中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程正按下“加速鍵”。近期，中國(guó)科學(xué)院物理研究所黃學(xué)杰團(tuán)隊(duì)聯(lián)合多方，通過(guò)陰離子調(diào)控技術(shù)解決了全固態(tài)金屬鋰電池中電解質(zhì)和鋰電極之間難以緊密接觸的難題；與此同時(shí)，寧波東方理工大學(xué)孫學(xué)良團(tuán)隊(duì)聯(lián)合國(guó)際力量，創(chuàng)新研制出超高導(dǎo)的鹵化物電解質(zhì)并厘清三維連續(xù)四面體傳輸路徑，實(shí)現(xiàn)超低溫環(huán)境下全固態(tài)電池的常循環(huán)穩(wěn)定運(yùn)行。兩大突破分別從“界面接觸”與“離子電導(dǎo)”兩大核心瓶頸入手，為全固態(tài)電池實(shí)用化排除了關(guān)鍵障礙。產(chǎn)業(yè)層面，豐田已宣布計(jì)劃最早在2027年推出首款搭載量產(chǎn)全固態(tài)電池技術(shù)車(chē)型。
實(shí)驗(yàn)室利好頻傳與產(chǎn)業(yè)化時(shí)間表明確的雙重驅(qū)動(dòng)下，全固態(tài)電池距離規(guī)?；瘧?yīng)用，是否只差“臨門(mén)一腳”？
■■ 下一代電池技術(shù)重要發(fā)展方向
全固態(tài)金屬鋰電池被視為下一代電池技術(shù)的重要發(fā)展方向。在日前召開(kāi)的固態(tài)電池行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與未來(lái)趨勢(shì)論壇上，蜂巢能源前沿技術(shù)研發(fā)總經(jīng)理苗力孝表示：“當(dāng)前，液態(tài)鋰離子電池的安全隱患，根源在于使用了易燃的有機(jī)液態(tài)電解液，在熱失控條件下極易引發(fā)燃燒甚至爆炸。”盡管?chē)?guó)內(nèi)企業(yè)在電池結(jié)構(gòu)層面做了多項(xiàng)創(chuàng)新，一定程度上緩解了安全風(fēng)險(xiǎn)，但并未改變其液態(tài)體系的本質(zhì)。若徹底去除液態(tài)組分，替換為不可燃的全固態(tài)電解質(zhì)，電池本征安全性將實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍。
行業(yè)普遍認(rèn)為，固態(tài)電池是解決電池安全問(wèn)題的關(guān)鍵技術(shù)方向。目前，主流固態(tài)電解質(zhì)材料包括硫化物、鹵化物、氧化物和聚合物電解質(zhì)四大類(lèi)，它們各具特點(diǎn)和優(yōu)劣勢(shì)，產(chǎn)業(yè)界仍在探索最適合固態(tài)電池量產(chǎn)的技術(shù)路線(xiàn)?；谌虘B(tài)電池量產(chǎn)和商業(yè)化仍面臨待解難題，行業(yè)已經(jīng)落地的“固態(tài)電池”，主要是指半固態(tài)電池或準(zhǔn)固態(tài)電池。這類(lèi)過(guò)渡方案通過(guò)在電芯中保留一定比例（通常在5%至15%之間）的液態(tài)電解質(zhì)，在材料設(shè)計(jì)、制造工藝和成本控制之間取得了現(xiàn)階段可行的平衡，從而作為邁向全固態(tài)電池的關(guān)鍵過(guò)渡步驟。
據(jù)伊維經(jīng)濟(jì)研究院院長(zhǎng)吳輝介紹，2024年，半固態(tài)電池出貨量邁入吉瓦時(shí)量級(jí)，從高端消費(fèi)、無(wú)人車(chē)等特殊應(yīng)用領(lǐng)域開(kāi)始滲透，乘用車(chē)裝車(chē)試驗(yàn)也已進(jìn)行；全固態(tài)電池規(guī)劃的產(chǎn)業(yè)化節(jié)點(diǎn)從2030年提前至2027年，部分企業(yè)已著手全固態(tài)電池產(chǎn)線(xiàn)設(shè)計(jì)工作，標(biāo)志著全固態(tài)電池即將從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)化。研究機(jī)構(gòu)EVTank預(yù)計(jì)，到2030年，全球固態(tài)電池的出貨量將達(dá)到614吉瓦時(shí)，其中全固態(tài)電池占比接近30%。
■■ 固固界面接觸是首要難題
與沿用成熟體系的液態(tài)電池不同，全固態(tài)電池在材料體系與制造工藝上是一場(chǎng)全方位的革新?！捌洚a(chǎn)業(yè)化需攻克的技術(shù)挑戰(zhàn)約達(dá)172項(xiàng)，若考慮制造環(huán)節(jié)的復(fù)雜性，實(shí)際難題可能更多?！泵缌π⒅赋觯渲凶铌P(guān)鍵的有6項(xiàng)難題，包括固固界面、材料穩(wěn)定性、致密化問(wèn)題、制備過(guò)程中的安全、成本問(wèn)題，以及電池包集成問(wèn)題。其中，固固界面接觸問(wèn)題尤為關(guān)鍵，它直接影響鋰離子傳輸效率和電池循環(huán)壽命，是決定全固態(tài)電池能否從概念走向?qū)嵱玫氖滓疤?。若不能有效解決，全固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化將無(wú)從談起。
黃學(xué)杰團(tuán)隊(duì)正是解決了這一問(wèn)題。鋰金屬負(fù)極與固體電解質(zhì)之間界面處易生成孔洞且隨循環(huán)而惡化，從而導(dǎo)致界面接觸失效和性能快速衰減，是全固態(tài)電池面臨的主要挑戰(zhàn)之一。傳統(tǒng)界面改性策略難以在充放電循環(huán)中動(dòng)態(tài)維持緊密的界面接觸，因此通常需要施加極高的外部壓力來(lái)保障電池的正常工作，嚴(yán)重阻礙了實(shí)際應(yīng)用。黃學(xué)杰團(tuán)隊(duì)在電解質(zhì)中引入了碘離子。在電池工作時(shí)，這些碘離子會(huì)在電場(chǎng)作用下移動(dòng)至電極界面，形成一層富碘界面，這層界面能夠主動(dòng)吸引鋰離子，自動(dòng)填充所有的縫隙和孔洞，讓電極和電解質(zhì)始終保持緊密貼合。經(jīng)測(cè)試，基于該技術(shù)制備出的原型電池經(jīng)歷數(shù)百次循環(huán)充放電后，性能依然穩(wěn)定。未來(lái)有望為人形機(jī)器人、電動(dòng)航空、電動(dòng)汽車(chē)等領(lǐng)域帶來(lái)更安全高效的能源解決方案。
“全固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化是一項(xiàng)長(zhǎng)期的系統(tǒng)性工程，既不能低估挑戰(zhàn)，也不必過(guò)度悲觀。目前，針對(duì)其6大核心技術(shù)難題已涌現(xiàn)出可行的解決路徑，整體技術(shù)發(fā)展正以超越行業(yè)預(yù)期的節(jié)奏穩(wěn)步推進(jìn)?！泵缌π⒎Q(chēng)。
■■ 推動(dòng)產(chǎn)品從實(shí)驗(yàn)室走向市場(chǎng)
在產(chǎn)業(yè)熱情高漲背景下，有觀點(diǎn)稱(chēng)，固態(tài)電池2026年量產(chǎn)成本有望降至1元/瓦時(shí)。對(duì)此，中俄新能源材料技術(shù)研究院院長(zhǎng)王慶生提醒，科學(xué)技術(shù)必須秉持嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)的態(tài)度?！耙豁?xiàng)集合了‘超快充’‘超低溫’‘絕對(duì)安全’‘長(zhǎng)壽命’等前沿科技、尚未經(jīng)大規(guī)模量產(chǎn)驗(yàn)證的‘顛覆性’技術(shù)，成本目標(biāo)若設(shè)定為低于已高度成熟、優(yōu)化十年且競(jìng)爭(zhēng)進(jìn)入紅海的現(xiàn)有電池技術(shù)，顯然違背‘技術(shù)溢價(jià)’與‘研發(fā)成本分?jǐn)偂幕旧虡I(yè)邏輯。”王慶生強(qiáng)調(diào)，行業(yè)普遍認(rèn)為，固態(tài)電池量產(chǎn)初期成本將是現(xiàn)有電池的2倍以上，后續(xù)需通過(guò)持續(xù)技術(shù)迭代逐步降低成本。
對(duì)于全固態(tài)鋰電池的規(guī)模化應(yīng)用節(jié)點(diǎn)。四川賽科動(dòng)力科技有限公司董事長(zhǎng)朱高龍認(rèn)為，當(dāng)前，全固態(tài)電池首要任務(wù)是推動(dòng)技術(shù)完成實(shí)質(zhì)性跨越，打造出在具體應(yīng)用場(chǎng)景中真正可用的產(chǎn)品。目前，日本已在太空領(lǐng)域嘗試應(yīng)用全固態(tài)電池，但其范圍仍極為有限。下一步，預(yù)計(jì)其有望在低空經(jīng)濟(jì)、混合動(dòng)力或高溫鉆井平臺(tái)等成本相對(duì)不敏感的特殊領(lǐng)域率先落地。在這些場(chǎng)景中，全固態(tài)電池不僅要具備作為儲(chǔ)能器件應(yīng)有的基本性能，更要在安全性上顯著突破液態(tài)電池的邊界。只有打造出在特定場(chǎng)景中具備可用性的產(chǎn)品，才能推動(dòng)全固態(tài)電池從實(shí)驗(yàn)室走向市場(chǎng)。
其次是持續(xù)優(yōu)化技術(shù)指標(biāo)，拓展應(yīng)用場(chǎng)景。在產(chǎn)品初步成型后，全固態(tài)電池下一步目標(biāo)是通過(guò)持續(xù)迭代，將其打造為在安全、能量密度、成本、快充、低溫性能及可制造性等多個(gè)維度上更為均衡的“六邊形戰(zhàn)士”。第三階段，是實(shí)現(xiàn)全域普及與成本良性循環(huán)。未來(lái)全固態(tài)電池應(yīng)用范圍將不再局限于電力系統(tǒng)與儲(chǔ)能，更將延伸至儲(chǔ)能、船舶乃至對(duì)性能要求嚴(yán)苛的航空領(lǐng)域。規(guī)模化應(yīng)用將驅(qū)動(dòng)成本進(jìn)一步下降，進(jìn)而形成“技術(shù)提升—場(chǎng)景拓展—成本降低—更大規(guī)模應(yīng)用”的正向循環(huán)。
