全固态电池再进一步突破能量密度和使用寿命。

2024-09-10

电子爱好者网报道(文章 / 黄山明)全固体电池是下一代电池技术的重要方向。与传统的液体电解锂电池相比，全固体电池采用固体电解质代替液体电解质，使得固体电池具有更高的安全性、更高的能量密度、更宽的温度范围和更简单的结构和设计。

目前，许多研究机构和企业都在积极开发全固态电池技术，并取得了一定的进展。比如中国几家科研机构最近在全固态电池技术上取得了新的突破，再次加快了全固态电池的商业化。

全固态电池技术再次突破

尽管全固态电池具有各种优点，但是要实现商业化仍然面临着生产成本高、技术挑战和产业链成熟度等几个主要问题。

例如，在成本方面，固体电池使用的材料和生产工艺成本较高，特别是硫酸盐、氧化物等一些关键材料的成本远高于目前液体锂离子电池的材料成本。另外，生产过程中所需的设备和技术也比较复杂和昂贵，从而增加了整体的生产成本。

固体电池面临的一个主要技术问题就是固体电解质的离子电导率普遍较低，这就限制了电池的充放电效率。

与此同时，电极和电解质之间的页面接触不良是另一个重要的技术挑战，影响了电池的稳定性和寿命。与液体电池相比，固体电池的页面更加复杂，需要更加精确的技术来保证良好的接触。硫酸盐等一些高性能固体电池材料对环境特别敏感，容易与空气中的水蒸气和氧气发生反应，使得操作和包装更加困难。

近日，中国科学院青岛生物能源与工艺研究所在全固态锂电池领域取得新突破，开发出能量密度高、循环寿命长的全固态锂电池。

一般来说，全固态锂电池使用的正极材料导电性较低，目前的解决方案是通过添加导电剂来提高导电性能。然而，使用导电剂不仅会降低电池的能量密度，还会与正极材料发生反应，影响电池的使用寿命。

与传统正极材料相比，山东能源研究院开发了全新的正极材料锂钛磷硫硒复合物，不需要使用导电剂。与传统正极材料相比，这种材料具有电导率高、放电比容量高、体积变化低、能量密度高、循环寿命长的特点。

与传统锂电池相比， 200mAh/g，新型正极材料的比容量达到 250mAh/g，能量密度已经达到 390Wh/kg，超过传统锂离子电池 200-300Wh/kg，这意味着续航能力增加了近一倍。

而且循环寿命的表现更好，可以在 2.5C 快充下达到 20000 二次循环，而正极体积的变化仅仅是 1.2%(大约是传统材料 2.46%)，电子电导率也达到一般正极材料使用导电剂的要求。 4-5 倍。

除循环寿命较长外，该电池再次通过 5000 次循环充放电后，仍能维持下去。 80% 初始容量，可以完全满足机电设备的使用要求，完成能量密度和使用寿命的双重突破。

全固态电池正在加速商业化

目前，山东能源研究院正与部分锂电池生产企业合作，布局建设年产吨级正极材料生产线，开展全固态锂电池技术研发验证，加快批量生产。

同时，一些公司已经给出了阻碍全固态电池量产的最大痛点生产成本的解决方案。此前，新旺达公开宣布，其全固态电池的成本预计将在 2026 年降到 2 元 /Wh，这种成本水平接近半固态电池的成本。

此外，中国科技大学马驰教授团队在新能源材料领域取得了重大突破，成功开发了一种新型硫酸盐固态电解质，原材料成本仅为每公斤。 14.42 美元，这个价格远低于市场上其它同类硫酸盐固态电解质的价格 8%，也大大降低了全固态电池的生产成本。

与此同时，高聚物、氧化物和硫酸盐作为固体电解质材料正在探索和开发各种技术路线。一些企业正在开发复合全固体电池，这被认为是实现大规模生产的有效途径。

这样明显地加速了全固态电池的商业化道路，比如 Solid Power 去年年底宣布，首批固态电池已经制造出来。 A 样品，并交付给宝马汽车，意味着一个重要的技术突破。宝马也希望在技术上取得重大突破。 2025 第一辆车是基于年前推出的。 Solid Power 电池技术的原型车。

固态电池公司由大众集团、上汽集团、德国马牌等共同支持。 QuantumScape 还有大众汽车旗下的 PowerCo 实现战略合作，计划利用 QuantumScape 每年生产固体锂金属电池技术达到最高水平 100 万台电动汽车所需的电池。

国内很多知名汽车厂商和电池供应商也在布局全固态电池领域，希望通过技术创新提高电池的能量密度和安全性，满足新能源汽车市场日益增长的需求。

比如蔚来、郭轩高新等企业已经率先推出半固态电池产品，并计划在未来几年实现量产。宁德时代、广汽集团等龙头企业也明确了全固态电池的研发时间表，预计 2026 至 2027 在此期间实现小批量或大批量生产。

这一次，我们也可以看到，虽然山东能源研究院的材料刚刚从实验室诞生，但其商业化进程已经启动，并与相关企业进行了密切合作。

可见，市场对新型电池材料的渴望和巨大的经济潜力。几年前，国内普遍预测，全固态电池将在 2030 2000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，固态电池的普及将给能源存储方式带来革命性的变化。然而，随着市场上新技术的不断涌现，全固态电池的商业化进程不断加快，甚至在不久的将来，我们可以看到全固态电池的初步商业化。

总结

虽然全固态电池的商业化进程面临许多挑战，但随着科学技术的进步和市场的逐步成熟，其商业化前景仍然值得期待。未来的发展取决于持续的技术创新、成本控制和产业链的全面合作。国内相关研究机构的新材料也有望进一步完善全固态电池商业化进程。

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