固態(tài)電池的競技場上，三條技術路線正展開激烈角逐，它們分別是：離子電導率最高、被日韓企業(yè)寄予厚望的硫化物路線；穩(wěn)定性好、國內廣泛布局的氧化物路線；加工性能優(yōu)異、近期因技術突破而備受關注的聚合物路線。
全固態(tài)金屬鋰電池被譽為下一代儲能技術的“圣杯”，但長期以來因種種技術難題而難以實用化。日前，清華大學教授張強團隊在固態(tài)電池研究方面取得新進展：研發(fā)的新型含氟聚醚電解質，讓固態(tài)電池的能量密度達到604瓦時每千克，較現(xiàn)有商業(yè)化電池提升近3倍。
今年初，工業(yè)和信息化部等八部門聯(lián)合發(fā)布的《新型儲能制造業(yè)高質量發(fā)展行動方案》，明確將固態(tài)電池列為鋰電池發(fā)展的重要方向，并提出加強固態(tài)電池等新型儲能技術標準布局。
實驗室里的創(chuàng)新火花，能否照亮大規(guī)模產業(yè)化的漫漫長路？固態(tài)電池的真正普及，還要越過幾重關山？
多條技術路線并行
固態(tài)電池的競技場上，三條技術路線正展開激烈角逐。它們分別是：離子電導率最高、被日韓企業(yè)寄予厚望的硫化物路線；穩(wěn)定性好、國內廣泛布局的氧化物路線；加工性能優(yōu)異、近期因技術突破而備受關注的聚合物路線。
“硫化物路線的性能上限最高，目前在學術圈和產業(yè)界已基本成為共識?！蔽靼搽娮涌萍即髮W副教授李思吾說，硫化物電解質擁有接近液態(tài)電解質的離子電導率，是實現(xiàn)快充和高性能的理想選擇。
在這條技術路線上，日本豐田積累了約1300項相關專利，并宣布將于2027—2028年推出搭載全固態(tài)電池的電動車型。寧德時代、比亞迪等國內頭部企業(yè)也將其作為核心攻關方向之一。
在氧化物路線方面，國軒高科股份有限公司等企業(yè)正通過開發(fā)復合電解質體系推進產業(yè)化。據其首席科學家朱星寶介紹，公司目前準固態(tài)電池與現(xiàn)有液體電池生產線兼容度約90%，計劃2028年推出基于復合氧化物、聚合物電解質的全固態(tài)電池。
聚合物路線正展現(xiàn)出“彎道超車”的潛力。張強團隊研發(fā)的新型含氟聚醚電解質，巧妙解決了長期困擾固態(tài)電池的界面難題，讓電池在實現(xiàn)超高能量密度的同時，兼具卓越的安全性。
西安交通大學先進儲能電子材料與器件研究所教授徐友龍認為，從實現(xiàn)大規(guī)模產業(yè)化角度看，聚合物路線潛力最大。其工藝兼容性高，界面問題更易解決，綜合性能均衡。
“完美樣品”難下生產線
實驗室中的突破令人振奮，但將科研成果轉化為商業(yè)化產品，卻面臨著諸多挑戰(zhàn)。李思吾坦言，“從學術視角看，被低估的挑戰(zhàn)遠遠多于被高估的技術”。
“固—固界面”問題被學界視為全固態(tài)電池最核心的技術瓶頸。在液態(tài)電池中，流動的電解液可以充分包裹電極材料，離子傳輸暢通無阻。而固態(tài)電池中，電解質與電極如同堅硬的“頑石”，接觸面存在無數微小縫隙?！澳壳叭虘B(tài)電池的良率遠低于成熟的液態(tài)電池?！毙煊妖埥忉?，“這不僅是接觸問題，更是涉及電化學、化學、力學等多方面耦合的綜合性難題?！?/p>
“當前材料性能已基本夠用，界面失效才是致命傷?！崩钏嘉崤e例，實驗室0.1安時單層電池的循環(huán)壽命能做到大于1000圈，但放大到100安時大軟包時，壽命往往“腰斬”。硫化物電解質的合成從克級放大到公斤級時，離子電導率通常下降30%—50%。
技術瓶頸直接推高了成本。數據顯示，全固態(tài)電池成本約400—800美元/千瓦時，是液態(tài)電池的3—5倍。關鍵材料硫化鋰價格雖已回落，仍占據電解質成本的主要部分。
制造環(huán)節(jié)同樣面臨挑戰(zhàn)。全固態(tài)電池的生產線與現(xiàn)有的液態(tài)電池生產線兼容度不足50%，需要全新的干法電極、等靜壓設備，投資巨大。安全性也需重新評估，李思吾說：“硫化物電解質在200攝氏度以上與鋰金屬或高鎳正極會發(fā)生劇烈放熱，絕熱溫升可達800攝氏度，比液態(tài)電池更早觸發(fā)熱失控?！?/p>
對于未來格局，高工產業(yè)研究院（GGII）院長高小兵分析說：“全固態(tài)電池的商業(yè)化仍需時間，2027年只能是試產，遠未達到規(guī)模上量元年?！彼J為，一個“高端全固態(tài)、主流半固態(tài)”的多元并存時期即將到來，過渡期“短則2—3年，長則5—10年”。
產業(yè)化并非“百米沖刺”
盡管困難重重，但產業(yè)界正在多維度探索突破路徑，為固態(tài)電池產業(yè)化按下“加速鍵”。
北京純鋰新能源科技有限公司率先將全固態(tài)電池應用于儲能和兩輪電動車領域。該公司董事長楊帆分享了他們的解決方案：“我們選擇聚合物體系電解質技術路線，匹配磷酸鐵鋰加石墨的正負極材料體系，主要解決磷酸鐵鋰電池的本質安全問題。從主要原材料看，供應鏈體系已經非常成熟，成本穩(wěn)定?！?/p>
“我們已完成中試進入量產，開始向客戶交付產品?！睏罘榻B，公司的主力市場并非電動汽車，而是兩輪車和用戶側儲能。這些場景對極端性能要求不高，但對安全性的需求極為迫切。
廣州鵬輝能源科技股份有限公司則將其半固態(tài)高安全電池Secu系列，率先應用于高端移動電源市場，既實現(xiàn)了商業(yè)化落地，也為技術迭代積累了寶貴經驗。
市場孵化需要更多元化路徑。高小兵建議，不必只盯著“車規(guī)級”這一獨木橋，可引導產業(yè)進軍低空經濟、人形機器人等高端領域。據GGII預測，2030年人形機器人電池需求將超100吉瓦時?！斑@些領域對價格敏感度低，對性能要求高，是固態(tài)電池絕佳的‘孵化器’?！备咝”f。
為了跨越從實驗室到工廠的“死亡谷”，2024年成立的中國全固態(tài)電池產學研協(xié)同創(chuàng)新平臺正在發(fā)揮關鍵作用。該平臺整合頂尖研發(fā)資源，推動專利共享，集中攻堅界面、成本等共性難題。上海等地也設立了專項基金，支持固態(tài)電池的技術研發(fā)與產業(yè)化。
徐友龍建議，應建立開放共享的中試平臺，讓高校和初創(chuàng)公司的優(yōu)秀技術能進行工程化驗證和工藝摸索，縮短從技術到產品的時間。
產業(yè)化不是“百米沖刺”，而是一場考驗戰(zhàn)略定力與創(chuàng)新智慧的“馬拉松”。高小兵提醒，固態(tài)電池對現(xiàn)有格局將是“漸進式替代”而非“顛覆性變革”?！肮虘B(tài)電池產業(yè)化后也不會立即取代液態(tài)電池，其成本不會快速下降，且多數場景對電池能量需求并非越高越好?！彼ㄗh，政策制定需要更具前瞻性和包容性，既要鼓勵前沿技術突破，也要穩(wěn)定現(xiàn)有產業(yè)鏈的發(fā)展信心。（王禹涵）
（責任編輯：蔡文斌）
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