全固態(tài)金屬鋰電池被譽(yù)為下一代儲(chǔ)能技術(shù)的“圣杯”， 其核心在于以固態(tài)電解質(zhì)替代傳統(tǒng)液態(tài)電解質(zhì)和隔膜，具備能量密度高、熱穩(wěn)定性好、不易燃爆、循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，被視為替代傳統(tǒng)液態(tài)鋰離子電池的核心方向。

然而，長(zhǎng)期以來(lái)，固體電解質(zhì)與金屬鋰電極之間的“固-固界面接觸”問(wèn)題一直制約著全固態(tài)電池的實(shí)用化進(jìn)程：硫化物固體電解質(zhì)硬度高、脆如陶瓷，而金屬鋰電極柔軟如橡皮泥，兩者貼合時(shí)界面易出現(xiàn)縫隙和孔洞，嚴(yán)重影響鋰離子傳輸效率和電池整體性能。

近日，我國(guó)科學(xué)家在固態(tài)電池領(lǐng)域取得重大突破，成功攻克全固態(tài)金屬鋰電池的關(guān)鍵技術(shù)難題，使得固態(tài)電池性能實(shí)現(xiàn)跨越式升級(jí)。這一突破標(biāo)志著我國(guó)在下一代鋰電池技術(shù)上邁出了重要一步，有望將新能源汽車(chē)的續(xù)航里程從目前的最多500公里提升至1000公里以上，為新能源汽車(chē)、低空經(jīng)濟(jì)等前沿產(chǎn)業(yè)的發(fā)展注入強(qiáng)勁動(dòng)力。

技術(shù)突破解決“卡脖子”難題

我國(guó)多個(gè)科研團(tuán)隊(duì)通過(guò)聯(lián)合攻關(guān)，取得了三大關(guān)鍵技術(shù)突破：

一、“特殊膠水”——碘離子技術(shù)：中國(guó)科學(xué)院物理研究所聯(lián)合華中科技大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所等團(tuán)隊(duì)，開(kāi)發(fā)出一種基于“碘離子”的陰離子調(diào)控技術(shù)。該技術(shù)如同“特殊膠水”，在電池工作時(shí)可隨電場(chǎng)遷移至電極與電解質(zhì)的界面處，主動(dòng)吸引鋰離子填補(bǔ)縫隙和孔洞，使二者實(shí)現(xiàn)緊密貼合。此項(xiàng)成果已發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然-可持續(xù)發(fā)展》，為全固態(tài)電池走向?qū)嵱没峁┝岁P(guān)鍵技術(shù)支撐。

二、“柔性變身術(shù)”——柔性骨架技術(shù)：中國(guó)科學(xué)院金屬研究所團(tuán)隊(duì)在固態(tài)鋰電池領(lǐng)域取得突破，通過(guò)聚合材料為電解質(zhì)構(gòu)建柔性骨架，大幅提升電池的機(jī)械性能。實(shí)驗(yàn)顯示，該電池可彎折2萬(wàn)次或擰成麻花狀仍保持完好，具備優(yōu)異的抗拉耐拽能力。同時(shí)，柔性骨架中引入的特定化學(xué)成分可提升鋰離子傳輸速度并增強(qiáng)儲(chǔ)電能力，使電池儲(chǔ)能容量提高86%。相關(guān)研究已發(fā)表于《先進(jìn)材料》期刊。

三、“氟力加固”——含氟聚醚材料技術(shù)：清華大學(xué)化學(xué)工程系張強(qiáng)團(tuán)隊(duì)成功開(kāi)發(fā)出新型含氟聚醚電解質(zhì)。利用氟元素極強(qiáng)的耐高壓特性，在電極表面形成穩(wěn)定的“氟化物保護(hù)殼”，有效防止高電壓擊穿電解質(zhì)。該技術(shù)確保電池在滿(mǎn)電狀態(tài)下通過(guò)針刺測(cè)試和120℃高溫箱測(cè)試均不發(fā)生爆炸，顯著提升了電池的安全性和穩(wěn)定性。相關(guān)成果已于9月25日在線(xiàn)發(fā)表于《自然》雜志。

性能跨越式升級(jí)，量產(chǎn)仍需時(shí)間

此次技術(shù)突破顯著提升了全固態(tài)金屬鋰電池的性能。據(jù)介紹，以前100公斤的電池最多支持500公里續(xù)航，如今有望突破1000公里的限制。這一提升不僅解決了新能源汽車(chē)的續(xù)航焦慮問(wèn)題，還為低空經(jīng)濟(jì)、人形機(jī)器人等領(lǐng)域提供了更高效的能源解決方案。

此次技術(shù)突破引起了國(guó)際社會(huì)的廣泛關(guān)注和高度評(píng)價(jià)。美國(guó)馬里蘭大學(xué)固態(tài)電池領(lǐng)域知名專(zhuān)家王春生教授表示，該研究從本質(zhì)上解決了制約全固態(tài)電池商業(yè)化的關(guān)鍵瓶頸問(wèn)題，為實(shí)現(xiàn)其實(shí)用化邁出了決定性一步。中國(guó)科學(xué)家的持續(xù)貢獻(xiàn)標(biāo)志著我國(guó)在下一代電池技術(shù)的國(guó)際競(jìng)賽中，已從重要“跟跑者”轉(zhuǎn)變?yōu)椴糠帧邦I(lǐng)跑者”，為全球能源存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展提供了中國(guó)智慧和中國(guó)方案。

盡管我國(guó)在全固態(tài)電池技術(shù)上取得了重大突破，但業(yè)內(nèi)人士指出，要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、低成本、穩(wěn)定良率的量產(chǎn)與廣泛商用，還需要更長(zhǎng)時(shí)間。目前，材料、工藝、供應(yīng)鏈與成本等瓶頸仍需解決。不過(guò)，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)化節(jié)奏的加快，固態(tài)電池有望在未來(lái)幾年內(nèi)逐步走向市場(chǎng)。

全國(guó)政協(xié)常委、經(jīng)濟(jì)委員會(huì)副主任苗圩今年在第二屆中國(guó)全固態(tài)電池創(chuàng)新發(fā)展高峰論壇就表示：“從目前全球固態(tài)電池研發(fā)進(jìn)展的情況來(lái)看，固態(tài)電池技術(shù)工藝還沒(méi)有成熟，大體上2027年前后才能實(shí)現(xiàn)小批量生產(chǎn)，距離大規(guī)模的量產(chǎn)還需要更長(zhǎng)的時(shí)間?！?/span>

寧德時(shí)代也坦言，固態(tài)電池商業(yè)化仍需突破材料與工藝難題，預(yù)計(jì)2030年左右才能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)。也就是說(shuō)，對(duì)于寧德時(shí)代這樣的電池巨頭，都承認(rèn)固態(tài)電池量產(chǎn)要在五年之后。

車(chē)企已經(jīng)開(kāi)始產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用？

那么，為何有些企業(yè)聲稱(chēng)已經(jīng)在推進(jìn)半固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用呢？

在8月29日的成都車(chē)展上，首款搭載半固態(tài)電池的新款上汽MG4正式上市，并宣布即將進(jìn)入量產(chǎn)階段。與此同時(shí)，清陶能源計(jì)劃到2025年實(shí)現(xiàn)超過(guò)10GWh的半固態(tài)電池產(chǎn)能，該電池將配備于智己L6車(chē)型，支持近900V的超快充電功能。

國(guó)外方面，豐田與住礦金屬在10月8日宣布，在固態(tài)電池正極材料領(lǐng)域取得了新的突破，目標(biāo)是在2027至2028年間將其應(yīng)用于量產(chǎn)車(chē)型。此外，汽車(chē)制造商Stellantis與Factorial Energy合作開(kāi)發(fā)的FEST?固態(tài)電池已經(jīng)成功通過(guò)驗(yàn)證，展示了從15%充至90%只需18分鐘的快速充電能力。

市場(chǎng)為何對(duì)固態(tài)電池持有不同的看法？這表明固態(tài)電池正在步入“工程化加速期”——部分企業(yè)已經(jīng)完成了從實(shí)驗(yàn)室技術(shù)突破到中試和示范應(yīng)用的關(guān)鍵過(guò)渡，產(chǎn)業(yè)化的步伐明顯加快，但尚未全面進(jìn)入“量產(chǎn)元年”。

按照液態(tài)電解質(zhì)在電芯材料混合物中的質(zhì)量比例，電池可以細(xì)分為液態(tài)（25%）、半固態(tài)（5%-10%）、準(zhǔn)固態(tài)（0%-5%）和全固態(tài)（0%）。其中，半固態(tài)、準(zhǔn)固態(tài)和全固態(tài)三種類(lèi)型統(tǒng)稱(chēng)為固態(tài)電池。固態(tài)電池采用固態(tài)電解質(zhì)替代了傳統(tǒng)液態(tài)電池中的液態(tài)電解質(zhì)和隔膜，減少了電池包的質(zhì)量和體積，賦予固態(tài)電池不易燃爆且熱穩(wěn)定性好、能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)以及更優(yōu)的充放電性能等優(yōu)點(diǎn)。

真正的全固態(tài)電池商用需要滿(mǎn)足三大條件

當(dāng)前市場(chǎng)上所稱(chēng)的固態(tài)電池大多指的是半固態(tài)和準(zhǔn)固態(tài)電池。真正的全固態(tài)電池仍需克服以下幾個(gè)主要挑戰(zhàn)： 

首先，工藝一致性和良品率問(wèn)題尚未完全解決。 固態(tài)體系對(duì)薄膜厚度、界面處理、壓合與密封等精度要求極高。雖然實(shí)驗(yàn)室能夠制造出少量高性能樣品，但在大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)，如數(shù)萬(wàn)片乃至百萬(wàn)片級(jí)別的生產(chǎn)中，良品率下降和缺陷增加成為普遍難題。制造設(shè)備和工藝需要經(jīng)過(guò)多輪迭代才能滿(mǎn)足汽車(chē)行業(yè)的要求。 

其次，材料供應(yīng)和供應(yīng)鏈規(guī)?；€不成熟。 硫化物、氧化物、陶瓷隔膜及鋰金屬負(fù)極的大規(guī)模、低成本制備和穩(wěn)定供應(yīng)是實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的重要限制因素。即使像豐田這樣的公司已在陰極材料的批量生產(chǎn)方面有所布局，上下游產(chǎn)業(yè)鏈的整體同步擴(kuò)展仍需時(shí)間。 

第三，成本曲線(xiàn)尚未形成（單位成本高于成熟的鋰電池）。 初期設(shè)備投資、潔凈室需求、材料加工損耗以及較低的良品率導(dǎo)致固態(tài)電池的單位成本偏高。要使固態(tài)電池的成本與現(xiàn)有液態(tài)鋰電池競(jìng)爭(zhēng)，至少需要在規(guī)模效應(yīng)、良品率提升和材料成本降低等方面取得顯著進(jìn)展。 數(shù)據(jù)顯示，固態(tài)電池的成本高達(dá)500美元/kWh，而鋰離子電池的成本僅為100-150美元/kWh，差距顯著。 最后，完整的產(chǎn)品質(zhì)量、使用壽命和安全性的驗(yàn)證需要大量的時(shí)間和實(shí)際場(chǎng)景測(cè)試。 

汽車(chē)行業(yè)對(duì)于電池耐久性、溫度循環(huán)測(cè)試和碰撞安全性有著嚴(yán)格的要求，從實(shí)驗(yàn)室到車(chē)輛認(rèn)證通常需要數(shù)千公里甚至數(shù)萬(wàn)公里的路試數(shù)據(jù)和多年的測(cè)試周期，這一過(guò)程無(wú)法短期內(nèi)跨越。

基于以上原因，短期內(nèi)來(lái)看，固態(tài)電池目前處于“示范+小批量交付+局部車(chē)型應(yīng)用”的階段，而真正實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)并取代主流鋰電池，則需要等待成本效益、良品率以及供應(yīng)鏈穩(wěn)定性同時(shí)達(dá)到一定的門(mén)檻。

責(zé)編：Luffy