固态电池研发持续加速，量产时间还要等多久？-北极星储能网

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资本市场追捧，厂家不断爆料，媒体鼓噪，令固态电池异常活跃。不缺新闻的固态电池行业日前爆出一则新闻。广汽技术人员对外表示：其全固态电池容量超30Ah，能量密度约为400Wh/kg、910Wh/L。固态电池有氧化物、硫化物、高分子聚合物三大技术路线，（技术人员发现）单纯的一条路线不能解决所有问题，广汽（全固态电池）采用复合膜路线，将两种或者多种材料混合，发挥各自优势。

有人质疑该公司又在玩套路，但是业内专家表示，抛开相关数据不谈，他们采用的复合膜路线，将两种或多种材料混合是有理有据的。

01 三种固态电解质商用仍存瓶颈

根据不同的固态电解质可将固态电池分为：聚合物固态电池、氧化物固态电池和硫化物固态电池。以上三种技术路径各有优缺点，我国电池厂商覆盖了以上全部技术路径。日本则倾全国之力，研发硫化物固态电池。韩国加注硫化物固态电解质研究，避免丧失赛道话语权。

聚合物固态电池的主要优点是：易加工、可以制备大容量电芯，机械性较软、质量较轻、黏弹性好、不易碎，各项性能和目前使用的液态电池电解液类似。通过对现有设备的改造，可快速实现量产。主要缺点：首先是离子电导率最低（与其他两种技术比较），须加热到60℃～85℃以上，离子电导率才会提升；其次是因为聚合物电解质较柔软，所以锂枝晶易穿透电解质，造成短路；第三是能量密度受限，由于聚合物是有机物，电化学稳定性差，不如其他无机固态电池材料。

氧化物固态电池的优点是：电导率高于聚合物，电化学窗口宽稳定性好、化学稳定性好、机械性能坚硬。主流晶态电解质材料体系有：石榴石结构固态电解质、钙钛矿结构固态电解质、钠超离子导体型固态电解质等。主要缺点：首先是氧化物机械性能坚硬，制备好的电解质片易脆裂；其次，氧化物电解质与正极活性材料的固-固接触不紧密，导致从面接触变化为点接触，进而是界面损耗过大；烧结温度较高。以上缺点造成大容量电芯很难制备，氧化物电解质现在只能跟电解液或聚合物复合，做成现在所使用的固液混合电池实现电解液含量的降低。目前市场上半固态电池多为此种技术路径。

硫化物固态电池的主要优点是：硫化物接触性好，所以整体的离子电导率性能非常好，超过液态电解液离子电导率水平，是最被看好的未来可商用的固态电池技术路线。但是其缺点也很明显：硫化物化学活性强，与空气、有机溶剂、正负极活性材料反应都很强。硫化物遇空气会迅速水解生成气体H₂S，因此电解质合成需在惰性气氛环境下进行，导致生产、运输、加工等环节都十分困难。由于硫化物电解质在高电压下更易氧化分解，所以其电化学性能很不稳定。另外，硫化物固态电池的界面机械不稳定性也是需要应对的挑战。日本硫化物固态电解质的研发、生产历史与其氢能史极相似，倾全国之力投入大量人力物力，设置了大量专利壁垒严防对手超越，结果研发出的产品毫无经济性可言、价格奇高，不仅被对手而且衍生出大量后续技术难题，所以最终无法渗透进市场。

02 低阻抗、高电导率、高稳定性还需两年？

目前的研究表明，以上单一一种固态电解质技术路径都不是满足固态电池大规模量产的安全、经济、环保需求的最优解。

例如使用氧化物电解质的固态电池的最大优点是耐热性很高，它是三种技术路线里最稳定、最安全的，但是它的材料硬，导致界面接触不紧密（固态正负极与氧化物固态电解质刚性接触，难以紧密结合，界面阻抗大，离子电导率低，电解质易碎）。日本研发的硫化物固态电池，由于硫化物很柔软、接触性好，易于与电极材料紧密结合，界面阻抗小，有公开资料称其离子电导率高达32sM/cm，但是硫化物成本高，稳定性差的问题，仍然制约着硫化物固态电池的大规模量产。

日前欧阳明高院士团队发表的论文指出：硫化物全固态电池仍存在许多挑战亟待解决，包括材料不稳定性、界面失效、电极/电芯结构设计不成熟以及大规模生产工艺缺失等问题。硫化物固态电池的另一大难题是一个问题的解决，伴随着后续问题的连续出现。如：界面失效问题可通过正极包覆层和负极人造SEI层等缓冲层解决，但是均匀缓冲层采用何种材料、厚度是多少等的设计和构建仍具挑战性。

理想的固态电解质须具备界面阻抗低、离子电导率高、结构稳定安全性高、机械强度高、价格低廉、易于制备生产等特性。那么如何研发同时具备以上性能的固态电解质材料呢？

相关研究显示，改善固态电解质的的主要工艺是元素掺杂、界面层修饰、电极柔性复合等技术是研发高性能固态电解质的重要技术。目前常见的技术是通过掺杂其他元素，改进固态电解质离子电导率和界面稳定性，减少界面阻抗和界面反应，提高电池的循环稳定性。

界面修饰技术是根据增加界面有效接触面积，提高离子电导率的原则，在电极与电解质之间加入修饰层，提高界面的粘附性和相容性，增加接触降低阻抗，减少副反应提升稳定性。界面修饰层还可以起到物理和化学屏障的作用。

除此之外，固态电池厂商也试图采用复合电极、柔性、无定形、凝胶态界面技术，例如已经小规模两场的半固态电池、凝聚态电池。

中国固态电池的优势在于产业链优势和人才优势，国产厂商大规模量产固态电池最早的时间点是2026年。日本丰田汽车反复推迟固态电池商用时间，目前对外宣称最早量产时间为2027年。美国SolidPower公司计划在2030年之前实现全固态电池的量产。三星SDI宣布其目标是在2027年量产全固态电池。

( 来源: 北极星储能网作者: 叶毓 )

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