在2015年11月份，美国专利商标局发布了苹果公司一项与固态电池充电技能相关的新专利，这次是便携设备的固态电池充电技能。
实践上，自2012年来，苹果公司就现已活跃开端布局全固态电池技能的专利，等待能把这种高能量密度、高安全性、有柔性潜力的新式电池用在iPad、MacBook等设备以及今后即将开展的柔性电子设备上。
那么究竟全固态电池究竟是一种什么样的技能，会引起苹果公司的要点重视呢？
什么是全固态电池？
假如浅显地讲，全固态电池便是里边没有气体、没有液体，一切资料都以固态方式存在的电池。而考虑到现在人们日常日子中最为常见的电池为锂离子电池，咱们在这里将默许把“全固态锂离子电池”作为全固态电池的代表（暂时疏忽全固态锂硫等新式电池）。
本文也会侧重介绍全固态锂离子电池（以下将悉数简称为“全固态电池”）的各方面，以飨读者。
一般来说，锂离子电池首要由正极、负极、隔阂、电解液、结构壳体等部分组成，其间电解液使得电流可以在电池内部以离子方式传导。电解液技能是锂电池的中心技能之一，也是现在电池工业中赢利很高的一个组成部分。
锂离子电池的结构示意图，其间Li+（锂离子）在内电路中，通过电解质（electrolyte）传导
但是许多读者或许发现过自己的锂电池用久后有的会鼓胀，而在更极点的小概率事件下，有的乃至会产生风险（比方近来的扭扭车的电池爆炸事件，导致了相关的出产企业和电池企业遇到了全面的困难）。别的一般来说，现在的锂离子电池的作业温度规划有限，在40 度以上的高温下寿数会急剧缩短，安全功用会也呈现很大的问题（所以特斯拉MODEL S会有一套严厉的电池温控系统，便是为此）。
实践上，以上所说的几个安全方面的问题都是与咱们现在电池用的有机系统的电解液直接相关的。
而为了处理电池安全问题，进步能量密度，现在科研界和工业界都在研制以及出产全固态电池，也便是把传统的锂离子电池的隔阂和电解液，换成固态的电解质资料。那么说来说去，比较于咱们日子中最常见的一般锂离子电池，全固态电池的长处首要有哪些呢？
固态电池有哪些优势？
优势之一：轻–能量密度高
运用了全固态电解质后，锂离子电池的适用资料系统也会产生改动，其间中心的一点便是可以不用运用嵌锂的石墨负极，而是直接运用金属锂来做负极，这样可以显着减轻负极资料的用量，使得整个电池的能量密度有显着进步。
此外，许多新式高功用电极资料，或许之前与现有的电解液系统的兼容性并不好，但是在运用全固态电解质后该问题可以得到必定的缓解。
归纳考虑到以上两大要素，全固态电池比较于一般锂离子电池，能量密度可以有一个较大起伏的进步：现在许多实验室中，都现已可以小规划批量试制出能量密度为300-400Wh/kg的全固态电池了（一般锂离子电池是100-220Wh/kg）。
从能量密度的数据上看，或许全固态电池真的有期望让咱们的日子从“一天一充”升级到“两天一充”。
别的，电池技能的行进遭到电化学规则的限制，其容量上升是有理论极限的，一般很难以一个较大的起伏产生飞越式的、推翻式的开展。因而主张广阔读者擦亮眼睛，一但发现有功用“翻一/几番”，“几分钟充满电”，“本钱下降70%”一类新闻时，要加倍警惕，由于此类新闻宣传误导的嫌疑很大，而背面存在的问题往往总是避而不谈。
优势之二：薄–体积小
实践上，体积能量密度关于电池来说是一个很重要的参数，假如就运用范畴来说，要求从高到低是消费电子产品》家用电动轿车》电动公交车。
假如浅显地讲，便是体积能量密度高了，因而相同质量的电池才干做的体积更小。
电子产品中的可用空间往往很有限，许多产品（例手机、平板电脑）有近1/3左右的体积和质量现已被电池占有，并且在广阔出产厂商和顾客期望对电池进一步进步容量（添加续航）和紧缩体积（便携漂亮和便于规划）的要求下，高压实、体积能量密度最高的钴酸锂（LCO）电池依然是见义勇为的干流产品。
传统锂离子电池中，需求运用隔阂和电解液，它们加起来占有了电池中近40%的体积和25%的质量。而假如把它们用固态电解质替代（首要有有机和无机陶瓷资料两个系统），正负极之间的间隔（传统上由隔阂电解液填充，现在由固态电解质填充）可以缩短到乃至只要几到十几个微米，这样电池的厚度就能大大地下降 –因而全固态电池技能是电池小型化，薄膜化的必经之路。
不仅如此，许多通过物理/化学气相堆积（PVD/CVD）制备的全固态电池，其全体厚度或许只要几十个微米，因而就可以制成十分小的电源器材，整合到MEMS（微机电系统）范畴中。可以制成体积十分小的电池也是全固态电池技能的一大特征，这可以便利电池习惯各种新式小尺度智能电子设备的运用，而在这一点上传统的锂离子电池的技能是很难到达的。
（现在锂离子电池各组分的（a）体积占比和（b）质量占比）
现在许多纳米资料有用的一大要害妨碍就在于比表面积大，体积密度过低，导致假如根据这些资料制成产品，往往相同质量下占有体积过大，即体积能量密度偏低，彻底无法满意一般工业品的要求。所以现在的纳米（电池）资料科研中往往挑选了不报导这方面的参数，原因不难理解。
优势之三：柔性化的远景
全固态电池可以通过进一步的优化，变成柔性电池，然后带来更多的功用和体会。
实践上，即使是脆性的陶瓷资料，在厚度薄到毫米级以下后经常是可以曲折的，资料会变得有柔性。相应的，全固态电池在轻浮化后柔性程度也会有显着的进步，通过运用恰当的封装资料（不能是钢性的外壳），制成的电池可以饱尝几百到几千次的曲折而确保功用底子不衰减。实践上，以各种可穿戴设备为代表的柔性电子器材是下一代电子产品开展的重要方向，而这就要求该产品中的元件相同需求具有柔性，因而柔性全固态电池是科研与工业界中，十分有远景的明日之星。
（韩国KAIST制备的典型叠层结构的柔性全固态电池）
不仅如此，功用化的全固态电池潜力远不只以上的柔性电池，通过电池资料结构优化可以制成通明电池，或者是拉伸起伏可达300%的可拉伸电池，或是可以和光伏器材集成化的发电-存储一体化器材等等–全固态电池所意味的功用上的立异运用远景还有许多，在这方面科研人员与工程师们的想像力会给咱们带来越来越多的惊喜。
（拉伸变形度可达300%全固态电池的结构示意图）
（太阳能电池和超级%&&&&&%器一体集成纤维状器材示意图）
优势之四：更安全
作为一种能量存储器材，实践上一切电池在热力学实质上都不或许是肯定安全的。但是电池实践运用中的决议其真实安全性的要素是多方面的，影响要素包含电池的电极资料特性、电解液的性质，以及电子产品中的电池办理系统等。
现在一般商用的锂离子的安全性是咱们关怀的要点，在这里用“不行抱负”来点评现在电池的安全性，应该是一个比较适宜的点评。
影响一般锂离电池的安全性的要素首要有哪些？
1）电极资料特性，比方在大电流下作业有或许呈现锂枝晶，然后刺破隔阂导致短路损坏；
2）电解液为有机液体，在高温下产生副反应、氧化分化、产生气体、产生焚烧的倾向都会加重；
3）电池质量良莠不齐，尤其是小厂家的电池安全功用不合格；
4）电池办理系统不合格，构成电池的过充放，导致风险的产生。
（用剪刀减掉电池一角后，依然可以安全、正常作业的柔性全固态电池）
而假如选用了全固态电池技能，以上的1和2两点问题就可以直接得到处理，并且所得的电池的最高作业温度可以从现在的40度进步到更高，这样就可以使电池的习惯作业温度区间更宽，运用规划也会更广。安全性，其实是全固态电池范畴开展的最底子驱动力之一。
以上说了全固态电池的种种长处。实践上，这个世界上没有白璧无瑕的事物，关于一种技能的报导咱们以为不应该只报喜，不报愁。因而在这里也有必要介绍一下全固态电池的几个缺陷。
固态电池的缺陷
问题之一：快充不现实
缺陷一便是固态电解质电导率全体偏低，低于它们的“长辈”–液态电解液。这就导致了现在全固态电池的倍率功用全体偏低，内阻较大，高倍率放电时压降较大，假如想盼望该类技能能在近期处理电池快充的问题，底子上是不或许的。
当然了，固态电解质的电导率跟着温度上升也会有显着的进步，所以这就导致了一个风趣的现象，便是全固态电池最好或者说有必要在高一点的温度下作业，才干发挥杰出的功用。因而现在市面上有些运用全固态电池的产品，实践上都不是在室温下作业的，最典型的比如便是法国现已在运转的3000余辆运用全固态电池的出租车（电芯能量密度可以到达260Wh/kg，优于现在商用的一般锂离子电池）。
问题之二：本钱依然偏高，制备工艺杂乱，技能不行老练
现在的全固态锂电池的电解质首要有有机和无机两大系统，本钱全体偏高，尤其是无机系统的电池许多选用CVD/PVD等杂乱的工艺制备，出产（堆积薄膜）速度慢，本钱贵重，单体电池容量很小，往往只适合做小型电子器材用的电池。
因而现在的全固态电池假如要和一般锂离子电池在传统商场上竞赛，并没有太大的优势。发挥全固态电池自身高安全性、高温稳定性、或许到达的柔性等其它多功用特性，与传统锂离子电池在差异化的商场中竞赛，或许是全固态电池近期内比较有期望的商场打破方向。
（典型的全固态电池，容量只要1.0mAh，只能给小型电子产品供电）
不仅如此，全固态电池现在的制备技能老练度全体一般，能构成规划产能的企业十分有限，技能规划化扩产需求战胜的困难还有许多，仍处于推行开展期。但是可以预期的是，跟着研制和工业技能的不断开展，全固态电池中的科学和工艺上的问题会逐步得到缓解，在未来几年，该类产品的商场会迎来蓬勃开展的机会。
展望
现在全固态电池首要可以用于电子器材、电动轿车、RFID、植入式医疗设备、无线传感器等，首要运用于微电池范畴。在轿车动力电池范畴也有，但是受制于技能开展水平，运用要少一些。
现在现已有许多start-ups以及传统工业巨子公司投入到了全固态电池职业中。
以美国Seeo公司为例，该公司一向从事全固态电池的研制和出产，现在最先进的电池能量密度现已到达350Wh/kg，在本年9月，德国轿车工业巨子 BOSCH现已完成了对该公司的收买。不仅如此，Sakti3、Cymbet Corporation、Prologium、包含丰田公司等等，在全固态电池的研产出产方面也倾泻了许多精力，苹果公司也在全固态电池方向做了专利布局，这说明这些大公司是遍及十分看好全固态电池技能的。
全体来说，全固态电池是电池科研与工业界公认的下一步电池开展的干流方向现已没有悬念，但是详细到固态电解质的电导率、电池倍率、电池制备功率、本钱操控方面，全固态电池依然有一段路要走。因而从近期来看，全固态电池在一些细分的电子器材产品范畴首要获得打破，赢得顾客认但是比较可行的。而在远期，跟着技能的开展，信任全固态电池必将可以发挥其能量密度高、安全性高级一系列长处，走入人们的日子，成为推进人类文明开展的严重力气。
