電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/黃山明）全固態(tài)電池是下一代電池技術(shù)的重要方向，與傳統(tǒng)的液態(tài)電解質(zhì)鋰離子電池相比，全固態(tài)電池使用固態(tài)電解質(zhì)替代了液態(tài)電解質(zhì)，這讓固態(tài)電池?fù)碛懈叩陌踩?、更高的能量密度、更寬的工作溫度范圍以及更?jiǎn)單的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)。

目前已經(jīng)有許多研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)都在積極研發(fā)全固態(tài)電池技術(shù)，并取得了不同程度的進(jìn)展。比如中國(guó)數(shù)家研究機(jī)構(gòu)近期在全固態(tài)電池技術(shù)上又取得了新的突破，讓全固態(tài)電池的商業(yè)化道路再次加速。

全固態(tài)電池技術(shù)再度突破

盡管全固態(tài)電池有種種優(yōu)點(diǎn)，但想要實(shí)現(xiàn)商業(yè)化仍面臨著幾個(gè)主要的難題，如生產(chǎn)成本過(guò)高、技術(shù)上的挑戰(zhàn)以及產(chǎn)業(yè)鏈成熟度等。

比如在成本上，固態(tài)電池使用的材料和生產(chǎn)過(guò)程成本較高，尤其是一些關(guān)鍵材料如硫化物、氧化物等固態(tài)電解質(zhì)材料的成本遠(yuǎn)高于現(xiàn)有液態(tài)鋰離子電池的材料成本。此外，制造過(guò)程中所需的設(shè)備和技術(shù)也較為復(fù)雜和昂貴，這增加了整體的生產(chǎn)成本。

技術(shù)上也存在不小的挑戰(zhàn)，比如固態(tài)電池面臨的一個(gè)主要技術(shù)問(wèn)題是固態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率通常較低，這限制了電池的充放電效率。

同時(shí)，電極與電解質(zhì)之間的界面接觸不良是另一個(gè)重要技術(shù)挑戰(zhàn)，這影響了電池的穩(wěn)定性和壽命。相比液態(tài)電池，固態(tài)電池的界面更加復(fù)雜，需要更精密的技術(shù)來(lái)確保良好的接觸。而某些高性能固態(tài)電池材料，如硫化物，對(duì)環(huán)境非常敏感，容易與空氣中的水蒸氣和氧氣反應(yīng)，這使得操作和封裝難度加大。

近日，中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所在全固態(tài)鋰電池領(lǐng)域取得新突破，開(kāi)發(fā)出了高能量密度、超長(zhǎng)循環(huán)壽命的全固態(tài)鋰電池。

通常而言，全固態(tài)鋰電池所采用的正極材料導(dǎo)電率偏低，當(dāng)前的解決方案是通過(guò)添加導(dǎo)電劑來(lái)提升導(dǎo)電率。但使用導(dǎo)電劑不僅會(huì)降低電池的能量密度，并且還會(huì)與正極材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，影響電池壽命。

山東能源研究院開(kāi)發(fā)出了無(wú)需使用導(dǎo)電劑的全新正極材料——鋰鈦鍺磷硫硒復(fù)合物，相比傳統(tǒng)的正極材料，這種材料具有高電導(dǎo)率、高放電比容量、低體積變化、高能量密度以及超長(zhǎng)的循環(huán)壽命等特點(diǎn)。

相比傳統(tǒng)鋰離子電池比容量的200mAh/g，新型正極材料的比容量達(dá)到250mAh/g，能量密度達(dá)到了390Wh/kg，超過(guò)了傳統(tǒng)鋰離子電池的200-300Wh/kg，意味著續(xù)航能力提升了近一倍。

而循環(huán)壽命的表現(xiàn)更加優(yōu)異，可以在2.5C快充下達(dá)到20000次循環(huán)，并且正極體積變化僅為1.2%（傳統(tǒng)材料約為2.46%），電子電導(dǎo)率也達(dá)到了使用導(dǎo)電劑的普通正極材料的4-5倍。

除了循環(huán)壽命更高外，該電池再經(jīng)過(guò)5000次循環(huán)充放電后，仍然能夠保持80%的初始容量，可完全滿足動(dòng)力設(shè)備的使用需求，實(shí)現(xiàn)了能量密度和使用壽命的雙重突破。

全固態(tài)電池正加速商業(yè)化

目前，山東能源研究院正在與一些鋰離子電池生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行協(xié)同合作，布局建設(shè)年產(chǎn)噸級(jí)的正極材料生產(chǎn)線，開(kāi)展對(duì)全固態(tài)鋰電池技術(shù)的研發(fā)和驗(yàn)證，加快實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)。

與此同時(shí)，阻礙全固態(tài)電池量產(chǎn)最大的痛點(diǎn)生產(chǎn)成本上，也已經(jīng)有企業(yè)給出了解決方案。此前欣旺達(dá)公開(kāi)宣布其全固態(tài)電池的成本預(yù)計(jì)將在2026年降至2元/Wh，這一成本水平與半固態(tài)電池的成本接近。

此外，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)馬騁教授團(tuán)隊(duì)在新能源材料領(lǐng)域取得重大突破，成功開(kāi)發(fā)出一種新型硫化物固態(tài)電解質(zhì)，其原材料成本僅為每公斤14.42美元，這一價(jià)格遠(yuǎn)低于市場(chǎng)上其他同類硫化物固態(tài)電解質(zhì)的8%，也極大降低了全固態(tài)電池的生產(chǎn)成本。

同時(shí)，多種技術(shù)路線正在被探索開(kāi)發(fā)當(dāng)中，包括使用聚合物、氧化物和硫化物作為固態(tài)電解質(zhì)材料。一些企業(yè)正在開(kāi)發(fā)復(fù)合全固態(tài)電池，這被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的有效途徑。

這顯然讓全固態(tài)電池的商業(yè)化道路不斷加速，比如Solid Power在去年底便宣布，已經(jīng)生產(chǎn)出首批固態(tài)電池A樣品，并將其交付給了寶馬汽車(chē)，標(biāo)志著技術(shù)上的一個(gè)重要突破。而寶馬也希望在2025年之前推出第一輛基于Solid Power電池技術(shù)的原型車(chē)。

由大眾集團(tuán)、上汽集團(tuán)、德國(guó)馬牌等共同出資支持的固態(tài)電池企業(yè)QuantumScape也與大眾汽車(chē)旗下的PowerCo達(dá)成戰(zhàn)略合作，計(jì)劃利用QuantumScape的固態(tài)鋰金屬電池技術(shù)每年生產(chǎn)滿足多達(dá)100萬(wàn)輛電動(dòng)汽車(chē)所需的電池。

國(guó)內(nèi)多家知名汽車(chē)制造商與電池供應(yīng)商也在布局全固態(tài)電池領(lǐng)域，期望通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新提升電池的能量密度與安全性，滿足新能源汽車(chē)市場(chǎng)日益增長(zhǎng)的需求。

如蔚來(lái)、國(guó)軒高科等企業(yè)已率先推出半固態(tài)電池產(chǎn)品，并計(jì)劃在未來(lái)幾年內(nèi)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。寧德時(shí)代、廣汽集團(tuán)等頭部企業(yè)也明確了全固態(tài)電池的研發(fā)時(shí)間表，預(yù)計(jì)將于2026至2027年間實(shí)現(xiàn)小批量或量產(chǎn)搭載。

此次也能看到，山東能源研究院的材料盡管才剛剛從實(shí)驗(yàn)室中誕生，但其商業(yè)化進(jìn)程已然在啟動(dòng)當(dāng)中，并已經(jīng)與相關(guān)企業(yè)進(jìn)行了緊密合作。

可以看出市場(chǎng)對(duì)于新型電池材料的渴求與巨大經(jīng)濟(jì)潛力，前幾年，國(guó)內(nèi)普遍預(yù)估全固態(tài)電池將在2030年左右進(jìn)入更廣泛的商業(yè)應(yīng)用階段，尤其是在電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)，固態(tài)電池的普及將為能源存儲(chǔ)方式帶來(lái)革命性的變化。但伴隨著市場(chǎng)新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，全固態(tài)電池的商業(yè)化進(jìn)程在不斷加速，甚至未來(lái)幾年就能夠看到全固態(tài)電池的初步商業(yè)化。

小結(jié)

全固態(tài)電池的商業(yè)化進(jìn)程雖然面臨諸多挑戰(zhàn)，但隨著科技的進(jìn)步和市場(chǎng)的逐漸成熟，其商業(yè)化前景仍然值得期待。未來(lái)的發(fā)展需依賴于持續(xù)的技術(shù)創(chuàng)新、成本控制以及產(chǎn)業(yè)鏈的全面協(xié)作。此次國(guó)內(nèi)相關(guān)研究機(jī)構(gòu)的新型材料，也將有望進(jìn)一步提升全固態(tài)電池商業(yè)化的進(jìn)程。