新能源汽車是當前我國優(yōu)先發(fā)展的支柱性產(chǎn)業(yè)， 是國家科技和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向， 擔負著保障國家能源安全、降低環(huán)境污染和汽車行業(yè)快速發(fā)展等多重責任. 我國制定的《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)規(guī)劃(2011—2020)》中指出， 純電動汽車、混合動力汽車是未來發(fā)展的重要方向， 動力電池為其中的關鍵技術. 工業(yè)和信息化部會同發(fā)展改革委、科技部、財政部等有關部門于2017 年2 月20 日聯(lián)合印發(fā)了《促進汽車動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動方案》明確提出， 到2020 年， 新型鋰離子動力電池單體比能量超過300 瓦時/公斤， 系統(tǒng)比能量力爭達到260 瓦時/公斤、成本降至1 元/瓦時以下； 到2025 年， 新體系動力電池技術取得突破性進展， 單體比能量達500 瓦時/公斤.

然而， 目前商用鋰離子電池能量密度已達瓶頸， 且液態(tài)有機電解質(zhì)存在易泄露、易腐蝕、易燃燒等安全隱患. 全固態(tài)鋰電池相對于液態(tài)鋰離子電池來說具有顯著的優(yōu)點： 1) 相對于液態(tài)有機電解質(zhì)來說， 固態(tài)電解質(zhì)不燃、不泄露、不揮發(fā)， 一方面從根本上保證電池的安全性， 另一方面可以避免由于長期循環(huán)液態(tài)電解質(zhì)干涸導致的電池壽命短的問題； 2) 液態(tài)電解質(zhì)在高溫(45 ℃以上)下會發(fā)生分解， 而固態(tài)電解質(zhì)可以在較寬的溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定， 因此全固態(tài)電池即使在高溫下也可以保持良好的工作狀態(tài)； 3) 采用固態(tài)電解質(zhì)可以有效地阻擋鋰枝晶的生長， 一方面保證電池的安全性，另一方面使用金屬鋰作負極成為可能， 大幅提升電池的能量密度； 4) 全固態(tài)電池體系中， 省去了液體電解質(zhì)和隔膜， 簡化電池的制造步驟， 減少了非活性成分， 還可以將固態(tài)電解質(zhì)制備成超薄薄膜，從而提升電池的能量密度. 全固態(tài)電池由于沒有流動的電解液， 可以先串聯(lián)后包裝， 減少非活性材料(電池包裝)的含量， 提升電池包的總體能量密度. 因此， 固態(tài)電池已成為下一代鋰離子電池的重要發(fā)展方向之一. 全世界主要發(fā)達國家和地區(qū)都投入了大量財力物力支持固態(tài)電池技術的研發(fā)， 布局固態(tài)電池研發(fā)的企業(yè)已達50 余家， 并呈現(xiàn)出不斷增長的趨勢. 預計在未來10 年內(nèi)， 全固態(tài)電池技術將會發(fā)展為全世界科學家和動力電池企業(yè)關注、競爭的焦點技術.

鑒于固態(tài)電池領域關鍵物理科學問題研究的挑戰(zhàn)性與緊迫性， 《物理學報》特組織本專題， 邀請國內(nèi)部分活躍在該領域前沿的中青年專家撰稿， 全面、深入地探討該領域最新研究成果以及基礎的物理科學問題. 本專題主要涉及以下三方面內(nèi)容： 一、不同類型固態(tài)電解質(zhì)材料體系的特征性物理問題，包括：石榴石型固態(tài)鋰電池中的物理問題（青島大學郭向欣等）； 石榴石型固態(tài)電解質(zhì)表界面問題及優(yōu)化的研究進展（中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所劉嘯嵩等）； 富鈉反鈣鈦礦型固態(tài)電解質(zhì)的簡易合成與電化學性能研究（華中科技大學謝佳等)；三維多孔陶瓷骨架增強的復合電解質(zhì)（中國科學院青島生物能源與過程研究所崔光磊等）； PEO 基聚合物固態(tài)電池的界面研究進展（東北師范大學叢麗娜、謝海明等)； 硫化物固態(tài)電解質(zhì)材料界面及其表征的研究進展(廈門大學楊勇等）； 電解質(zhì)中離子輸運的微觀物理圖像（上海大學施思齊等）； 二、電解質(zhì)與電極材料界面的特征性物理問題，包括：全固態(tài)電池中界面的結構演化和物質(zhì)輸運（中國科學院物理研究所谷林等)；全固態(tài)金屬鋰電池負極界面問題及解決策略(清華大學深圳國際研究生院李寶華等）； 固態(tài)電解質(zhì)與電極界面的穩(wěn)定性（復旦大學王飛、Rensselaer Polytechnic Institute 韓福東、University of Maryland 王春生等)； 電解液及其界面電化學性質(zhì)的機理研究進展（華南師范大學邢麗丹等）；三、全固態(tài)電池體系及特殊電極材料中的基礎物理問題，包括：固態(tài)鋰電池中的機械力學失效及解決策略（北京科技大學范麗珍等）； 實用化條件下金屬鋰負極失效的研究（河北科技大學陳愛兵、清華大學張強等)；金屬鋰在固態(tài)電池中的沉積機理 (中國科學院物理研究所李泓等）； 基于相場模型的電化學儲能材料微結構演化研究進展（上海大學施思齊等）； 電池材料數(shù)據(jù)庫的發(fā)展與應用（中科院物理所肖睿娟、陳立泉等）. 以上三方面內(nèi)容基本涵蓋了無機/有機固態(tài)電解質(zhì)材料、界面、全固態(tài)電池、力學性能研究、模擬、實驗和理論等各個方面， 以不同的視角探討研究了最新進展、問題、現(xiàn)狀和展望. 希望本專題的文章能夠為固態(tài)電池領域研究的學術交流做一些貢獻， 進一步促進此研究領域的發(fā)展.