固态电池是全球电池行业的下一个竞争热点

适应高速快充和较大的温差环境，具有较高的能量密度和安全稳定性，拥有这些优势的固态电池近年来在新能源汽车行业备受关注，也在近日举行的中国电动汽车百人会论坛（2024）动力电池论坛上成为与会嘉宾热议的焦点。

在现场，来自产学研各界的嘉宾和代表围绕固态电池的发展前景、亟待解决的技术难题，以及如何推动产业发展等方面提出了自己的见解。

固态电池前景被普遍看好

如今，行业对固态电池的优势及其发展趋势有了较为一致的认识。“固态电池的安全性好，能量密度高，是下一代动力电池发展的重要方向。”中国科学院院士孙世刚在发言中表示，其中聚合物固态电解质可设计性较好，架构性也较好，通过高压聚合物电解质设计，可提升它的高压性能；通过低温聚合物电解质，可提升低温性能。现在来看，聚合物电解质也是近来发展得较好的一个方向。

固态电池所具备的优势，使其成为行业关注的热点。“用固态电解质替代有机电解液，可显著提高锂电池的安全性。”中国电子科技集团第十八研究所研究员肖成伟表示，其基于固态电解质的高稳定性，有利于兼容更高电压的正极材料以及更高比容量的含锂负极材料，可进一步提升锂电池的能量密度。在这样一个前提下发展全固态电池，固液混合电池现在很多的企业在做相应的开发和产品的推广，跟现有的液态电池产线形成较好的兼容。全固态电池是全球电池行业下一个竞争的热点，日本、欧盟、美国、韩国和中国都发布了相应的规划，在共性产业化技术方面，中国采用产、学、研、用创新联合体的形式来进行相应支持，而前瞻性的技术研发主要是以高校和科研院所为主。

目前四种技术路线的研究开发上有哪些进展，蜂巢能源科技股份有限公司高级副总裁/技术中心主任张放南介绍，蜂巢能源在聚合物、氧化物、卤化物和硫化物等四种主要的固态电解质上做了相应研究。其中，聚合物类主要还是在室温离子电导率以及与氧化电位较低，在固态电解质发展上受限，可作为功能材料应用于锂金属的保护层或者包覆剂；氧化物类界面电阻比较大，难以实现大容量固态电池，稳定性相对较好，适用于与电解液搭配的半固态电池；卤化物类比重大，负极稳定性差，氧化稳定性相对较好，更适合作为功能电解质的添加材料到正极材料中去应用；硫化物类由于锂离子电导率高，比重低，加工性能相对好，电化学稳定性相对比较高，目前作为固态电池主要的发展方向，蜂巢能源也在聚焦硫化物固态电解质的主要路线上做相应的研究。

“固态钠离子电池研发也已提上日程，未来会生产更安全、能量密度更高、安全性更好的钠离子电池。”江苏传艺钠电科技有限公司总经理康书文谈到。

现有技术难题亟待破解

面对固态电池这一“新生代”还有许多技术难题亟待解决的现状，与会嘉宾也纷纷提出问题的关键及破解之道。

固态电池技术上依然存在现实难题。孙世刚认为，固态电池面临的挑战主要是来自如何进一步提升固态电解质的离子电导率、与锂金属和高比能电极材料的匹配性，和构筑相对稳定的固-固界面。固态锂离子传输比较慢，锂枝晶不是不生长，一样会生长，只要里面有电子流过来都会生长锂枝晶。同时，固-固界面兼容性差、离子传输阻力大，导致电池动力性能差。高比容量的电极，在高压下也是不稳定的，像三元、高镍、富锂，高电压都会导致电极材料的衰减。这些问题，是发展高能量密度的固态电池面临的新的挑战。他提出，也可以从源头上设计更好的电解质，做出性能更好的动力电池。

“从生产的角度，全固态电池可以做成内串的形式，外部结构采用叠片+软包的形式，通过外加较大约束力来保证界面的接触，提高其循环性。”肖成伟谈到，从材料角度来看，有超高镍或富锂锰基、硅基、锂金属负极等，有国外电池公司已经宣布要采用无锂负极方式来实现产业化，其中会涉及很多关键的科学问题，像材料的结构稳定性、膨胀、界面接触、锂枝晶生长等，都需要做深入的基础研究。从动力电池的安全角度来看，固态电池安全性有了一个大幅提升，但并不等于绝对安全，有锂枝晶问题，也存在热失控的风险，也需要对电池热失控预警，包括电池系统的热扩散防控做很多工作。

张放南介绍，蜂巢能源从多个方面在研究相关材料面临的稳定性问题，一是界面反应和固-固界面方向，主要从硫化物电解质的多元素掺杂、包覆、电解质正极、高氧化电解质的包覆和多材料融合的合金负极技术方面做材料开发。二是膜电极面临的挑战主要是膜的强度与现有的溶剂性不兼容的问题，主要从硫化物电解质的高专用的黏结剂和溶剂技术做相应突破，以及膜电极的转运负荷技术。三是电芯面临的问题主要是短路和界面问题，现在主要从电极的绝缘、多层融合一体化等静压技术做电芯层面的技术突破。

推进产业化是众望所归

再好的技术都需要通过产业化才能体现其价值所在，因此，固态电池的产业化成为论坛上的热点议题。

在固态电池产业化方面，肖成伟表示，可以沿用现在的湿法工艺来进行全固态电池的生产，跟现在产线的兼容度基本可以接近70%的水平。而干法的兼容度较低，要做一些设备的定制开发，包括正负极和电解质膜生产设备等。固态电池生产成本目前较高，材料成本约为1.5-2.5元/Wh，未来的目标是可以降到0.8元/Wh以下。他提出，全固态电池产业发展趋势，理想情形下，在2027年要做到400Wh/kg，1000次的循环寿命，2C的倍率性能，实现百辆到千辆级别的示范运营。根据运营的情况，做一些技术的迭代提升，包括整车设计的改进。2030年左右实现全固态电池和搭载车辆的小规模量产，2035年左右实现全固态电池大规模量产，并实现普遍使用。

孙世刚认为，我国除了发展各种提升固态电解质的性能的策略，还需要加大力度推进固态电池产业化发展。

“蜂巢能源已经参加了全固态电池产学研协同创新平台的相关工作，也会积极推动平台后续的协同和创新相关任务。”张放南谈到，固态电池开发存在难度大、风险高问题，建议增加在全固态电池政策扶持和多种形式资金扶持力度上给予更多的引导和支持，加速成果的落地转化。

全固态电池现在是革命性的工作，是全球范围内新一轮电池技术和产业竞争的热点。“希望业内的专家和企业能够群策群力，协同攻关，推动全固态电池技术和产业的快速发展，为全球新能源汽车产业的发展提供中国智慧和中国力量。”肖成伟表示。

“全固态电池还需要进一步深入研究才能走上产业化。”中国科学技术协会主席万钢在当日的高层论坛上强调，当前全固态电池在能量密度、安全性、宽领域和高环境适应方面较传统的液态电池具有明显优势，能够更好支撑新能源汽车在全气候、全场景、高安全使用的需求，是当前新一代新能源汽车发展的重要方向，希望能尽快走向产业化。