前固态电池的循环寿命还远不及液态锂离子电池，这主要是正负极界面问题导致的。另外就是设备工艺问题，全固态电芯生产所需要的设备和液态锂离子电池相比差别很大，很多工艺比如干法电解质膜大批量生产工艺目前都还在探索。最后就是成本问题，设备成本初期很高，另外材料成本目前也是很高的，如果后面大批量生产可以逐步降低。

3.国内全固态电池进展

固态电池很火，国内资本涌入真的快。

目前固态电池技术，国内半固态技术（也就是固态得并不是跟彻底，还有少量液体）路线走在世界前列（卫蓝新能源，赣锋，清陶，台湾辉能），且已经装车和产业化生产了。全固态技术目前日本（丰田）和美国（solidpower，quantum公司）技术积累多。国内去年开始也有很多公司释放了全固态电池突破性进展。目前的全固态基本上是基于硫化物固态电解质体系，国内蜂巢能源，恩力固态，中汽创智，远景动力，马车动力，高能时代在这个方向上都有布局，蜂巢能源在去年更是报道做了20Ah的全固态电芯，能量密度高达350Wh/kg，但是循环寿命没有展示。总的来说，国内全固态电池技术还是相对薄弱。

新的技术在没有成功前总是备受质疑，目前全固态电池和钠离子电池作为液态锂离子电池的“后浪”，未来可期，我也希望自己能参与并见证全固态电池产业化的那一天！

好多人的回答隔靴搔痒，提供了很高的情绪价值，但是…不太符合知乎遗风。

能在《科学》刊登的必定还是有很高学术价值，值得鼓励。

同时再次感慨…搞基础材料研究创新的人都太难了，价值短期内无法体现出来，显得也好无趣，固态电池反复放鸽子一方面在于材料创新太难了，另一方面在于没有很好的商业落地方式。。

我也并非固态电池领域专业人士，但尝试着做些梳理，其实研究核心在于尝试攻克固态电池电导率和界面阻抗这两个最核心的难题。

一句话简要版研究相关结论如下：固态电池在电解质和电极的良好接触方面仍存在挑战，进而限制了实际可使用电极的厚度，我们这项研究攻克了部分难题。

人话翻译就是：正负极之间原来是液体电解质厚度很大，换成固态物质之后，容易产生高界面阻抗，离子迁移困难，进而导致电解质厚度没法做的太厚。

① 固态电池碰到了啥难处?

固态电池电解质厚度只有10~100nm，液态不存在厚度问题；

② 为啥固态电解质搞得这么薄?

核心原因在于固态电解质导电率较低，如果液态导电率是1的话，那固态只有液态的万分之一（粗估）。所以我们要努力攻克固态电解质界面阻抗和导电率话题

③ 他们咋攻克的?

材料魔法，添加点东西，增加已知锂超离子导体的成分复杂性来消除离子迁移障碍。

--------------------------------------

部分原文：

Solid electrolytes have been developed to allow solid-state batteries to compete with liquid electrolyte batteries, but there is still a challenge in ensuring good contact with the electrodes, which thus limits the thickness of electrodes that can be used in practice. Li et al. applied the principles of high-entropy materials to improve upon the properties of existing electrolytes through the sensible partial substitution of addition elements. The authors demonstrate the incorporation of their materials into a cathode structure, which provides the high ionic conductivity required for solid-state battery applications. —MSL

固体电解质已经被开发出来，可以让固态电池与液体电解质电池竞争，但在确保与电极的良好接触方面仍然存在挑战，从而限制了实际使用的电极厚度。运用高熵材料的原理，通过合理的部分替换添加元素来改善现有电解质的性能。作者展示了将他们的材料整合到阴极结构中，从而提供固态电池应用所需的高离子导电性。火星科学实验室。

No design rules have yet been established for producing solid electrolytes with a lithium-ion conductivity high enough to replace liquid electrolytes and expand the performance and battery configuration limits of current lithium ion batteries. Taking advantage of the properties of high-entropy materials, we have designed a highly ion-conductive solid electrolyte by increasing the compositional complexity of a known lithium superionic conductor to eliminate ion migration barriers while maintaining the structural framework for superionic conduction. The synthesized phase with a compositional complexity showed an improved ion conductivity. We showed that the highly conductive solid electrolyte enables charge and discharge of a thick lithium-ion battery cathode at room temperature and thus has potential to change conventional battery configurations.

目前还没有设计规则来生产具有足够高的锂离子电导率的固体电解质，以取代液体电解质，并扩大当前锂离子电池的性能和电池配置限制。利用高熵材料的特性，我们设计了一种高离子导电固体电解质，通过增加已知锂超离子导体的成分复杂性来消除离子迁移障碍，同时保持超离子传导的结构框架。合成相组成复杂，离子电导率提高。我们证明了高导电性固体电解质能够在室温下对厚锂离子电池阴极进行充放电，从而有可能改变传统的电池结构。