中汽创智黄祯博士：硫化物全固态电池的“梦想”与“现实”

固态电池是公认最具前景的新一代动力电池，目前固态电池技术处于什么阶段？商用市场已达到怎样的规模？产业链又涉及到哪些领域？这些问题受到业内人士普遍关注。2023年2月21-22日，由中国粉体网主办的第四届高比能固态电池关键材料技术大会在江苏常州隆重召开，中汽创智科技有限公司黄祯博士应邀出席，并接受了中国粉体网的专访。

中国粉体网：请问哪一类型的固态电解质更具备产业化前景？

黄祯博士：从一定程度上来说，目前的聚合物固体电解质、氧化物固体电解质、硫化物固体电解质，都具有一定的应用潜力。从市场端来看，聚合物固体电解质是最早于车端实现应用，如法国博洛雷的电动汽车使用的就是聚合物固体电解质，但这类电解质体系目前只适配于磷酸铁锂正极，故而电芯能量密度有限；目前，氧化物固体电解质在国内比较热门，因为它可以应用于固液混合电池，也就是半固态电池，所以这类固体电解质材料比较受国人的追捧；从长远来看，硫化物固体电解质，因为它的离子电导率很高，可以和电解液的离子电导率相媲美，同时考虑到其相比于氧化物电解质具有更好的加工性能，对于动力电池应用来说，硫化物固体电解质最具应用前景。

中国粉体网：请您介绍一下中汽创智固态电池产品的开发进展情况。

黄祯博士：中汽创智成立于2020年6月，固态电池实验室落成并投用是在2021年7月以后。在不到两年的时间内，我们在材料端具备了硫化物和氧化物固体电解质公斤级/批次的制备能力，并乐意向行业类的伙伴们提供支持；在电芯端，目前我们已经成功试制了10Ah、340Wh/kg、~800Wh/L的硫化物全固态电芯。后续我们将继续围绕硫化物全固态电芯进行开发，持续提升其能量密度、循环性能、倍率性能等综合表现，最终推动全固态电芯在新能源自主品牌上的搭载。

中国粉体网：目前限制全固态电池商业化的因素主要有哪些？

黄祯博士：全固态电池的商业化需要分领域来看，虽然全固态电芯尚未应用于车端，但已经在其它行业崭露头角。以日本村田制作所为代表的企业，通过积层陶瓷电容器（MLCC）技术实现了氧化物全固态电池的量产，但这类全固态电池的特点是容量做不大，一般不超过100微安时，因此无法在车端作为动力电池使用，但是作为一个小型器件在可穿戴终端等领域大有可为。

针对动力电池应用，全固态电池目前来看只有硫化物体系最有希望，但目前硫化物全固态电芯的商业化仍然面临很多困难。

首先是技术层面的困难。如硫化物固体电解质涂布体系的适配性问题。在硫化物固体电解质成膜开发过程中无法使用传统动力电池经典的PVDF-NMP涂布材料体系，需要筛选出满足要求的全新的涂布材料体系，这是一项较为艰巨的任务。又如硫化物电芯的界面问题，这需要在电芯设计、加工及应用环节都需要有切实可行的方案妥善解决。

其次是配套装备开发方面尚不成熟。由于硫化物固体电解质对水份极为敏感，对硫化物固体电解质制备和应用的环境及设备要求较高，尤其是规模化制备方面尚无成熟经验可供参考，需要强有力的非标装备开发能力支撑。

最后，成本的制约。在当前锂价处于高位的情况下，硫化物全固态电芯的成本问题更为突出。但当锂价回归理性，同时硫化物电芯技术有了较大突破的时候，通过规模效应一定可以进一步降低材料和电芯的成本。只有将成本降下来，才有可能实现它的商业化、实用化。

中国粉体网：请问硫化物固态电池界面问题如何解决？

黄祯博士：界面问题是硫化物全固态电芯开发的核心问题之一。硫化物全固态电芯除了在材料端需要攻克一些难题，另外就是工艺端。工艺端一个突出的问题，实际上就是界面问题。这个界面既包括电极层里面活性物质和硫化物电解质的界面，也包括电极和电解质层之间的界面。

针对电极层内部的界面问题，一方面可以通过对正极活性物质包覆、硫化物电解质掺杂改性等方式从材料端优化，另一方面也可以通过高效混合分散技术从工艺端保证电极内部离子导电网络和电子导电网络的均匀构建或梯度构建。

针对电极和电解质层之间的界面，一方面需要通过筛选合适的溶剂-粘结剂体系，另一方面需要非标装备和成膜工艺的控制，确保膜的表面无明显瑕疵且致密度较高。

此外，为了保证界面的长期稳定性，需要在全固态电芯的测试和使用过程中施加一定的外部压力，而这种外压在车端完全可以通过模组或PACK层级的结构件固定得以实现。

中国粉体网：您如何看待目前市场上的半固态电池产品？

黄祯博士：需要说明的是，无论是半固态还是全固态电池，其最终目的都是在充分保障安全性的前提下提升能量密度。因此，无论哪种技术路线，只要在安全性和能量密度方面具备优势，并且在循环寿命、倍率、成本等其它方面也充分符合车规级需求，一定会得到市场的认可和追捧。

半固态电池是基于现有的液态三元电池，通过引入氧化物固体电解质和其它技术进行改良，其结构也与传统电池之间差别不大。因此相较于全固态电池而言，半固态电池路线更易实现，但所带来的颠覆性也难免有限。

中汽创智目前主要聚焦于全固态电芯的开发。但在氧化物电解质的规模制备与科学应用方面，也具备一定的技术和经验积累，非常乐意在材料层级支持相关行业类同仁推动半固态电池的开发与应用。