資本市場追捧，廠家不斷爆料，媒體鼓噪，令固態(tài)電池異?；钴S。不缺新聞的固態(tài)電池行業(yè)日前爆出一則新聞。廣汽技術(shù)人員對外表示：其全固態(tài)電池容量超30Ah，能量密度約為400Wh/kg、910Wh/L。固態(tài)電池有氧化物、硫化物、高分子聚合物三大技術(shù)路線，（技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)）單純的一條路線不能解決所有問題，廣汽（全固態(tài)電池）采用復(fù)合膜路線，將兩種或者多種材料混合，發(fā)揮各自優(yōu)勢。

有人質(zhì)疑該公司又在玩套路，但是業(yè)內(nèi)專家表示，拋開相關(guān)數(shù)據(jù)不談，他們采用的復(fù)合膜路線，將兩種或多種材料混合是有理有據(jù)的。

01 三種固態(tài)電解質(zhì)商用仍存瓶頸

根據(jù)不同的固態(tài)電解質(zhì)可將固態(tài)電池分為：聚合物固態(tài)電池、氧化物固態(tài)電池和硫化物固態(tài)電池。以上三種技術(shù)路徑各有優(yōu)缺點(diǎn)，我國電池廠商覆蓋了以上全部技術(shù)路徑。日本則傾全國之力，研發(fā)硫化物固態(tài)電池。韓國加注硫化物固態(tài)電解質(zhì)研究，避免喪失賽道話語權(quán)。

聚合物固態(tài)電池的主要優(yōu)點(diǎn)是：易加工、可以制備大容量電芯，機(jī)械性較軟、質(zhì)量較輕、黏彈性好、不易碎，各項(xiàng)性能和目前使用的液態(tài)電池電解液類似。通過對現(xiàn)有設(shè)備的改造，可快速實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。主要缺點(diǎn)：首先是離子電導(dǎo)率最低（與其他兩種技術(shù)比較），須加熱到60℃～85℃以上，離子電導(dǎo)率才會(huì)提升；其次是因?yàn)榫酆衔镫娊赓|(zhì)較柔軟，所以鋰枝晶易穿透電解質(zhì)，造成短路；第三是能量密度受限，由于聚合物是有機(jī)物，電化學(xué)穩(wěn)定性差，不如其他無機(jī)固態(tài)電池材料。

氧化物固態(tài)電池的優(yōu)點(diǎn)是：電導(dǎo)率高于聚合物，電化學(xué)窗口寬穩(wěn)定性好、化學(xué)穩(wěn)定性好、機(jī)械性能堅(jiān)硬。主流晶態(tài)電解質(zhì)材料體系有：石榴石結(jié)構(gòu)固態(tài)電解質(zhì)、鈣鈦礦結(jié)構(gòu)固態(tài)電解質(zhì)、鈉超離子導(dǎo)體型固態(tài)電解質(zhì)等。主要缺點(diǎn)：首先是氧化物機(jī)械性能堅(jiān)硬，制備好的電解質(zhì)片易脆裂；其次，氧化物電解質(zhì)與正極活性材料的固-固接觸不緊密，導(dǎo)致從面接觸變化為點(diǎn)接觸，進(jìn)而是界面損耗過大；燒結(jié)溫度較高。以上缺點(diǎn)造成大容量電芯很難制備，氧化物電解質(zhì)現(xiàn)在只能跟電解液或聚合物復(fù)合，做成現(xiàn)在所使用的固液混合電池實(shí)現(xiàn)電解液含量的降低。目前市場上半固態(tài)電池多為此種技術(shù)路徑。

硫化物固態(tài)電池的主要優(yōu)點(diǎn)是：硫化物接觸性好，所以整體的離子電導(dǎo)率性能非常好，超過液態(tài)電解液離子電導(dǎo)率水平，是最被看好的未來可商用的固態(tài)電池技術(shù)路線。但是其缺點(diǎn)也很明顯：硫化物化學(xué)活性強(qiáng)，與空氣、有機(jī)溶劑、正負(fù)極活性材料反應(yīng)都很強(qiáng)。硫化物遇空氣會(huì)迅速水解生成氣體H?S，因此電解質(zhì)合成需在惰性氣氛環(huán)境下進(jìn)行，導(dǎo)致生產(chǎn)、運(yùn)輸、加工等環(huán)節(jié)都十分困難。由于硫化物電解質(zhì)在高電壓下更易氧化分解，所以其電化學(xué)性能很不穩(wěn)定。另外，硫化物固態(tài)電池的界面機(jī)械不穩(wěn)定性也是需要應(yīng)對的挑戰(zhàn)。日本硫化物固態(tài)電解質(zhì)的研發(fā)、生產(chǎn)歷史與其氫能史極相似，傾全國之力投入大量人力物力，設(shè)置了大量專利壁壘嚴(yán)防對手超越，結(jié)果研發(fā)出的產(chǎn)品毫無經(jīng)濟(jì)性可言、價(jià)格奇高，不僅被對手而且衍生出大量后續(xù)技術(shù)難題，所以最終無法滲透進(jìn)市場。

02 低阻抗、高電導(dǎo)率、高穩(wěn)定性還需兩年？

目前的研究表明，以上單一一種固態(tài)電解質(zhì)技術(shù)路徑都不是滿足固態(tài)電池大規(guī)模量產(chǎn)的安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保需求的最優(yōu)解。

例如使用氧化物電解質(zhì)的固態(tài)電池的最大優(yōu)點(diǎn)是耐熱性很高，它是三種技術(shù)路線里最穩(wěn)定、最安全的，但是它的材料硬，導(dǎo)致界面接觸不緊密（固態(tài)正負(fù)極與氧化物固態(tài)電解質(zhì)剛性接觸，難以緊密結(jié)合，界面阻抗大，離子電導(dǎo)率低，電解質(zhì)易碎）。日本研發(fā)的硫化物固態(tài)電池，由于硫化物很柔軟、接觸性好，易于與電極材料緊密結(jié)合，界面阻抗小，有公開資料稱其離子電導(dǎo)率高達(dá)32sM/cm，但是硫化物成本高，穩(wěn)定性差的問題，仍然制約著硫化物固態(tài)電池的大規(guī)模量產(chǎn)。

日前歐陽明高院士團(tuán)隊(duì)發(fā)表的論文指出：硫化物全固態(tài)電池仍存在許多挑戰(zhàn)亟待解決，包括材料不穩(wěn)定性、界面失效、電極/電芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不成熟以及大規(guī)模生產(chǎn)工藝缺失等問題。硫化物固態(tài)電池的另一大難題是一個(gè)問題的解決，伴隨著后續(xù)問題的連續(xù)出現(xiàn)。如：界面失效問題可通過正極包覆層和負(fù)極人造SEI層等緩沖層解決，但是均勻緩沖層采用何種材料、厚度是多少等的設(shè)計(jì)和構(gòu)建仍具挑戰(zhàn)性。

理想的固態(tài)電解質(zhì)須具備界面阻抗低、離子電導(dǎo)率高、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定安全性高、機(jī)械強(qiáng)度高、價(jià)格低廉、易于制備生產(chǎn)等特性。那么如何研發(fā)同時(shí)具備以上性能的固態(tài)電解質(zhì)材料呢？

相關(guān)研究顯示，改善固態(tài)電解質(zhì)的的主要工藝是元素?fù)诫s、界面層修飾、電極柔性復(fù)合等技術(shù)是研發(fā)高性能固態(tài)電解質(zhì)的重要技術(shù)。目前常見的技術(shù)是通過摻雜其他元素，改進(jìn)固態(tài)電解質(zhì)離子電導(dǎo)率和界面穩(wěn)定性，減少界面阻抗和界面反應(yīng)，提高電池的循環(huán)穩(wěn)定性。

界面修飾技術(shù)是根據(jù)增加界面有效接觸面積，提高離子電導(dǎo)率的原則，在電極與電解質(zhì)之間加入修飾層，提高界面的粘附性和相容性，增加接觸降低阻抗，減少副反應(yīng)提升穩(wěn)定性。界面修飾層還可以起到物理和化學(xué)屏障的作用。

除此之外，固態(tài)電池廠商也試圖采用復(fù)合電極、柔性、無定形、凝膠態(tài)界面技術(shù)，例如已經(jīng)小規(guī)模兩場的半固態(tài)電池、凝聚態(tài)電池。

中國固態(tài)電池的優(yōu)勢在于產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢和人才優(yōu)勢，國產(chǎn)廠商大規(guī)模量產(chǎn)固態(tài)電池最早的時(shí)間點(diǎn)是2026年。日本豐田汽車反復(fù)推遲固態(tài)電池商用時(shí)間，目前對外宣稱最早量產(chǎn)時(shí)間為2027年。美國SolidPower公司計(jì)劃在2030年之前實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池的量產(chǎn)。三星SDI宣布其目標(biāo)是在2027年量產(chǎn)全固態(tài)電池。