全固态电池产业化还需克服多少障碍？

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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。全固态金属锂电池被誉为下一代储能技术的“圣杯”，但一些技术难题长期以来阻碍了其实现。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能量密度达到604每公斤瓦时，几乎是市售电池的三倍。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？固态电池还需要克服多少障碍？它们真的能普及吗？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、日韩企业寄予厚望的硫化物和氧化物路线非常稳定并已在中国广泛推广。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。 CATL、比亚迪等大型国有企业也将其定位为主要研究方向之一。氧化物路线方面，国轩高科等企业正通过开发复合电解液推进产业化电子系统。 Zhu采用固态电池封装，让电池达到超高能量密度，同时保持安全、卓越的品质。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。从生产线提取“完美样品”很困难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。李修坦言：“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电池的主要技术障碍。在液体电池中，f低电解质可以完全包封电极材料，离子的传输不受阻碍。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，寿命“减半”。通常情况就是这样。当硫电解质的合成量从克级提高到公斤级时，离子电导率强度一般会降低30%到50%。技术瓶颈直接增加成本。数据显示，固态电池的成本约为每千瓦时400-800美元，是液态电池的3至5倍。尽管关键原材料硫化锂的价格有所下降，但它仍然占电解液成本的很大一部分。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：“硫电解质在高于200摄氏度的温度下与金属锂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，这比液体电池更快地导致热失控。”对于未来的格局，张嘎高工产研院的奥贝分析道：“固态电池要投入实际应用还需要一段时间，要到2027年才能实现原型生产，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技术路线，结合阴极正负极材料体系采用磷酸铁锂和石墨，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。这些场景下的极限性能安全不是必需的，但安全的需求非常迫切。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。高端移动电源市场的实现商业化，为培育市场积累宝贵的经验，高晓兵建议，不能只关注“汽车”这一块。dge可引领行业向低空经济、仿人机器人等高水平领域发展。据高工产研预测，2030年人形机器人电池需求量预计将超过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。跨越从实验室到工厂的“死亡之谷”，2024年成立的中国固态电池产学合作创新平台正在发挥重要作用。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。徐有龙提出，建立开放共享的试点平台，让高校和创业公司能够以卓越的技术进行工程验证和工艺探索，缩短技术与产品之间的时间。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”。高晓兵提醒，固态电池不会是“颠覆性改变”，而是对现有格局的“渐进替代”。 “固态电池产业化后不会立即取代液态电池，成本也不会快速下降。而且大多数场景下，电池的电力需求越高越好。政策制定需要更加主动和包容，既要推动前沿技术进步，也要稳定现有产业链的发展信心。”
（编辑：何欣）