硫化物全固態(tài)電池大型車載電池制作工藝的“最后一公里”已被打通！

最近，全固態(tài)電池概念在業(yè)界掀起了一股熱潮，不僅各大企業(yè)紛紛布局，學術(shù)界也傳來動態(tài)。 中國科學院青島生物能源與過程研究所（簡稱中科院青島能源研究所）先進儲能材料與技術(shù)研究組宣布在硫化物電解質(zhì)研究方面取得了新進展。

據(jù)相關(guān)報道，武建飛研究員帶領(lǐng)研究團隊制備的多層疊片軟包電池在測試中表現(xiàn)出色，經(jīng)過300次循環(huán)后容量幾乎沒有衰減，目前正持續(xù)進行性能測試。此外，研究團隊已啟動20 Ah硫化物全固態(tài)電池生產(chǎn)線的籌備工作，積極與產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)合作，目標在2026年實現(xiàn)批量生產(chǎn)。

在硫化物電解質(zhì)設(shè)計方面，研究團隊也取得了重要進展。他們采用（Zn和F）共摻雜策略，制備出了新型硫化物固態(tài)電解質(zhì)，提升了硫化物固態(tài)電解質(zhì)的電導率。同時，這種電解質(zhì)在與鋰金屬負極的界面上形成了穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，避免了孔洞的形成，從而提高了電池的循環(huán)穩(wěn)定性。

測試結(jié)果顯示，采用這種新型電解質(zhì)的 全固態(tài)鋰硫電池 在初始放電容量和循環(huán)壽命方面均表現(xiàn)出色。

聚合物電解質(zhì)的優(yōu)點是，與現(xiàn)有的電解液生產(chǎn)設(shè)備和工藝兼容性強，同時展現(xiàn)出良好的機械性能。然而，它也存在不容忽視的缺點。

首先， 聚合物電解質(zhì)的離子電導率相對較低，需要加熱至60℃高溫才能確保正常的充放電過程，這在一定程度上限制了其應(yīng)用范圍。

其次， 其化學穩(wěn)定性欠佳，無法適應(yīng)高電壓正極材料的使用，同時在高溫條件下存在起火燃燒的風險。

此外， 聚合物電解質(zhì)的電化學窗口較窄，當電位差過大（超過4V）時，電解質(zhì)容易發(fā)生電解，從而限制了 聚合物電池 的性能上限。

在歐洲，聚合物技術(shù)路線是最早開始商業(yè)化應(yīng)用的。然而，由于聚合物電解質(zhì)電導率低的固有缺陷，歐洲量產(chǎn)的固態(tài)電池在相同電池容量下，其實際續(xù)航能力尚不及液態(tài)鋰電池。因此，盡管聚合物技術(shù)路線在早期受到關(guān)注，但至今尚未形成明顯的發(fā)展趨勢。

氧化物電解質(zhì)的優(yōu)點是具有良好的導電性和穩(wěn)定性。然而，它也存在一些不容忽視的缺點。

首先， 與硫化物相比，氧化物電解質(zhì)的離子電導率偏低，這在一定程度上限制了氧化物固態(tài)電池在性能提升方面的潛力，導致容量和倍率性能受限。

其次， 由于氧化物本身的堅硬性質(zhì)，固態(tài)電池中存在著剛性界面接觸問題。在簡單的室溫冷壓條件下，電池的孔隙率往往較高，這可能導致電池無法正常工作，電離子傳輸通道受阻。

鑒于氧化物電解質(zhì)的這些特性，國內(nèi)眾多企業(yè)選擇了氧化物作為技術(shù)路線。然而，由于氧化物電解質(zhì)的堅硬性和高孔隙率，導致電離子傳輸通道不暢。因此，在現(xiàn)有技術(shù)條件下，國內(nèi)研發(fā)的氧化物固態(tài)電池主要采用了固液混合的方向。例如， 衛(wèi)藍新能源 、清陶能源、贛鋒鋰電、輝能科技等。

硫化物電解質(zhì)的優(yōu)點是離子電導率最高，機械性能好，且電化學穩(wěn)定窗口較寬（超過5V），使得硫化物固態(tài)電池在工作性能上表現(xiàn)出色，因此在全固態(tài)電池中具備巨大的發(fā)展?jié)摿?。然而，硫化物電解質(zhì)也存在一些不容忽視的缺點。

首先， 其界面穩(wěn)定性較差，容易與正負極材料發(fā)生副反應(yīng)，導致界面高阻抗，進而增大內(nèi)阻，影響電池性能。

其次， 在制備工藝方面，硫化物固態(tài)電池的制備過程相對復(fù)雜，且硫化物容易與空氣中的水和氧氣發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生劇毒的硫化氫氣體。

目前主攻硫化物路線的主要是豐田、日產(chǎn)、本田、松下、 LG新能源 、三星SDI、SK on 等日韓企業(yè)，其中，豐田起步最早，且研發(fā)進展最快，擁有全球最多的固態(tài)電池專利。

近期，固態(tài)電池概念在A股市場掀起了一股熱潮，備受投資者矚目。眾多企業(yè)紛紛發(fā)布在固態(tài)電池領(lǐng)域的布局動態(tài)。 據(jù)不完全統(tǒng)計，天賜材料、福田汽車、東方電熱以及振華科技等公司均在此領(lǐng)域有所動作。

天賜材料在互動平臺上表示，公司已在半固態(tài)及固態(tài)電池領(lǐng)域制定了明確的技術(shù)規(guī)劃，并已著手布局相關(guān)專利，展現(xiàn)出了在固態(tài)電池技術(shù)研發(fā)方面的前瞻性和實力。

福田汽車則透露，其半固態(tài)電池目前正在輕卡車型上進行技術(shù)研發(fā)及搭載測試，這意味著該公司正加速推進固態(tài)電池在商用車領(lǐng)域的應(yīng)用進程。

東方電熱則指出，其生產(chǎn)的預(yù)鍍鎳材料可用于不同介質(zhì)形態(tài)的圓柱形電池，包括固態(tài)電池，顯示出公司在材料領(lǐng)域的創(chuàng)新能力和市場適應(yīng)性。

振華科技也表示，公司正在密切關(guān)注固態(tài)電池的發(fā)展態(tài)勢，并已開展相關(guān)研發(fā)工作，取得了顯著進展。

權(quán)威機構(gòu)曾預(yù)測，到2024年，半固態(tài)電池有望實現(xiàn)大規(guī)模裝車應(yīng)用。 這一前景無疑也點燃了投資者的熱情，給固態(tài)電池領(lǐng)域添了一把火。然而，從目前這些公司的回應(yīng)來看，多數(shù)公司仍處在技術(shù)儲備、產(chǎn)業(yè)化過渡方案、實驗室試產(chǎn)研發(fā)、商業(yè)化方案論證推進以及上下游對接等階段。這意味著，就全固態(tài)電池技術(shù)而言，落地到成熟和商業(yè)化應(yīng)用也仍需不少時日。