全固态电池再进一步，能量密度与使用寿命双突破

电子发烧友网报道（文/黄山明）全固态电池是下一代电池技术的重要方向，与传统的液态电解质锂离子电池相比，全固态电池使用固态电解质替代了液态电解质，这让固态电池拥有更高的安全性、更高的能量密度、更宽的工作温度范围以及更简单的结构与设计。
 
目前已经有许多研究机构和企业都在积极研发全固态电池技术，并取得了不同程度的进展。比如中国数家研究机构近期在全固态电池技术上又取得了新的突破，让全固态电池的商业化道路再次加速。
 
全固态电池技术再度突破
 
尽管全固态电池有种种优点，但想要实现商业化仍面临着几个主要的难题，如生产成本过高、技术上的挑战以及产业链成熟度等。
 
比如在成本上，固态电池使用的材料和生产过程成本较高，尤其是一些关键材料如硫化物、氧化物等固态电解质材料的成本远高于现有液态锂离子电池的材料成本。此外，制造过程中所需的设备和技术也较为复杂和昂贵，这增加了整体的生产成本。
 
技术上也存在不小的挑战，比如固态电池面临的一个主要技术问题是固态电解质的离子电导率通常较低，这限制了电池的充放电效率。
 
同时，电极与电解质之间的界面接触不良是另一个重要技术挑战，这影响了电池的稳定性和寿命。相比液态电池，固态电池的界面更加复杂，需要更精密的技术来确保良好的接触。而某些高性能固态电池材料，如硫化物，对环境非常敏感，容易与空气中的水蒸气和氧气反应，这使得操作和封装难度加大。
 
近日，中国科学院青岛生物能源与过程研究所在全固态锂电池领域取得新突破，开发出了高能量密度、超长循环寿命的全固态锂电池。
 
通常而言，全固态锂电池所采用的正极材料导电率偏低，当前的解决方案是通过添加导电剂来提升导电率。但使用导电剂不仅会降低电池的能量密度，并且还会与正极材料发生化学反应，影响电池寿命。
 
山东能源研究院开发出了无需使用导电剂的全新正极材料——锂钛锗磷硫硒复合物，相比传统的正极材料，这种材料具有高电导率、高放电比容量、低体积变化、高能量密度以及超长的循环寿命等特点。
 
相比传统锂离子电池比容量的200mAh/g，新型正极材料的比容量达到250mAh/g，能量密度达到了390Wh/kg，超过了传统锂离子电池的200-300Wh/kg，意味着续航能力提升了近一倍。
 
而循环寿命的表现更加优异，可以在2.5C快充下达到20000次循环，并且正极体积变化仅为1.2%（传统材料约为2.46%），电子电导率也达到了使用导电剂的普通正极材料的4-5倍。
 
除了循环寿命更高外，该电池再经过5000次循环充放电后，仍然能够保持80%的初始容量，可完全满足动力设备的使用需求，实现了能量密度和使用寿命的双重突破。
 
全固态电池正加速商业化
 
目前，山东能源研究院正在与一些锂离子电池生产企业进行协同合作，布局建设年产吨级的正极材料生产线，开展对全固态锂电池技术的研发和验证，加快实现批量化生产。
 
与此同时，阻碍全固态电池量产最大的痛点生产成本上，也已经有企业给出了解决方案。此前欣旺达公开宣布其全固态电池的成本预计将在2026年降至2元/Wh，这一成本水平与半固态电池的成本接近。
 
此外，中国科学技术大学马骋教授团队在新能源材料领域取得重大突破，成功开发出一种新型硫化物固态电解质，其原材料成本仅为每公斤14.42美元，这一价格远低于市场上其他同类硫化物固态电解质的8%，也极大降低了全固态电池的生产成本。
 
同时，多种技术路线正在被探索开发当中，包括使用聚合物、氧化物和硫化物作为固态电解质材料。一些企业正在开发复合全固态电池，这被认为是实现量产的有效途径。
 
这显然让全固态电池的商业化道路不断加速，比如Solid Power 在去年底便宣布，已经生产出首批固态电池A样品，并将其交付给了宝马汽车，标志着技术上的一个重要突破。而宝马也希望在2025年之前推出第一辆基于Solid Power电池技术的原型车。
 
由大众集团、上汽集团、德国马牌等共同出资支持的固态电池企业QuantumScape也与大众汽车旗下的PowerCo达成战略合作，计划利用QuantumScape的固态锂金属电池技术每年生产满足多达100万辆电动汽车所需的电池。
 
国内多家知名汽车制造商与电池供应商也在布局全固态电池领域，期望通过技术创新提升电池的能量密度与安全性，满足新能源汽车市场日益增长的需求。
 
如蔚来、国轩高科等企业已率先推出半固态电池产品，并计划在未来几年内实现量产。宁德时代、广汽集团等头部企业也明确了全固态电池的研发时间表，预计将于2026至2027年间实现小批量或量产搭载。
 
此次也能看到，山东能源研究院的材料尽管才刚刚从实验室中诞生，但其商业化进程已然在启动当中，并已经与相关企业进行了紧密合作。
 
可以看出市场对于新型电池材料的渴求与巨大经济潜力，前几年，国内普遍预估全固态电池将在2030年左右进入更广泛的商业应用阶段，尤其是在电动汽车市场，固态电池的普及将为能源存储方式带来革命性的变化。但伴随着市场新技术的不断涌现，全固态电池的商业化进程在不断加速，甚至未来几年就能够看到全固态电池的初步商业化。
 
小结
 
全固态电池的商业化进程虽然面临诸多挑战，但随着科技的进步和市场的逐渐成熟，其商业化前景仍然值得期待。未来的发展需依赖于持续的技术创新、成本控制以及产业链的全面协作。此次国内相关研究机构的新型材料，也将有望进一步提升全固态电池商业化的进程。