在中国，现在每天有超3100万辆新能源汽车行驶在道路上。因动力电池故障引发的电动汽车自燃问题，也愈发受到关注。
自燃因何而起？新能源汽车现时使用的锂电池内部，填充的是有机液态电解质，一旦发生碰撞、过充或内部短路，极易引发热失控，从而起火甚至爆炸。那么，有没有可能找到另一种充分安全，但能量密度、充电效率均不逊色的电池研发新思路呢？
如何让锂离子跑快跑好？
电动车电池的充放电，依赖锂离子在正负极之间“往返跑”。锂离子好比电池中的“快递员”，负责把电子从电池正极送到负极，电解质就好比快递员要走的一条条“道路”。
工人在锂电池生产车间作业 季春鹏 摄
传统的液态锂离子电池，供电子奔跑于正负极之间的“道路”充满险阻——液态的电解质不仅易挥发、易燃，而且易泄露，热失控条件下更易引发极端风险。
尽管电池结构层面的创新迭代不断，但并未改变液态电池易燃易爆的“秉性”。眼下，交通电气化与规模化储能的进展日新月异，要求电池不断提升能量密度。但这在一定程度上，将放大液态锂电池的安全风险。
怎么办？固态电池不失为一个理想的解决方案。但完美的固态电池设计，存在一个“不可能三角”——高能量密度、高安全性、长循环寿命。
高能量密度，意味着需要采用锂金属负极、高电压正极，但这对电解质的化学稳定性要求太高；高安全性，意味着需要电解质本身需要不可燃且保持热稳定；长循环寿命，意味着在电解质与电极之间形成稳定、低阻抗的界面。
这三者，真的难以同时满足吗？
“不可能三角”是否有解？
实际上，已经有不少科学家扮演起“拆弹专家”的角色，致力于拆除埋藏在固态电池产业化道路上的一个又一个“危险引信”。
——为锂金属打造一副“柔性盔甲”，解决界面稳定性难题。
锂金属负极是实现电池高能量密度的终极选择，但它极其活泼，能与大多数电解质发生反应，导致电池性能快速衰减。
清华大学张强团队与合作者共同研发出一种新型含氟聚醚电解质，可与锂金属形成一种稳定且坚固的含氟界面层，好比一副柔性盔甲，保护锂负极不被轻易腐蚀、有效抵御外界“侵扰”，能让锂离子平稳、均匀地通过。由此不仅提升电池循环寿命，还使得固态电池的能量密度达到了惊人的604瓦时每千克，比现有商业化电池提高近3倍。
——无缝焊接“橡皮泥”和“陶瓷板”，突破“固-固接触失效”瓶颈。
固态电池研发最棘手的问题，在于“固-固界面”。想象一下，将软如“橡皮泥”的锂金属电极，贴合在硬如“陶瓷板”的固态电解质上，两者之间必然布满肉眼看不见的缝隙和孔洞。随着电池充放电的“呼吸”，这些缝隙会越来越大，最终导致离子传输的“高速公路”彻底瘫痪。传统做法要靠笨重的外部设备持续施压，导致电池又大又重，难以投入实用。
中国科学院物理研究所黄学杰团队另辟蹊径，没有从外部施压强行“粘合”，而是在电解质中引入了碘离子。当电池工作时，这些碘离子就像一支训练有素的“纳米工程队”，在电场的“号令”下，自动奔赴到电极与电解质的界面处集结，形成一层神奇的“富碘界面”。这层界面拥有强大的吸引力，能主动将锂离子“拉”过来，动态填充所有的缝隙和孔洞。这一突破，有望在充放电过程中，使电池核心界面始终处于可自修复的贴合状态。
——为脆弱的电解质植入一副“柔性筋骨”。
固态电解质虽然稳定，但其硬脆的物理特性是量产的又一大障碍。它就像精美的瓷器，稍有不慎便会碎裂，难以承受电池在制造和使用过程中不可避免的弯折和振动。
中科院金属所的科学家着眼于聚合材料，为固态电解质构建起一张精巧的三维“骨架”网络。这张“骨架”如同升级版的“保鲜膜”，让电池变得抗拉耐拽，即使反复弯折2万次也依然完好无损。
他们还在这张“骨架”中巧妙地加入了一些化学“小零件”，能够参与离子传导，使得电池在获得超强柔韧性的同时，能量密度额外提升86%。
化不可能为可能，固态锂电池离我们还远吗？
“最后一公里”如何跨越？
实验室中有所突破的问题，在工厂车间里同样不成问题吗？很遗憾，就固态电池而言，事情还没有那么简单。
固态电池要想投入量产，我们面前仍横亘着几座必须翻越的“工程大山”：无压运行、成本控制、量产制造、快充寿命以及系统级安全保障，每一项都是硬仗。
与许多先进技术遭遇的问题类似，价格仍是固态电池商业化的“拦路虎”。目前，全固态电池的成本高企，约为400-800美元/千瓦时，是现有液态锂电池的3-5倍。现有液态电池生产线与全固态电池的兼容性不足50%。若决意转型，企业必须投入巨资重建，引入整套全新设备。
另外，尽管固态电池不易燃烧，但其安全性仍需系统评估。例如，硫化物电解质在200摄氏度以上与锂金属或高镍正极接触时，仍可能发生剧烈放热，温度最高可达800摄氏度，热失控可能比液态电池来得更早、更剧烈。在可靠性方面，实验室中实现单颗电芯循环500次并不难，但要确保每一批次、每一颗电芯都能稳定运行1500次以上，性能衰减高度一致，仍是不小的工程挑战。
从干法电极量产“又快又好”的工艺变革，到电池内部界面确保“形变可控、枝晶可抑”的新设计策略，为固态电池光明大道“拆弹”的接力棒，现在交到了业界手中。
实验室里的“灵光一现”，如何为千家万户生活质量的提升带来持续的光亮？固态电池的故事暂时还没有答案。但是，希望正在生长。
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