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在固态电池领域，三种技术路径展开竞争。离子电导率最高、备受日韩企业期待的硫化物和氧化物路线非常稳定，已在国内广泛引进。该聚合物路线具有优异的加工性能，并且由于最近的技术创新而受到关注。 ◎记者 王玉涵 全固态金属锂电池被称为下一代储能技术的“圣杯”，但各种技术难点长期阻碍其实现。近日，清华大学张强教授团队在固态电池研究方面取得新进展。新开发的含氟聚醚电解质使固态电池达到能量密度y 为每公斤 604 瓦时，几乎是商用电池的三倍。今年早些时候，工信部等八部门联合公布了《新能源储能制造业高质量发展行动计划》，将全固态电池明确为锂电池发展的重要方向，并提出加强全固态电池等新能源存储技术的标准设计。实验室的创新火花能否照亮大规模产业化的漫长道路？固态电池在真正普及之前还需要克服多少障碍？并联固态电池领域，三种技术路径展开竞争，多种技术路径相互竞争。离子电导率最高、备受日韩企业期待的硫化物和氧化物路线非常稳定，已在中国广泛推广。该聚合物路线具有优异的加工性能，并且由于最近的技术创新而受到关注。 “硫化物路线的性能极限最高，这基本上是学术界和工业界的共识。”西安电子科技大学副教授李四武表示，硫电解质具有接近液体电解质的离子电导率，使其成为实现快速充电和高性能的理想选择。在这个技术方向上，日本丰田已经积累了约1300项相关专利，并宣布将在2027-2028年推出搭载固态电池的电动车型。宁德时代、比亚迪等国内各大企业也将其作为核心研究方向之一。氧化物路线方面，国轩高科等公司正在通过复合材料的开发推进产业化。e电解质系统。 Zhu采用固态电池封装，使电池在保持超高能量密度的同时提供出色的安全性。西安交通大学先进储能与电子材料与器件研究所徐友龙教授认为，聚合物路线在实现大规模产业化方面最具潜力。工艺兼容性高，接口问题容易解决，整体性能均衡。想要从生产线上得到“完美的样品”是很困难的。实验室的进步令人兴奋，但将科学研究成果转化为商业产品面临着许多挑战。挑战。李四吾坦言：“从学术角度来看，被低估的挑战比被高估的技术要多得多。” “固-固界面”问题被学术界认为是固态材料的根本技术瓶颈。电池。在液体电池中，流动的电解质可以完全包围电极材料，并且离子传输不受阻碍。在全固态电池中，电解质和电极就像坚硬的“流氓石头”，接触面之间存在无数的小间隙。 “目前固态电池的性能远低于成熟的液态电池。”徐有龙解释道：“这不仅仅是一个接触问题，更是一个包括电化学、化学、力学等方面耦合的综合问题。” “目前的材料性能基本足够，界面的破坏将是致命的。”李修举例说。实验室使用的0.1A小时单层电池的循环寿命可以超过1000次循环，但当扩展到100A小时的大型软包时，在大型情况下，预期寿命通常会“减半”。当硫电解质的合成从克级提高到l to the kilogram level, the ionic conductivity generally decreases by 30% to 50%.技术瓶颈直接增加成本。 According to the data, the cost of solid-state batteries is around $400-800 per kWh, which is 3 to 5 times more than that of liquid batteries. Although the price of lithium sulfide, a key raw material, has fallen, it still represents a significant portion of electrolyte costs.制造工艺也面临挑战。固态电池生产线与现有液态电池生产线兼容率不足50%。需要新的干电极和静水压设备，需要大量投资。安全性也需要重新评估。李四武说：“硫电解质在200摄氏度以上的温度下与锂金属或高镍正极相互作用时会产生强烈的热量，绝热温升可达800摄氏度，导致比液体电池更快的热失控。”对于未来的格局，高工产研院张高北分析道：“固态电池要进入实用化还需要一段时间，要到2027年才能实现样机量产，距离大规模量产元年还很远。”他认为，“高端全固态和传统半固态”多种方式并存的时代已经到来，过渡期将“短则2至3年，长则5至10年”。工业化不是“百米赛跑”。尽管面临诸多挑战，业界正在多方面探索突破，按下固态电池产业化的“加速键”。北京纯锂新能源科技有限公司率先将全固态电池应用于储能和电动摩托车领域。公司总裁黄阳表示：“我们选择聚合物电解质路线e技术，将磷酸铁锂和石墨的正负极材料体系相结合，主要解决磷酸铁锂电池的本质安全问题。从主要原材料来看，供应链体系非常成熟，成本稳定。”“我们已经完成中试，进入量产，开始向客户交付产品。”杨帆介绍，公司的主要市场不是电动汽车，而是两轮车和用户侧储能。这些场景对性能要求不高，但对安全性的需求非常迫切。广州鹏辉能源科技有限公司已率先将其Secu系列高安全半固态电池应用在电动汽车领域。高端移动电源市场，实现商业化，为培育市场积累宝贵经验，高小兵江提出，不能只专注于市场。在“汽车级”单板桥梁上，可诱导产业进入低空经济、仿人机器人等高水平领域。据高工产研预测，2030年人形机器人电池需求量将超过100GWh。“这些领域价格敏感度低，性能要求高，是固态电池良好的‘孵化器’。”高晓兵说。 2024年成立的中国固态电池产学合作创新平台，在跨越从科研院所到工厂的“死亡之谷”中发挥着重要作用。该平台整合一流研发资源，促进专利共享，重点解决接口、成本等共性问题。上海等地设立专项资金，支持固态电池研究技术开发和产业化。徐有龙先生提出开放共享试点应建立平台，使大学和初创公司的领先技术能够进行工程验证和工艺探索，缩短技术和产品之间的时间。工业化不是“百米赛跑”，而是一场考验战略决策和创新智慧的“马拉松”。高晓兵回忆道，电池固态器件不会代表对现有结构的“颠覆性改变”，而是一种“渐进式替代”。 “固态电池一旦产业化并不会立即取代液态电池，其成本也不会迅速下降，而且在大多数场景下，电池的功率需求越高越好。”他建议，政策制定要更加积极主动、更加全面，既要促进前沿技术进步，又要稳定现有产业链的发展信心。