經(jīng)濟(jì)觀察網(wǎng) 周信/文 “動力電池發(fā)展了20年，能量密度不斷提升，但卻是在結(jié)構(gòu)和工藝上創(chuàng)新得來的，例如短刀、長刀這種電芯層級的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，和如CTB、CTP這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新。” 9月21日，在寰球汽車集團(tuán)主辦的“革新·動能——2024動力電池發(fā)展趨勢論壇”上，中國汽車技術(shù)研究中心首席科學(xué)家王芳表示，當(dāng)前的電池技術(shù)創(chuàng)新，急需從材料方面創(chuàng)新，固態(tài)電池的材料創(chuàng)新，便是行業(yè)的下一個重要方向。

固態(tài)電池是指采用固態(tài)電解質(zhì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)液態(tài)電解質(zhì)的新型電池技術(shù)。電解質(zhì)材料主要包括鹵化物、氧化物、硫化物、聚合物等類型。正是由于應(yīng)用了新材料，固態(tài)電池才具有更高的安全性和能量密度。

以安全方面的電池?zé)崾Э貫槔瑐鹘y(tǒng)液態(tài)電解質(zhì)的熱失控起始溫度約為150℃，而聚合物固態(tài)電解質(zhì)普遍在300～400℃，硫化物在200～600℃，氧化物在600℃以上，部分可達(dá)1800℃,遠(yuǎn)高于液態(tài)電池的熱失控溫度。

同時，在能量密度方面，目前在產(chǎn)的三元鋰電池也僅能做到230Wh/kg左右，但車企和相關(guān)電池公司發(fā)布的固態(tài)電池能量密度已突破300Wh/kg以上。例如，東風(fēng)汽車近日宣布，即將量產(chǎn)能量密度達(dá)350wh/kg的半固態(tài)電池，其下一代全固態(tài)電池能量密度將突破550Wh/kg。

另外，即便是固態(tài)電池在業(yè)內(nèi)已經(jīng)被炒作了很長時間，但目前仍然沒有量產(chǎn)的全固態(tài)電池。按固態(tài)電池的電解液占比劃分，電解質(zhì)在5—10%為半固態(tài)，0—5%為準(zhǔn)固態(tài)，全固態(tài)電池的電解液則為0。智己L6搭載的半固態(tài)電池的電解液含量為10%。

“全固態(tài)電池的路還有很長。”俄羅斯工程院外籍院士、浙江大學(xué)求是科研教授、中科院客座教授熊樹生表示，固態(tài)電池電解質(zhì)的固體與固體表面如何導(dǎo)電，現(xiàn)在沒有搞清楚。基于電解質(zhì)固體與固體的導(dǎo)電問題，目前仍然存在明顯的木桶效應(yīng)。

從材料特性來看，無論是聚合物氧化物還是硫化物，其作為固態(tài)電解質(zhì)的綜合表現(xiàn)不佳，如聚合物電解質(zhì)易加工、生產(chǎn)難度低，但是離子電導(dǎo)率不高，影響充放電性能；氧化物和硫化物電解質(zhì)具有更高的電導(dǎo)率、安全性和機(jī)械強(qiáng)度，但是其制造難度更大，成本更高。

“解決了一個性能另外一個性能又下去了，因此我們要混合電解質(zhì)融合多種材料來解決這個問題。” 熊樹生表示。

其次是較慢的充放電速度和較快的容量衰減，也是全固態(tài)電池的主要瓶頸。高機(jī)械強(qiáng)度的固態(tài)電解質(zhì)仍難以完全抑制鋰枝晶生長、實(shí)現(xiàn)鋰金屬均勻沉積，固-固界面接觸導(dǎo)致穩(wěn)定性降低是電池失效的主要原因。在熊樹生看來，解決辦法就是界面工程與改性，通過材料與工藝兩個維度實(shí)現(xiàn)改善。

第三個問題是，固態(tài)電池原材料供應(yīng)鏈及電池制造設(shè)備不完善。目前，固態(tài)電池部分原材料未實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，整體產(chǎn)業(yè)鏈尚不完善，固態(tài)電池電極材料成本高，導(dǎo)致固態(tài)電池制造成本高。

但熊樹生認(rèn)為，供應(yīng)鏈制造設(shè)備不完善的問題不大，因?yàn)楫a(chǎn)品上量了以后就肯定能解決，他主張半固態(tài)電池先行，并以規(guī)模化拉低材料成本。

值得一提的是，固態(tài)電池并不是絕對的安全，只是在高能量密度的材料體系下把安全性能的指標(biāo)進(jìn)一步提升。在固態(tài)化的過程中，電池也面臨新的安全挑戰(zhàn)，包括溫度瞬間升高及能量瞬間釋放產(chǎn)生的更劇烈的變化。除了固態(tài)化材料的熱安全性，固固界面的裂化過程是需要解決的重要問題。例如，固固界面接觸的致密度，以及如何保障全生命周期內(nèi)的穩(wěn)定性。

“對于電池固態(tài)化過程當(dāng)中的系統(tǒng)設(shè)計，除了現(xiàn)有的熱管理設(shè)計以外，還要重點(diǎn)關(guān)注力學(xué)管理，”王芳表示，因?yàn)楣虘B(tài)電池的固固界面對外界夾緊力的要求會比較高，一般撞擊或者機(jī)械振動就有可能破壞其中的接觸狀態(tài)。

在不久前的2024世界動力電池大會上，中國科學(xué)院院士、清華大學(xué)教授歐陽明高表示，2030年左右全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化突破的可能性極大，但同時他表示，固態(tài)電池急不得，要一步一步來，一次性做出來的就只能是一個樣品。