中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：目前，在全固態(tài)電池領(lǐng)域有4條技術(shù)路線(xiàn)齊頭并進(jìn)，然而，4條路線(xiàn)當(dāng)下都有難以克服的難題。哪條路線(xiàn)會(huì)最終突出重圍？或者有沒(méi)有更好的方式充分利用現(xiàn)有的技術(shù)路線(xiàn)成果？記者在5月29～30日召開(kāi)的中國(guó)汽車(chē)動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟2025年度大會(huì)上看到了一種新的思路：研發(fā)人員不再“死嗑”一條路線(xiàn)，而是探索多條路線(xiàn)的結(jié)合之道。現(xiàn)場(chǎng)多位嘉賓在演講中提及了氧化物與硫化物、氧化物與聚合物的結(jié)合等，并展示了最新的研究成果。
“固液混合是多路線(xiàn)組合的一種表現(xiàn)形式，即便是過(guò)渡產(chǎn)品，從經(jīng)濟(jì)性、綜合性能等多角度考慮，也可能存在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)期?！敝袊?guó)電子科技集團(tuán)18所研究員肖成偉說(shuō)。
單一路線(xiàn)都有“攔路虎”
固態(tài)電池具有高安全、高比能量、寬溫域等優(yōu)異的特點(diǎn)，為了實(shí)現(xiàn)這些性能目標(biāo)，科研人員從多條路徑進(jìn)行探索。然而，每條路徑都有“攔路虎”。
現(xiàn)場(chǎng)，多位演講嘉賓論述了不同技術(shù)路線(xiàn)固態(tài)電池的強(qiáng)項(xiàng)與短板。氧化物路線(xiàn)的量產(chǎn)能力、空氣穩(wěn)定性較高，但是接觸電阻、對(duì)鋰穩(wěn)定性都比較弱。南方科技大學(xué)教授許曉雄指出，氧化物固態(tài)電池的挑戰(zhàn)主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是氧化物固體電解質(zhì)超薄膜制備有非常強(qiáng)的挑戰(zhàn)性，制備工藝需要突破；二是氧化物固體電解質(zhì)機(jī)械強(qiáng)度雖高，但韌性需進(jìn)一步改善，當(dāng)前仍難以抑制鋰枝晶生長(zhǎng)，部分化物電解質(zhì)材料與鋰金屬在熱失控下會(huì)引起燃燒。許曉雄說(shuō)：“固態(tài)電池追求高安全性，但氧化物會(huì)起火燃燒，目前離行業(yè)追求的目標(biāo)還有一定的差距?！?
硫化物路線(xiàn)被不少研發(fā)人員看重，但面臨的挑戰(zhàn)也非常艱巨。穩(wěn)定性是硫化物路線(xiàn)面臨的第一個(gè)考驗(yàn)，硫化物材料易與微量H<sub>2</sub>0發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成有毒的H<sub>2</sub>S氣體。除了微量水之外，硫化物材料也易與N<sub>2</sub>、CO<sub>2</sub>發(fā)生反應(yīng)。許曉雄說(shuō)，硫化物非?；钴S的特性導(dǎo)致它對(duì)環(huán)境的要求極高。“硫化物太活躍了，在生產(chǎn)過(guò)程中，干法制備工藝和裝備都需要取得突破，才具有商業(yè)化的前景?！痹S曉雄說(shuō)。
另外，成本也是一大難題。硫化物固體電解質(zhì)具有強(qiáng)腐蝕性，對(duì)生產(chǎn)裝備的要求非常高，一般的設(shè)備材料滿(mǎn)足不了要求，而耐腐蝕性材料價(jià)格又都很昂貴；目前市場(chǎng)上高純度硫化鋰的價(jià)格也比較高，只有當(dāng)價(jià)格低于50萬(wàn)元／噸時(shí)才具備競(jìng)爭(zhēng)力，但達(dá)成這個(gè)目標(biāo)有相當(dāng)?shù)碾y度。同時(shí)，硫化物基全固態(tài)電池電芯層面還有安全性驗(yàn)證不足的難題。
許曉雄說(shuō)：“固態(tài)電池的研發(fā)受‘不可能三角’理論的影響，產(chǎn)品性能與市場(chǎng)需求間要實(shí)現(xiàn)平衡設(shè)計(jì)，但這種平衡很難把握?！?
而對(duì)于聚合物和鹵化物路線(xiàn)，國(guó)軒高科固態(tài)電池項(xiàng)目總工程師潘瑞軍說(shuō)，聚合物路線(xiàn)界面接觸較好，也容易加工，但其導(dǎo)電率、穩(wěn)定性等難題需要攻克；鹵化物的界面接觸性也比較好，但電化學(xué)穩(wěn)定性需要解決，加工上也有難度。
多路線(xiàn)融合是趨勢(shì)
近些年來(lái)，全球的研發(fā)機(jī)構(gòu)在固態(tài)電池領(lǐng)域孜孜以求，在硫化物、氧化物、聚合物、鹵化物的技術(shù)路線(xiàn)上不斷開(kāi)拓，但各條技術(shù)路線(xiàn)上的困難依然存在，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)根本性的改變。
中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所研究員崔光磊認(rèn)為，固態(tài)電池的任何一種材料體系都存在短板，體系融合是電解質(zhì)性能提升的必然選擇，也就是要走剛?cè)岵?jì)的路線(xiàn)。
記者注意到，單獨(dú)看4條技術(shù)路線(xiàn)的六邊形（強(qiáng)弱項(xiàng)構(gòu)成）分布，強(qiáng)項(xiàng)與短板都比較明顯，各技術(shù)路線(xiàn)呈現(xiàn)出不規(guī)則的六邊形形態(tài)。但如果把4張六邊行圖片疊加在一起，疊加后的六邊形則趨近于正六邊形。
崔光磊的團(tuán)隊(duì)在尋求解決辦法時(shí)想到了復(fù)合路線(xiàn)，他們用十邊形描述了復(fù)合路線(xiàn)的各項(xiàng)性能特征。從展示的成果來(lái)看，硫化物的離子電導(dǎo)率、離子遷移數(shù)比較高，復(fù)合路線(xiàn)繼承了硫化物的這些優(yōu)點(diǎn)；硫化物的穩(wěn)定性不強(qiáng)，對(duì)環(huán)境要求苛刻的短板恰恰是氧化物的強(qiáng)項(xiàng)；在器件集成性和可加工性上，硫化物、氧化物都無(wú)法達(dá)到理想的狀態(tài)，而這恰恰是聚合物的強(qiáng)項(xiàng)。氧化物、硫化物、聚合物疊加在一起，既可以吸納各路線(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，也可有效避免短板。
據(jù)崔光磊介紹，采用復(fù)合路線(xiàn)后，電解質(zhì)電導(dǎo)率得到提升，實(shí)現(xiàn)室溫60℃～100℃下1500C的高倍率性能。在干法電極與極片一體的生產(chǎn)過(guò)程中也采用復(fù)合工藝的情況下，實(shí)現(xiàn)了電極生產(chǎn)低碳化、高壓實(shí)。
復(fù)合路線(xiàn)正成為行業(yè)統(tǒng)一的探索方向。中科院物理所研究員李泓在原位固態(tài)化研究中也采用了氧化物和聚合物復(fù)合電解質(zhì)。李泓說(shuō)，單純的原位聚合有很多問(wèn)題，氧化物和聚合物復(fù)合之后，滿(mǎn)足了高能量、高安全、低膨脹、低內(nèi)阻、寬溫區(qū)、低成本等要求。
許曉雄也采用了復(fù)合路線(xiàn)研究生產(chǎn)正極材料，他說(shuō)，采用微納結(jié)構(gòu)固體電解質(zhì)涂覆高強(qiáng)膜、納米尺度電解質(zhì)多層級(jí)復(fù)合三元正極路線(xiàn)，成功開(kāi)發(fā)出270Wh/kg的固液混合動(dòng)力鋰電池，并實(shí)現(xiàn)了規(guī)模量產(chǎn)。
選擇復(fù)合技術(shù)路線(xiàn)的不止上述幾家。欣旺達(dá)聯(lián)席總裁梁銳在演講中提到，聚合物復(fù)合路線(xiàn)成為新的選擇，從單一聚合物發(fā)展到多維復(fù)合體系，聚合物固態(tài)電池的性能得到顯著提升。
固液混合半固態(tài)電池將長(zhǎng)期存在
在本次年會(huì)上，肖成偉認(rèn)為，固液混合半固態(tài)電池作為過(guò)渡產(chǎn)品，可能會(huì)存在很長(zhǎng)時(shí)期。他指出，固液混合也是一種復(fù)合路線(xiàn)，同時(shí)含液態(tài)電解質(zhì)與固態(tài)電解質(zhì)，循環(huán)、倍率、低溫性能可滿(mǎn)足實(shí)用化需求，與現(xiàn)有鋰電工藝設(shè)備兼容性好，可量產(chǎn)。
其他嘉賓的演講也印證了肖成偉的觀點(diǎn)。潘瑞軍說(shuō)，固態(tài)電池的共性關(guān)鍵問(wèn)題還很明顯，集中在3個(gè)方面：材料體系、電芯制造、產(chǎn)品應(yīng)用。目前，行業(yè)討論比較多的是材料體系的難題。電芯制造的難題主要是如何匹配現(xiàn)有液態(tài)電池產(chǎn)線(xiàn)，如何打通全固態(tài)電池工藝路線(xiàn)，如何提升全固態(tài)電池制造良率等。產(chǎn)品應(yīng)用的難題則表現(xiàn)在如何為電芯提供足夠的緊力，如何調(diào)整熱管理系統(tǒng)及策略，以及如何提高質(zhì)量／體積成組率等。
另外，研發(fā)全固態(tài)電池最終要走向商業(yè)化，這意味著電池不僅要性能出色，經(jīng)濟(jì)性更要突出。然而，固態(tài)電池的經(jīng)濟(jì)性還不樂(lè)觀。
中國(guó)一汽集團(tuán)公司研究總院技術(shù)首席孫煥麗在演講中提到，硫化物電解質(zhì)的主要材料硫化鋰目前的市場(chǎng)價(jià)格為3000～7000元／公斤，硫化物電解質(zhì)的價(jià)格是6000～50000元／公斤。而市場(chǎng)上磷酸鐵鋰的價(jià)格約為30～35元／公斤，即便按照最低價(jià)格計(jì)算，兩者相差也近百倍，如果按照最高價(jià)格計(jì)算，則相差1000多倍。
數(shù)據(jù)顯示，磷酸鐵鋰最高峰的價(jià)格在150元／公斤左右，即便最高峰的價(jià)格，與固態(tài)電池的電解質(zhì)價(jià)格相比也相差了20倍。眾所周知，現(xiàn)在的新能源汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)成本約占車(chē)價(jià)的40％，如果更換為固態(tài)電池，消費(fèi)者或?qū)⒑茈y負(fù)擔(dān)。當(dāng)然，企業(yè)也在努力降低固態(tài)電池的成本。比亞迪股份有限公司動(dòng)力電池創(chuàng)新研究中心副總監(jiān)潘儀在演講中提到，2025年，固態(tài)電池電芯成本爭(zhēng)取下降50％，2027年下降70％，2030年在原有基礎(chǔ)上再降30％～40％。降低成本的路徑主要是原料降本、工藝提升和規(guī)模效應(yīng)。
不過(guò)，固態(tài)電池降低成本需要付出巨大的努力，而且時(shí)間周期比較長(zhǎng)，這就意味著固液混合半固態(tài)電池將長(zhǎng)期存在。
李泓說(shuō)，隨著技術(shù)的發(fā)展，固液混合半固態(tài)電池已迭代多次。1.0時(shí)代，采用極片摻混和涂覆無(wú)機(jī)氧化物固態(tài)電解質(zhì)，離子導(dǎo)體涂層隔膜電解液質(zhì)量占比10～25wt％（質(zhì)量百分比濃度）；2.0時(shí)代，在1.0時(shí)代的基礎(chǔ)上，采用了電芯原位固態(tài)化，電解液質(zhì)量占比降低至5～10wt％；3.0時(shí)代，通過(guò)原位固態(tài)化加摻混涂覆，研發(fā)出固態(tài)正極、固態(tài)負(fù)極極片復(fù)合離子導(dǎo)體隔膜，實(shí)現(xiàn)了電芯原位固態(tài)化，電解液質(zhì)量占比進(jìn)一步降低，已經(jīng)小于5wt％；4.0時(shí)代，通過(guò)原位固態(tài)化實(shí)現(xiàn)了全固態(tài)正極、負(fù)極的極片和離子導(dǎo)體膜。
“目前1.0和2.0產(chǎn)品剛開(kāi)始量產(chǎn)，主要是提高低溫、倍率和安全性。3.0和4.0產(chǎn)品處于開(kāi)發(fā)優(yōu)化和中試驗(yàn)證階段，主要是提高壽命和安全性。”李泓說(shuō)。
