四大技术路径角逐固态电池 实现产业化仍任重道远

2024年被行业看作是固态电池产业发展的重要节点，不少企业都先后对外公布了固态电池落地的时间表，这也让行业对固态电池的热情不断提升。

固态电池的革新最重要体现在电解质层面。不过，电解质从液态到固态的改变不仅仅是形态的改变，更是化学材料的改变，以此来提升能量密度、改进安全性能。

而电解质的不同也使得固态电池形成了多样的技术路径。目前，全固态电池主要分为聚合物体系、氧化物体系、硫化物体系和卤化物体系四种技术路径。

“说实话没有一种是十全十美的。目前离子导电性最高的是硫化物体系，接近产业化的也是硫化物体系。但是也不大可能一种产品打天下，因为硫化物电解质也需要和聚合物进行复合。”近日，中国科学院院士欧阳明高在“中国汽车动力电池产业创新联盟2024年度大会”上表示，全固态电池的技术路径并没有实现全球统一，关于电解质的研究、验证等还有很多工作要做。

四大技术路线各有优劣

与液态电池相比，半固态电池、全固态电池最核心的改变在于电解质材料的改变，其主要分为四条技术路径。

具体来看，聚合物体系主要使用的材料是PEO（聚环氧乙烷）等，其优势为柔韧性好、质量轻、成本低、易于加工；劣势为常温下离子电导率低，电化学窗口窄。据了解，聚合物体系技术路线研发时间最早。目前，欧美企业多采用该体系路线。

氧化物体系主要使用的材料是石榴石（Garnet）、钠离子导体（NASICON）等，其优势为循环性能良好，电化学稳定性高；劣势为离子电导率较低，界面接触性差。目前，国内企业多采用该体系路线。

图片来源：每经记者 孔泽思 摄（资料图）

硫化物体系主要使用的材料是LiGPS、LiSiPS（均为一种硫化物电解质）等，其优势为离子电导率较高，如LGPS、LSP-SC（均为一种硫化物电解质）室温下的离子电导率已与传统液态电解质媲美。劣势为与空气接触形成有毒的硫化氢，材料生产对工艺的要求极高，成本较高。目前，日韩企业多选用该体系路线。

卤化物体系主要使用的材料包括氟、氯、溴和碘等，其优势在于高离子电导率、良好可变形性和宽电化学窗口，其劣势则是卤化物体系的还原电位不够低，无法与金属锂负极匹配，而且原材料成本过高等。

目前来看，国内各个企业选择的技术路径不尽相同。比如，清陶能源采取了氧化物电解质路线，而国轩高科则选择了硫化物的体系路线。“固态电池的研究已经很久，也积累了很长的基础。但借助于硫化物超快离子导电性能的发现，我们又迎来了电池技术快速的发展期。”深蓝汽车科技有限公司高级项目总监周安健认为，固态电池进入到创新的机遇期。

“全固态电池的固态电解质主要有四种材料体系，每一个的优点都很突出，缺点也很明显。因此，材料复合是一个非常好的解决问题的思路，因为材料复合在科学上确实有协同效应在，所以要取长补短来解决整个问题。”南方科技大学教授许晓雄表示。

实现快充需进一步提升离子导电性

眼下，固态电池的高能量密度和高安全性已经成为共识，但其电解质改变的同时也带来了另一个问题。

一般来说，电池中电解质的功能是为锂离子在正负极之间传输搭建通道，而决定锂离子运输是否顺畅的指标被称为离子电导率。与液体电池不同，半固态及全电池的电解质与正负极之间以固-固界面接触，其接触更多是面积更小的点状，因而离子电导率通常比液态电解质低，进而也导致固态电池的快充能力受限。

因此，如何提高“离子电导率”“如何去解决快充难题”都是半固态及全固态电池需要去突破的难题。

图片来源：每经记者 张建 摄（资料图）

值得一提的是，智己汽车推出的智己L6 Max光年版的半固态电池可以实现900V快充。一位智己汽车工作人员透露，智己汽车的第一代固态电池，是通过材料优化和一些专利的生产工艺，使得固体物质的致密程度提升，离子导电率会相对更好，简单而言就是电芯整体内阻更低，快充性能会更优。

“在电池有任何液体的状态下讲快充，可能就会面临非常多的问题。电解质从原来的固-液接触变成了固-固接触，接触界面处会有空电荷区的存在，这也是界面高阻抗的重要原因。如果我们把固态电解质做成一个膜的时候，它的离子电导率并不是很理想。”广州巨湾技研有限公司首席科学家毛文峰说。

据毛文峰透露，为了解决固态电池快充的问题，他们尝试引入了介电质。“这种材料可以帮助提升固态电解质的离子电导率。我们之前的研究成果证明，介电质的高介电性可能有效提升了锂的交换电流密度，提升正极和固态电解质之间锂的浓度，从而减少界面电阻的存在。”毛文峰说。

目前，如何提升固态电池的离子导电性是行业的关键问题，其在技术上突破也影响着固态电池的规模量产。这一过程并不容易，中国工程院院士孙逢春在上述大会上表示：“从技术角度来看，固态电池要想实现产业化还是任重道远。”

封面图片来源：每经记者 孔泽思 摄（资料图）