2024-09-24 15:11:27

经济观察网 周信/文 “动力电池发展了20年，能量密度不断提升，但却是在结构和工艺上创新得来的，例如短刀、长刀这种电芯层级的结构创新，和如CTB、CTP这种系统结构创新。” 9月21日，在寰球汽车集团主办的“革新·动能——2024动力电池发展趋势论坛”上，中国汽车技术研究中心首席科学家王芳表示，当前的电池技术创新，急需从材料方面创新，固态电池的材料创新，便是行业的下一个重要方向。

固态电池是指采用固态电解质代替传统液态电解质的新型电池技术。电解质材料主要包括卤化物、氧化物、硫化物、聚合物等类型。正是由于应用了新材料，固态电池才具有更高的安全性和能量密度。

以安全方面的电池热失控为例，传统液态电解质的热失控起始温度约为150℃，而聚合物固态电解质普遍在300～400℃，硫化物在200～600℃，氧化物在600℃以上，部分可达1800℃,远高于液态电池的热失控温度。

同时，在能量密度方面，目前在产的三元锂电池也仅能做到230Wh/kg左右，但车企和相关电池公司发布的固态电池能量密度已突破300Wh/kg以上。例如，东风汽车近日宣布，即将量产能量密度达350wh/kg的半固态电池，其下一代全固态电池能量密度将突破550Wh/kg。

另外，即便是固态电池在业内已经被炒作了很长时间，但目前仍然没有量产的全固态电池。按固态电池的电解液占比划分，电解质在5—10%为半固态，0—5%为准固态，全固态电池的电解液则为0。智己L6搭载的半固态电池的电解液含量为10%。

“全固态电池的路还有很长。”俄罗斯工程院外籍院士、浙江大学求是科研教授、中科院客座教授熊树生表示，固态电池电解质的固体与固体表面如何导电，现在没有搞清楚。基于电解质固体与固体的导电问题，目前仍然存在明显的木桶效应。

从材料特性来看，无论是聚合物氧化物还是硫化物，其作为固态电解质的综合表现不佳，如聚合物电解质易加工、生产难度低，但是离子电导率不高，影响充放电性能；氧化物和硫化物电解质具有更高的电导率、安全性和机械强度，但是其制造难度更大，成本更高。

“解决了一个性能另外一个性能又下去了，因此我们要混合电解质融合多种材料来解决这个问题。” 熊树生表示。

其次是较慢的充放电速度和较快的容量衰减，也是全固态电池的主要瓶颈。高机械强度的固态电解质仍难以完全抑制锂枝晶生长、实现锂金属均匀沉积，固-固界面接触导致稳定性降低是电池失效的主要原因。在熊树生看来，解决办法就是界面工程与改性，通过材料与工艺两个维度实现改善。

第三个问题是，固态电池原材料供应链及电池制造设备不完善。目前，固态电池部分原材料未实现量产，整体产业链尚不完善，固态电池电极材料成本高，导致固态电池制造成本高。

但熊树生认为，供应链制造设备不完善的问题不大，因为产品上量了以后就肯定能解决，他主张半固态电池先行，并以规模化拉低材料成本。

值得一提的是，固态电池并不是绝对的安全，只是在高能量密度的材料体系下把安全性能的指标进一步提升。在固态化的过程中，电池也面临新的安全挑战，包括温度瞬间升高及能量瞬间释放产生的更剧烈的变化。除了固态化材料的热安全性，固固界面的裂化过程是需要解决的重要问题。例如，固固界面接触的致密度，以及如何保障全生命周期内的稳定性。

“对于电池固态化过程当中的系统设计，除了现有的热管理设计以外，还要重点关注力学管理，”王芳表示，因为固态电池的固固界面对外界夹紧力的要求会比较高，一般撞击或者机械振动就有可能破坏其中的接触状态。

在不久前的2024世界动力电池大会上，中国科学院院士、清华大学教授欧阳明高表示，2030年左右全固态电池产业化突破的可能性极大，但同时他表示，固态电池急不得，要一步一步来，一次性做出来的就只能是一个样品。