固态电池最新研发进展 谁将率先突围？

全固态技术路线中，目前更接近产业化的路线主要有两条，一是硫化物，离子电导率有天然优势，但在材料稳定性、生产控制和成本上仍存在较大压力；二是聚合物路线，加工性更优，可与氧化物和硫化物等材料复合，也可匹配超高镍和富锂锰基正极，负极可升级为硅基材料和锂金属或者无锂负极。

这也是中国目前有关固态电池研发的现状，原先部分单一技术路线逐渐往聚合物方向发展，硫化物科研项目骤增，部分行业高层提倡在包覆技术上采用卤化物、聚合物、硫化物等不同材料，可因具体需求进行研发。

总之，中国市场发展固态电池的整体方向是以市场为主导进行研发，科研机构成果转化，车企与电池企业合力协作。

但是，社会各界有关材料、安全设计、整车要求、生产工艺、成本等方面的问题以及进展不尽相同。“2024年第四届xEV电池技术论坛暨第二届固态电池技术产业大会”上，NE时代邀请行业各界相关人员，就固态电池相关话题展开交流与讨论。

01.

固态电池产业化难点

上海汽检新能源先进材料实验室主任谢先宇对目前固态电池产业化遇到的重难点进行了总结:

上海汽检新能源先进材料实验室主任谢先宇

材料层面，高电导率、高界面稳定性、高材料稳定性是全固态电池材料的三个核心指标，现阶段材料存在结构稳定性差、体积膨胀大、接触界面过小、界面接触失效、锂枝晶生长等材料学问题；

固态电解质虽然比液态电池理论安全系数更高，但不等同于绝对安全，电池系统存在依旧存在热失控和热扩散的风险，需要提高电芯级别热失控预警能力和系统级别的热扩散防护能力；

与整车的融合设计。与液态动力电池相比，全固态电池需要外部提供较高的束缚压力，以保证固固界面下的电池反应。此外，全固态电池对于整车的热管理设计、CTB/CTP/CTC等集成设计、结构件设计、全生命周期监测与管理提出新的需求，需要整车企业协同，同步跟进。

工艺层面，全固态电池内部结构可采取串联方式，没有内部极耳，可以提高制造效率；外部结构以叠片+软包形式为主，可以更好地施加界面束缚压力，以保证电池的稳定反应，沿用湿法工艺制造的固态电池，可以沿用液态电池70%产业链资源，干法工艺部分设备依赖定制化开发，正负极、隔膜等生产设备需要进一步开发；

成本上，当前固态电池材料成本较高，且处于前期样品阶段，合格率低，未来在制造上成本会进一步增加，叠加工艺变化，设备层面的成本也会相应增加，需要整个产业链来分摊成本。

针对以上问题，面向2027年小批量上车的目标，各企业有哪些应对方案，以及进展如何？

在本次大会上，中科固能董事长吴凡介绍了与李泓和肖睿娟团队开发的新型“2114”硫化物固态电解质（可参照新型高湿度稳定型硫化物固态电解质），通过阳离子掺杂手段提高硫化物空气稳定性和离子电导率。

中科固能新能源快科技有限公司董事长吴凡

• 界面问题

全固态锂金属电池作为固态电解质与高能量密度的锂金属负极结合的产物，在解决安全性问题的同时提高能量密度。但是硫化物固态电解质匹配锂金属会不稳定，在电池充放电循环过程中存在锂枝晶生长和固体电极/电解质界面不稳定的问题，最终会导致内部短路、内阻增加甚至电池失效。

针对该问题，中科固能董事长吴凡团队及中科院物理研究所设计一种通过软碳与立方相纳米LLZTO复合，形成一种高锂离子扩散系统的离子/电子混合导电界面保护层构建SC+LLZO界面层，在超高电流密度下，促进锂金属在界面层内部的均匀沉积，抑制锂枝晶的生长；高离子电导率和扩散速率的LLZTO，相对均匀分布在SC颗粒的表面和间隙中，形成快速的锂离子传输通道，促进锂离子向SC-nanoLLZTO界面层内部迁移；锂离子在界面层内LLZTO网络获得电子形成金属锂，从而有效组织锂枝晶在负极和电解质之间的界面快速沉积。

• 产业化相关问题

针对氧化物全固态电池产业化，佛山（华南）新材料研究院新能源器件与材料中心刘亭给出了相关技术方案，材料层面，主要方向是电极材料快速烧结、高比能负极材料及多孔碳（CVD硅碳负极），工艺层面，主要思路是降低Li源损失、陶瓷电解质膜带流延及干法电极的开发应用，器件应用上，主要面向智能可穿戴、生物医药和微电子器件。

佛山（华南）新材料研究院新能源器件与材料中心刘亭

刘亭表示，目前市场上有大量未消化的高规划石墨产能，其认为可以通过高比容材料与石墨负极复合，满足高容量需求的同时，消化现有产能。

对于干法电极的生产，刘亭介绍静电粉末喷涂法，利用高压静电电晕电场原理，喷枪头上的金属导流杯接上高压负电，被涂工件接地形成正极。在喷枪和工件之间形成强静电场，当运载气体将粉末涂料从供粉桶经输粉管送到喷枪导流杯时，其周围产生密集的电荷，粉末带上负电荷，在静电力和压缩空气的作用下，粉末均匀低吸附在工件上，经加热，粉体塑化成均匀、连续、平整的涂膜。

• 成本问题

对于成本问题，博粤新材联合创始人、研究院执行院长陈小波博士表示，LATP氧化物半固态电芯具备成本优势。半固态电池部分核心材料为常规材料，成本低于液态电池，但由于其环境管控要求高于液态电池，制造成本相对较高。预测数据显示半固态电池大规模量产时，电芯BOM成本为0.5729元/Wh，略低于液态电芯。

博粤新材联合创始人、研究院执行院长陈小波博士

• 补锂问题

氧化物本身锂离子电导率低，首次充电过程中SEI膜形成会消耗部分活性锂，导致电池可逆容量降低，充放电循环过程中，电极表面副反应增多，循环寿命变差，所以预锂化成为其提高能量密度、改善循环寿命的必由之路。

预锂化包括正极补锂、负极补锂。正极补锂方式主要是富锂化合物、二元锂化合物和锂复合物，在正极匀浆过程中添加补锂材料，工艺简单且成本低；负极补锂方式有锂箔补锂、锂粉补锂、添加剂补锂等，但是其成本较高、工艺难度高、安全性低，尚未大规模应用。

02.

哪家企业将率先突出重围？

有关固态电池最新研发和企业相关产品进展。

固芯能源总经理郭夕峰表示，在固态电池技术路线中，正极材料将逐步过渡到富锂锰基；负极材料从人造石墨到硅碳、单晶硅，再到金属锂的进化，目前公司超高比能硅负极18650系列电池试样在2024年4月成功达到530Wh/kg。电解质层面，第一步将采用原位固化的聚合物半固态电池，目前公司已批量化生产应用，能量密度达400Wh/kg；第二步将应用无隔膜氧化物准固态电池，当下已经完成实验线产品的制备，核心性能已通过测试；第三步则迈向硫化物全固态电池，基础材料评测当中，固态电解质性能良好。

固芯能源总经理 郭夕峰

此外，固芯能源正在开发第二代无隔膜氧化物准固态电池，通过硅负极表面构建陶瓷固态电解质涂层，取消现有易燃易收缩的隔膜，进一步提升电池安全。

中科固能吴凡透露，目前已经成为宁德时代一级供应商且已有硫化物电解质订单，与孚能科技、亿纬锂能、清陶能源深度合作且已有固态电解质订单。2024年在建项目包括溧阳一期基地百吨级量产线、百兆瓦电芯试制线、溧阳高新区中央研究院；2025年公司将进入市场开发期，完成主要核心原材料产能布局，实现8000万销售额，四川基地规划建设年产5000吨硫化锂、硫化物固态电解质生产线。

03.

全固态并非一蹴而就

针对固态电池产业化发展路线，郭夕峰表示，液态锂电能量密度已经接近理论极限，但是下游应用领域要求日益提升，更高比能及安全性的固态电池是锂电发展的必经之路。

而半固态电池基于高安全性，与现有产线的高兼容性及良好的经济性，成为液态电池向全固态电池过渡的最优选择。

青岛大学教授、博士生导师赵宁

青岛大学教授、博士生导师赵宁也认为，液态到全固态并非一蹴而就，逐步引入固体电解质降低液体含量，电解质厚度逐步降低，负极从石墨到预锂化石墨/硅碳负极再到锂金属过渡，正极从LFP到高镍、超高镍和富锂锰基正极演化。

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