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”，但長(zhǎng)期以來因種種技術(shù)難題而難以實(shí)用化。日前，清華大學(xué)教授張強(qiáng)團(tuán)隊(duì)在固態(tài)電池研究方面取得新進(jìn)展：研發(fā)的新型含氟聚醚電解質(zhì)，讓固態(tài)電池的能量密度達(dá)到604瓦時(shí)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(chǔ)能制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展行動(dòng)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(qiáng)固態(tài)電池等新型儲(chǔ)能技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)布局。

實(shí)驗(yàn)室里的創(chuàng)新火花，能否照亮大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的漫漫長(zhǎng)路？固態(tài)電池的真正普及，還要越過幾重關(guān)山？

多條技術(shù)路線并行

固態(tài)電池的競(jìng)技場(chǎng)上，三條技術(shù)路線正展開激烈角逐。它們分別是：離子電導(dǎo)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(guó)內(nèi)廣泛布局的氧化物路線；加工性能優(yōu)異、近期因技術(shù)突破而備受關(guān)注的聚合物路線。

“硫化物路線的性能上限最高，目前在學(xué)術(shù)圈和產(chǎn)業(yè)界已基本成為共識(shí)。”西安電子科技大學(xué)副教授李思吾說，硫化物電解質(zhì)擁有接近液態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率，是實(shí)現(xiàn)快充和高性能的理想選擇。

在這條技術(shù)路線上，日本豐田積累了約1300項(xiàng)相關(guān)專利，并宣布將于2027—2028年推出搭載全固態(tài)電池的電動(dòng)車型。寧德時(shí)代、比亞迪等國(guó)內(nèi)頭部企業(yè)也將其作為核心攻關(guān)方向之一。

在氧化物路線方面，國(guó)軒高科股份有限公司等企業(yè)正通過開發(fā)復(fù)合電解質(zhì)體系推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化。據(jù)其首席科學(xué)家朱星寶介紹，公司目前準(zhǔn)固態(tài)電池與現(xiàn)有液體電池生產(chǎn)線兼容度約90%，計(jì)劃2028年推出基于復(fù)合氧化物、聚合物電解質(zhì)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(qiáng)團(tuán)隊(duì)研發(fā)的新型含氟聚醚電解質(zhì)，巧妙解決了長(zhǎng)期困擾固態(tài)電池的界面難題，讓電池在實(shí)現(xiàn)超高能量密度的同時(shí)，兼具卓越的安全性。

西安交通大學(xué)先進(jìn)儲(chǔ)能電子材料與器件研究所教授徐友龍認(rèn)為，從實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)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(chǎn)線

實(shí)驗(yàn)室中的突破令人振奮，但將科研成果轉(zhuǎn)化為商業(yè)化產(chǎn)品，卻面臨著諸多挑戰(zhàn)。李思吾坦言，“從學(xué)術(shù)視角看，被低估的挑戰(zhàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于被高估的技術(shù)”。

“固—固界面”問題被學(xué)界視為全固態(tài)電池最核心的技術(shù)瓶頸。在液態(tài)電池中，流動(dòng)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(zhì)與電極如同堅(jiān)硬的“頑石”，接觸面存在無數(shù)微小縫隙。“目前全固態(tài)電池的良率遠(yuǎn)低于成熟的液態(tài)電池。”徐友龍解釋，“這不僅是接觸問題，更是涉及電化學(xué)、化學(xué)、力學(xué)等多方面耦合的綜合性難題。”

“當(dāng)前材料性能已基本夠用，界面失效才是致命傷。”李思吾舉例，實(shí)驗(yàn)室0.1安時(shí)單層電池的循環(huán)壽命能做到大于1000圈，但放大到100安時(shí)大軟包時(shí)，壽命往往“腰斬”。硫化物電解質(zhì)的合成從克級(jí)放大到公斤級(jí)時(shí)，離子電導(dǎo)率通常下降30%—50%。

技術(shù)瓶頸直接推高了成本。數(shù)據(jù)顯示，全固態(tài)電池成本約400—800美元/千瓦時(shí)，是液態(tài)電池的3—5倍。關(guān)鍵材料硫化鋰價(jià)格雖已回落，仍占據(jù)電解質(zhì)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(chǎn)線與現(xiàn)有的液態(tài)電池生產(chǎn)線兼容度不足50%，需要全新的干法電極、等靜壓設(shè)備，投資巨大。安全性也需重新評(píng)估，李思吾說：“硫化物電解質(zhì)在200攝氏度以上與鋰金屬或高鎳正極會(huì)發(fā)生劇烈放熱，絕熱溫升可達(dá)800攝氏度，比液態(tài)電池更早觸發(fā)熱失控。”

對(duì)于未來格局，高工產(chǎn)業(yè)研究院（GGII）院長(zhǎng)高小兵分析說：“全固態(tài)電池的商業(yè)化仍需時(shí)間，2027年只能是試產(chǎn)，遠(yuǎn)未達(dá)到規(guī)模上量元年。”他認(rèn)為，一個(gè)“高端全固態(tài)、主流半固態(tài)”的多元并存時(shí)期即將到來，過渡期“短則2—3年，長(zhǎng)則5—10年”。

產(chǎn)業(yè)化并非“百米沖刺”

盡管困難重重，但產(chǎn)業(yè)界正在多維度探索突破路徑，為固態(tài)電池產(chǎn)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(yīng)用于儲(chǔ)能和兩輪電動(dòng)車領(lǐng)域。該公司董事長(zhǎng)楊帆分享了他們的解決方案：“我們選擇聚合物體系電解質(zhì)技術(shù)路線，匹配磷酸鐵鋰加石墨的正負(fù)極材料體系，主要解決磷酸鐵鋰電池的本質(zhì)安全問題。從主要原材料看，供應(yīng)鏈體系已經(jīng)非常成熟，成本穩(wěn)定。”

“我們已完成中試進(jìn)入量產(chǎn)，開始向客戶交付產(chǎn)品。”楊帆介紹，公司的主力市場(chǎng)并非電動(dòng)汽車，而是兩輪車和用戶側(cè)儲(chǔ)能。這些場(chǎng)景對(duì)極端性能要求不高，但對(duì)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(yīng)用于高端移動(dòng)電源市場(chǎng)，既實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化落地，也為技術(shù)迭代積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

市場(chǎng)孵化需要更多元化路徑。高小兵建議，不必只盯著“車規(guī)級(jí)”這一獨(dú)木橋，可引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)進(jìn)軍低空經(jīng)濟(jì)、人形機(jī)器人等高端領(lǐng)域。據(jù)GGII預(yù)測(cè)，2030年人形機(jī)器人電池需求將超100吉瓦時(shí)。“這些領(lǐng)域?qū)r(jià)格敏感度低，對(duì)性能要求高，是固態(tài)電池絕佳的‘孵化器’。”高小兵說。

為了跨越從實(shí)驗(yàn)室到工廠的“死亡谷”，2024年成立的中國(guó)全固態(tài)電池產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新平臺(tái)正在發(fā)揮關(guān)鍵作用。該平臺(tái)整合頂尖研發(fā)資源，推動(dòng)專利共享，集中攻堅(jiān)界面、成本等共性難題。上海等地也設(shè)立了專項(xiàng)基金，支持固態(tài)電池的技術(shù)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化。

徐友龍建議，應(yīng)建立開放共享的中試平臺(tái)，讓高校和初創(chuàng)公司的優(yōu)秀技術(shù)能進(jìn)行工程化驗(yàn)證和工藝摸索，縮短從技術(shù)到產(chǎn)品的時(shí)間。

產(chǎn)業(yè)化不是“百米沖刺”，而是一場(chǎng)考驗(yàn)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(duì)現(xiàn)有格局將是“漸進(jìn)式替代”而非“顛覆性變革”。“固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化后也不會(huì)立即取代液態(tài)電池，其成本不會(huì)快速下降，且多數(shù)場(chǎng)景對(duì)電池能量需求并非越高越好。”他建議，政策制定需要更具前瞻性和包容性，既要鼓勵(lì)前沿技術(shù)突破，也要穩(wěn)定現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展信心。