目前，全固态电池被很多人看作下一代电池技术，除了其能量密度明显高于现有动力电池之外，固态电解质比传统锂离子电池中使用的液体电解质更不易损坏和过热，也被认为能够极大地改善电动汽车的安全性。然而，一项美国能源部桑迪亚国家实验室（Sandia National laboratory）发表在科学杂志《焦耳》（Joule）上的研究显示，情况并非总是如此。
研究指出，固态电解质在某些情况下仍然会失效。比如，当电池被压碎、刺穿，积聚的压力导致内部的氧气和锂发生反应时，或者固体电解质出现故障，由此产生的短路可能会导致温度上升，而且其上升程度与传统的锂离子电池故障时一样。这可能会点燃周围的材料。
无论是否含有固体电解质，任何含有锂的电池都很容易受到锂枝晶的影响。最近，因为锂枝晶诱发的短路问题，已经迫使通用汽车大规模召回雪佛兰Bolt EV汽车，以更换电池组。
（ASSB：全固态电池；SSB：半固态电池；LIB：锂离子电池）
此外，该研究还针对全固态电池面临固态电解质和活性正极材料之间的高界面电阻问题，进行了一系列讨论。比如，目前已经存在的半固态电池方案，通过在固态电解质中添加一些液态电解质，可将界面电阻从>1,000 Ω cm﹣²降低到<10 Ω cm﹣²。
有观点认为，与锂离子电池相比，半固态电池的安全性可能会有所提高。原因是液态电解质仅限于固态电解质 | 正极区域，而且金属锂正极的一些孔通常被固态电解质填充，液态电解质含量较少。但是，目前还没有对半固态电池中的液态电解质安全影响进行热力学分析。
因此，他们也提出了一个问题，半固态电池少量液态电解质的存在，是否足以抵消热失控潜在的安全优势，以及是否阻碍商业化？研究中，他们对采用Li7La3Zr2O12（LLZO）固态电解质的全固态和半固态电池，与锂离子电池在几种不同故障情况下的热释放能量进行定量比较，从而在热失控响应和成本之间做出合理的权衡。
这项研究中共考虑了三种情况：1、外部加热导致的热失控；2、锂晶枝渗透导致内部短路，但电池有机械完整性；3、固态电解质的机械故障，其中正极产生的气体可以自由地与负极中的锂发生反应。
结果显示，添加少量的液体电解质可以降低界面电阻，虽然这可能导致其在特定故障情况下热量释放得更加，但因为可能性足够小，以至于制造或性能等商业化因素更加重要。
作者还在最后观点和展望部分中指出，半固态电池正极侧液态电解质占比低于10%，是成本、可制造性、性能和热失控之间的最佳折中。但他们同时也强调了该模型的局限性，随着材料、组件和更大规格电池开发的进展，其安全性还需要在不同的热力模型下进行测试。
此外，该研究还发现，由于拥有更高的能量密度，全固态或半固态电池在短路时，也要比传统锂离子电池升温更加明显，这可能通过易燃包装或附近其他的材料导致火灾。
最近，领导这项研究的桑迪亚博士后研究员Alex Bates在接受《每日科学》（ScienceDaily）采访时表示，固态电池仍有潜力比传统的锂离子电池更安全，能量密度更高。但他还提到，固态电池目前只是萌芽阶段，如果想要进一步推动固态电池的发展，需要在不同车型上加以试验。
目前，各大车企正在大力推动固态电池的大规模生产，以供运输使用。但到目前为止，固态电池仅在一些梅赛德斯-奔驰公交车上使用。
而丰田表示可能会在未来十年中期在一款混合动力汽车上推出这项技术。大众则表示，其对QuantumScape的投资将为量产电动汽车带来固态电池。
奔驰、Stellantis和现代投资了固态电池初创公司Factorial Energy，而福特和宝马投资了同行初创公司Solid Power。三星在2020年表示，该公司正在开发全固态电池，但没有明确的迹象表明何时将准备好大规模生产。
作者信息：
Alex M. Bates: 桑迪亚国家实验室机械工程专家。于2014年、2015年和2020年分别获得路易斯维尔大学机械工程学士、硕士和博士。在燃料电池和氧化还原流电池设计、制造和测试方面有超过10年经验，在微波等离子体辅助化学气相沉积配方修改、操作、故障排除和单晶和多晶金刚石生长的反应器设计方面有5年经验。
Yuliya Preger：桑迪亚国家实验室能源存储技术和系统组的高级技术人员。她分别在威斯康星大学麦迪逊分校(University of Wisconsin-Madison)和麻省理工学院(MIT)获得化学工程博士和学士学位。她目前的工作集中在电网级能源存储应用中的锂离子和水电池的安全性和可靠性。她的研究兴趣包括电池级退化和滥用响应，电力电子技术在储能安全中的应用，利用电池数据改进储能建模，以及系统级能源。
原文链接：
https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(22)00088-5
