“固態電池急不得，要一步一步來，一次性做出來的就只能是一個樣品。”日前，中國科學院院士、清華大學教授歐陽明高在2024世界動力電池大會上關于固態電池產業化的演講，引發關注。
所謂固態電池，是指電池單體中只含有固體電極和固態電解質，不含有任何液態電解質、液態溶劑、液態添加劑的鋰二次電池。近年來，隨著新能源汽車產業迅猛發展，產業界愈加認識到傳統液態鋰電池能量密度已接近上限，且有機電解液存在熱失控風險，難以滿足社會對動力電池不斷提高的性能要求。相較而言，固態電池因具有高安全性、高能量密度、高功率特性、好的溫度適應性和材料選型范圍廣等優勢，已成為全球新一代動力電池產業競爭制高點。目前，中國、韓國、日本、美國和歐盟等均已將固態電池作為重要戰略方向，汽車企業和電池企業也紛紛加入相關產業鏈角逐，以期贏得未來產業發展領先優勢。
僅今年上半年，我國就有10多家企業推出固態電池量產時間表。不過，從具體產品來看，這些電池并非真正的全固態電池。比如，上汽智己發布的光年固態電池，“在電解質中加入了10%的浸潤液”，實為半固態電池。
“半”與“全”之間，雖然只有一字之差，但其背后折射的不僅是產品性能之別，更是商業化應用之難。要看到，雖然全球固態電池研發已形成聚合物、氧化物、硫化物和鹵化物等多條技術路線，但目前還沒有一條技術路線完全成熟，大都仍處于研究開發階段，在材料、界面、電芯等方面存在不少挑戰。比如，硫化物電解質化學穩定性、空氣穩定性很差，批量生產很難；硅碳負極體積膨脹大、鋰負極還不成熟。
在界面方面，電極材料與固態電解質的固固接觸也是難題。一方面，物理接觸差會導致固態電池在組裝后存在較大界面阻抗；另一方面，隨著電化學反應不斷進行，固態電解質和電極的接觸界面難以保持長期穩定性，可能引發持續的副反應，最終影響電池的倍率性能和循環穩定性等。有人形象地比喻，目前固態電池和液態電池中鋰離子在正負極之間往復穿梭的導電率的差別，類似于“在沙子里”和“在水里”游泳的不同，前者的突破難度可想而知。
當然，固態電池要實現商業化應用，除了技術攻關和材料性能提升外，關鍵還要降本。首先，固態電解質和更高理論容量的正負極在內的原材料成本較高。比如，鋰硫化物的價格是碳酸鋰的5至10倍。其次，固態電池對生產環境與原材料純度的要求極高，對生產工藝和質量控制提出了更嚴苛的要求，生產設備替換率也更大。此外，產業鏈的不完善也會推高成本。
動力電池被喻為新能源汽車的“心臟”。應該說，在我國汽車產業電動化快速發展過程中，動力電池技術的創新和降本起到了主體作用。當前，我國已基本構建了完整的液態鋰電池產業生態，涵蓋從上游礦產資源、材料制造、電池生產、整車應用到回收利用等各個環節，打破了日韓壟斷，成為全球液態鋰電池產業領導者。然而，面對固態電池帶來的顛覆性風險，面對日韓固態電池專利布局的全球暫時領先，我們既要保持足夠清醒，不玩概念或制造營銷噱頭，扎實推進固態電池基礎研究和關鍵核心技術攻關，同時也要保持戰略定力，“欲速則不達，循序漸進或許是最快的速度”。
“固態電池急不得，要一步一步來，一次性做出來的就只能是一個樣品。”日前，中國科學院院士、清華大學教授歐陽明高在2024世界動力電池大會上關于固態電池產業化的演講，引發關注。
所謂固態電池，是指電池單體中只含有固體電極和固態電解質，不含有任何液態電解質、液態溶劑、液態添加劑的鋰二次電池。近年來，隨著新能源汽車產業迅猛發展，產業界愈加認識到傳統液態鋰電池能量密度已接近上限，且有機電解液存在熱失控風險，難以滿足社會對動力電池不斷提高的性能要求。相較而言，固態電池因具有高安全性、高能量密度、高功率特性、好的溫度適應性和材料選型范圍廣等優勢，已成為全球新一代動力電池產業競爭制高點。目前，中國、韓國、日本、美國和歐盟等均已將固態電池作為重要戰略方向，汽車企業和電池企業也紛紛加入相關產業鏈角逐，以期贏得未來產業發展領先優勢。
僅今年上半年，我國就有10多家企業推出固態電池量產時間表。不過，從具體產品來看，這些電池并非真正的全固態電池。比如，上汽智己發布的光年固態電池，“在電解質中加入了10%的浸潤液”，實為半固態電池。
“半”與“全”之間，雖然只有一字之差，但其背后折射的不僅是產品性能之別，更是商業化應用之難。要看到，雖然全球固態電池研發已形成聚合物、氧化物、硫化物和鹵化物等多條技術路線，但目前還沒有一條技術路線完全成熟，大都仍處于研究開發階段，在材料、界面、電芯等方面存在不少挑戰。比如，硫化物電解質化學穩定性、空氣穩定性很差，批量生產很難；硅碳負極體積膨脹大、鋰負極還不成熟。
在界面方面，電極材料與固態電解質的固固接觸也是難題。一方面，物理接觸差會導致固態電池在組裝后存在較大界面阻抗；另一方面，隨著電化學反應不斷進行，固態電解質和電極的接觸界面難以保持長期穩定性，可能引發持續的副反應，最終影響電池的倍率性能和循環穩定性等。有人形象地比喻，目前固態電池和液態電池中鋰離子在正負極之間往復穿梭的導電率的差別，類似于“在沙子里”和“在水里”游泳的不同，前者的突破難度可想而知。
當然，固態電池要實現商業化應用，除了技術攻關和材料性能提升外，關鍵還要降本。首先，固態電解質和更高理論容量的正負極在內的原材料成本較高。比如，鋰硫化物的價格是碳酸鋰的5至10倍。其次，固態電池對生產環境與原材料純度的要求極高，對生產工藝和質量控制提出了更嚴苛的要求，生產設備替換率也更大。此外，產業鏈的不完善也會推高成本。
動力電池被喻為新能源汽車的“心臟”。應該說，在我國汽車產業電動化快速發展過程中，動力電池技術的創新和降本起到了主體作用。當前，我國已基本構建了完整的液態鋰電池產業生態，涵蓋從上游礦產資源、材料制造、電池生產、整車應用到回收利用等各個環節，打破了日韓壟斷，成為全球液態鋰電池產業領導者。然而，面對固態電池帶來的顛覆性風險，面對日韓固態電池專利布局的全球暫時領先，我們既要保持足夠清醒，不玩概念或制造營銷噱頭，扎實推進固態電池基礎研究和關鍵核心技術攻關，同時也要保持戰略定力，“欲速則不達，循序漸進或許是最快的速度”。
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