锂金属电池（Lithium-metal batteries）
制约电动汽车产业发展的一大难题就是电池技术。目前，电动汽车普遍使用的是锂离子电池，这种电池昂贵、笨重、能量密度低，并且其所依赖的液体电解质在碰撞时极易起火。电池的一系列缺点体现在电动汽车上就是：价格高、续航低、充电慢，而且还存在安全隐患，这些正是让众多车主对电动汽车望而却步的原因。显然，要使电动汽车比汽油汽车更具竞争力，就需要一种突破性电池来弥补这些缺陷。硅谷初创公司 QuantumScape 声称已经开发出全新的锂金属电池，其采用固体电解质（陶瓷）克服了传统锂离子电池存在的这些缺陷。

专家解读：
当代社会生产和生活方式高度依赖于能源的利用。二次电池是一种可以实现化学能与电能高效可逆转化的器件。锂离子电池是一种典型的二次电池，具有能量密度高、循环寿命长、无记忆效应、便携等特点，方便电能的移动存储、输运和利用，支撑现代生产生活进入“无线”模式，促进社会朝着清洁、便携不断发展。随着便携式电子设备、电动汽车、储能电站等新生事物的不断涌现，锂离子电池成为当下二次电池的“主力军”。锂离子电池获得2019年诺贝尔化学奖，是对整个行业的认可和激励。然而，锂离子电池受制于自身材料的嵌入式能源存储机制，历经30余年发展后，其能量密度逐渐接近极限值。研发具有更高能量密度的二次电池成为社会共识。

此次入选MIT Technology Review 2021“全球十大突破性技术”的基于固态电解质的锂金属电池正是突破锂离子电池能量密度上限的新体系电池。锂金属电池的能量密度可以超过400 Wh/kg，相比于现在锂离子电池提升30%以上。这意味着电子设备和电动汽车等可以具有更长的续航，缓解人们的里程焦虑。锂金属电池能量密度高的主要原因是采用转化型储能机制的锂金属为负极。锂金属具有极高的理论比容量和极低的电极电势。事实上，早在20世纪60年代就提出了锂金属电池的概念，80年代也做过商业化尝试。由于在有机电解液中，锂金属负极不均匀锂沉积引起安全隐患，金属锂电池未能在各种应用场合中广泛应用。

为了克服锂金属负极的安全隐患，此次入选突破性技术采用固态电解质来匹配正极材料和负极材料构筑锂金属电池。固态电解质可以克服液态电解液易泄露、易燃的问题。在能量密度和安全性之外，此次入选的突破性技术对电池快充性能尤为关注。快充性能的提升，将使得充电和加油一样方便，是另外一个缓解里程焦虑的方式。基于固态电解质的锂金属电池如能够兼顾能量密度、安全性和快充性能，将有望实现与锂离子电池相互补充甚至替代。

突破性技术所展示的固态锂金属电池性能是基于电芯水平。如果要应用于电子设备、电动汽车及储能设备上，仍需要考虑电芯大规模、标准化生产以及多电芯串并联组装成电池组的电池管理问题。此外，实际工况远比实验室条件复杂，如高低温、倍率切换、过充、过放、撞击挤压等条件下是否保障安全的问题。针对固态金属锂电池，需要建立一系列性能评价原则，经过充分的性能验证和安全保障继承，才能满足实际工况的要求。尽管目前固态锂金属电池展示优异的前景，但距离固态锂金属电池真正实用化仍还有许多科学和技术问题需要解决。例如，界面接触电阻大、固态电解质界面稳定性、锂枝晶内部生长、固态电解质厚度和固态电池的成本等。固态锂金属电池仍需要在不断探究和摸索中发展。

目前我国在固态锂金属电池方面的基础研究基本与国际同步，产业研究和技术工艺方面甚至领先。在国家政策和科技项目的支持下，我国在固态锂金属电池研究方面建立起了从原子、分子，到材料，再到器件的多尺度的认识，并在应用示范上取得了一些实际经验，为固态锂金属电池的研究和推广奠定了坚实的基础。同时，在项目推进的过程中，一大批有志于从事固态锂金属电池研究的青年成长起来，为固态锂金属电池及其他新型电池体系的持续推进储备了人才。

固态锂金属电池是极具前景的下一代高能量密度电池，在世界范围内获得了广泛研究和投入。固态锂金属电池的突破，对现有的锂离子电池将是有力的补充或替代，从而能够为消纳间歇性的可再生能源发电提供技术基础，有利于可再生能源的大规模推广利用，从而促进能源消费和生产转型，为实现碳中和目标提供强有力支撑。今日看盘