一边是行业对其“终极电池”技术潜力的巨大期望,另一边则是横亘在眼前的“产业化与成本”的严酷现实。在7月9日高工新能源新材料产业大会的固态电池专场上,整场讨论的核心,正是围绕如何跨越这道鸿沟展开。
这场关于未来电池技术的思想交锋与共识凝聚,主要体现在三大核心层面:
首先,是“路线之争”与“工程攻坚”的并行。从氧化物、硫化物到聚合物,再到异军突起的MOFs等新材料,演讲嘉宾们清晰地表明,固态电池仍处于“百家争鸣”的技术验证阶段,无任何一条路径已取得绝对优势。
然而,殊途同归的是,所有企业都已将重心从“材料科学”的探索转向了“生产工程”的攻坚,共同聚焦于解决界面不稳定、干法工艺放大、超薄电解质膜制备等一系列具体的工程化难题。
其次,是“材料体系”与“界面工程”的双线作战。固-固界面问题被与会专家普遍视为头号挑战。为此,产业正在展开一场双线战役:一方面,持续迭代正极、负极、电解质等主体材料的体相性能;
另一方面,则动用一切精密的“界面工程”手段——从表面包覆技术,到功能添加剂,再到微观结构设计——力求用技术“缝合”不同材料间脆弱的物理与化学壁垒。
最后,是“性能跃升”与“成本瓶颈”的激烈博弈。从400-500Wh/kg的能量密度目标,到理论值惊人的高比容量材料,再到不断突破的离子电导率数据,演讲嘉宾们描绘了固态电池诱人的性能前景。
但与此同时,产业的现实主义者们也坦承,关键原料居高不下的成本,是套在产业化脖颈上的沉重枷锁。因此,从实验室的“性能惊艳”走向市场的“商业可行”,以降本为核心的原料自产与连续化制备,已成为与技术突破同等重要的生命线。
总而言之,这场专场讨论清晰地勾勒出,固态电池的产业化之路并非单点的技术突破,而是一场关乎路线选择、工程实力、界面控制与成本管理的系统性战役。
中南大学唐有根教授发表“固态电池正极材料的研究开发”主题演讲。
固态电池作为未来能源存储的重要方向,其核心优势在于通过固态电解质提升本质安全性,并突破液态电池的能量密度瓶颈。随着固态化程度提升,电池能量密度和安全性同步增加,准固态电池能量密度已可达400 Wh/kg。
正极材料是实现这些优势的关键。目前,高电压固态电解质使得采用高电压正极材料成为可能,从而提升电池整体工作电压和功率。短期内,高镍三元材料仍是主流,如NCM811实际比容量已超200 mAh/g并实现成熟产业化。长期来看,富锂锰基材料(理论克容量可达350mAh/g,电压平台4.5V)被视为全固态电池的理想正极,因其高能量、低成本和高安全性。此外,高电压尖晶石LMNO(4.7V)和高比容量硫系正极(1675 mAh/g)也展现出巨大潜力。
面对界面机械、电化学、化学不稳定性及气体逸出等挑战,研究进展显著。在材料设计上,通过优化固态复合正极(如CAM与SE比例、梯度结构)、开发零应变正极(体积变化<1%,如70%Co含量)、引入钉扎效应、设计相干界面、进行功能化修饰以及纳米化/单晶化设计,有效提升了材料的循环寿命和稳定性。
全球产业化进程加速,中国短期聚焦半固态,长远布局硫化物路线;日韩欧美则在不同技术路线(硫化物、氧化物、聚合物)上设定了明确的能量密度和商业化目标(如韩国目标2025-2028年400Wh/kg,美国目标2030年500Wh/kg)。国内多家头部企业,如容百科技、当升科技、宁夏汉尧等,在高镍三元、富锂锰基等领域取得技术突破并展开深度合作,加速了固态电池正极材料的产业化进程。
容百科技中央研究院副院长冯道言博士作“全固态电池产业化技术进展”主题演讲。
冯道言博士指出,当前,全固态电池产业化仍面临三大核心障碍:首先是电极与固态电解质之间的界面问题,界面副反应抑制了载流子的有效传输。
其次是成本瓶颈,特别是硫化物固态电解质成本居高,导致电芯BOM难以下降。
第三是制造工艺挑战,包括干电极技术难以放大、极片致密度低、电解质膜工艺成熟度不足等,“干-压-叠”一体化制程设备成为关键卡点。
在技术突破方面,行业围绕材料体系、界面工程与极片设计开展多维创新。容百在正极材料方面,8系容量约190mAh/g;9系单晶材料容量达225mAh/g,目前已完成近吨级出货。
容百科技在固态正极材料开发方面规划明确。2025年完成电芯成品样验证,材料端同步定型,目标容量为225mAh/g,对应循环寿命1000次;2026年:进入电芯定型阶段,车企启动C样验证,容量保持225mAh/g,循环寿命提升至1500次;2027年开展整车匹配验证,全固态电池实现小规模上车,容量提升至230mAh/g,循环寿命维持1500次。
锋锂新能源副总经理唐光盛博士发表“高比能固态电池产业化技术和工程问题研究”主题演讲。
在关键材料领域,赣锋锂业于硫化物与氧化物两大固态电池技术路线均取得重要突破。依托十余年固体电解质研发积淀,公司持续为行业提供高离子电导率、超细硫化物电解质材料及高性能硫化锂材料。在氧化物路线方面,已成功开发离子电导率超1.5 mS/cm的领先产品,并率先实现千吨级氧化物电解质量产;同时具备25微米超薄电解质陶瓷片的稳定制备能力。
基于此开发的陶瓷基锂负极全固态电池样品,性能优异,可在仅需0.2MPa的低压力条件下实现1C/1C的稳定循环,展现了良好的应用潜力。
针对锂金属负极面临的关键挑战(如枝晶生长、粉化和副反应),公司通过开发新型锂合金材料显著提升了负极的机械性能,有效抑制枝晶生长并防止粉化;同时,负极表面处理技术的突破优化了锂离子分布的均匀性和传输速率,进一步抑制了副反应和枝晶生长,使锂负极循环寿命提升4倍以上。在安全性方面,采用该技术的大容量锂负极电池已通过包括过充、过放、低温、针刺、挤压、振动在内的多项严苛安全测试,提高了全生命周期的滥用安全性。
产业化方面,赣锋锂业通过自主工艺和设备,成功实现了20µm厚高质量锂合金带规模化生产,系统解决了负极制片、组装、自动化检测等工程化难题,并成功推进规模化试产,电芯的能量密度、功率特性和安全性能等核心指标持续优化,为低空经济提供了高比能、高功率、高安全动力电池解决方案。
厦钨新能源技术总监/新能源材料研究院院长曾雷英作“全固态电池正极材料及固态电解质研究进展”主题演讲。
曾雷英指出,发展全固态电池是突破现有锂电池能量密度瓶颈的必由之路。当前正极材料面临体相与界面两大类问题:体相问题(颗粒开裂、正极与电解质接触空隙)、界面问题(电解质分解、元素扩散及空间电荷层)。
厦钨以问题为导向进行正极材料系统开发,通过颗粒球形度优化与单晶化改进提升材料抗压性能与界面稳定性,并通过高熵掺杂、特殊结构前驱体、烧结与洗涤工艺调控,实现残锂控制和材料一致性提升。
在包覆技术上,厦钨开发多种表面包覆策略,包括湿法沉淀、流化床、ALD、干法粘弹态包覆等,以锂离子快导体对正极材料进行均匀包覆,显著降低界面阻抗。其中,铌酸锂包覆技术已由“岛状”优化为“层状”,在三元材料上取得显著进展。
在正极固态电池应用探索方面,厦钨从三元Ni60至Ni95系列材料进行全系布局。三元6系(Ni60)单晶与多晶包覆铌酸锂的材料容量可达172-177mAh/g;在8系及以上高镍材料中,单晶Ni88 0.1C比容量达218 mAh/g,Ni92/93 0.1C首次放电容量可达220mAh/g,Ni95在45℃下首放容量达226.8mAh/g,55℃下可达230mAh/g,且循环稳定性好,展现出优异的全固态适配性。
除正极端,厦钨在固态电解质方向也开展多路线布局,聚焦氧化物电解质(如LLZO、LATP)与关键硫化物原料(如硫化锂)的制备。针对当前硫化物成本高、制备技术难度大的问题,厦钨开发原料自产、流程简单可控的连续化硫化锂制备技术。
湖南恩捷研发部长匡吴奇发表“硫化物固态电解质行业趋势与公司产品布局”主题演讲。
在半固态隔膜业务方面,恩捷股份于2021年12月与卫蓝和天目先导合资成立江苏三合 ,该公司成为全球首家固态电解质涂布膜的专业研发、生产和销售企业 。其规划总产能超过6亿平方米/年、对应40条涂布线、并配套十万级净化厂房和-60℃低露点干燥间(~1000 m2)。目前已有2条涂布产线投入运营 。
在全固态硫化物电解质领域,恩捷股份于2021年12月成立湖南恩捷 ,专注于高性能硫化锂和硫(卤)化物电解质材料的研发、生产和销售 。
在产品性能上,高纯度硫化锂的批次纯度超过99.9%,能够实现高速均匀混料、连续煅烧、免二次提纯的百吨级高纯硫化锂低成本量产。电解质材料的离子电导率最高可达16 mS/cm ,并且300nm粒径的LPSC硫化物电解质的常温离子电导率可达≥6 mS/cm ,具备批次公斤级的能力。电解质膜的离子电导率已超过2.0 mS/cm ,并可实现60-150µm的厚度控制和高达150mm的幅宽 。
到2025年7月,湖南恩捷已完成十吨级硫化物电解质材料中试线建设,实现稳定供货,并计划于2025年9月筹建百吨级产线 。
蓝廷新能源董事长吴大勇教授作“固态电池中的材料创新机会”主题演讲。
他指出,MOFs有望成为固态电池材料中异军突起的创新材料。MOF具有独特的孔隙、孔径结构和带电荷的开放位点,已有研究和应用实践表明它们在正极、负极、隔膜、电解质层改性方面发挥重要作用。以Zr基MOF UIO-66为例,在隔膜中添加可吸附H₂O、CO₂、HF等物质对电池性能的不利影响,显著提升循环稳定性;添加于石墨负极中也显示出类似效果。
Ag基MOF作为隔膜功能层材料可显著提电池的倍率性能、循环寿命,原因是提高的Li离子迁移数、改善Li金属负极界面、形成稳定的SEI。
在MOF之外,离子液体(ILs)的作用和意义同样不能忽视。应用在固态电池中,离子液体可能发挥一下几方面的作用:作为固态电解质组分,提高离子电导率;优化电极/电解质界面;增强热稳定性和安全性;作为电极材料添加剂。离子电导率高(10⁻³~10⁻² S/cm),可以与聚合物(如PEO、PVDF)、无机物(LLZO、LGPS)复合,提高材料整体的电导率。作为界面润湿剂,填充固态电解质与电极间的空隙,减少界面阻抗。拓宽材料的电化学窗口。
在产业化方面,蓝廷新能源已实现了几个品种MOF的量产并应用于新型锂电复合隔膜中;把特定的MOF与无机固态电解质(不局限于氧化物、硫化物或卤化物)匹配形成MOF-SSE超级固态电解质,是固态电池材料领域的重大创新,并制定了商品化的具体时间表。另外,企业布局新型聚合物微球粘结剂和添加剂的研发和量产,保持在材料领域的持续创新。
吴大勇教授指出,固态电池仍处于技术路线分化、验证和证伪阶段,许多关键科学问题和工程化技术尚待解决,但这也为新材料创新如MOF的引入提供了窗口机遇。
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