简介：全固态电池被视为未来能源之星，它有着怎样的研究新趋势？又面临哪些亟待攻克的难题？本文深入剖析其技术路线、材料研发、性能提升等多方面情况，带你一探究竟 。

你能想象吗？未来的电动汽车，充电一次就能轻松行驶上千公里，而且再也不用担心电池起火爆炸的危险；手机、笔记本电脑等电子设备，不仅续航能力大幅提升，还能在瞬间完成充电。实现这一切的关键，或许就藏在全固态电池的研究突破之中。

全球对于全固态电池的研制热情正不断高涨，而且逐渐将目光聚焦到硫化物技术路线上。大量的资金和科研力量持续投入，让这条技术路线备受瞩目。与此同时，卤化物固态电解质的纯用或混用也开始进入人们的视野，也许在不久的将来，不同的电解质路线会在各自适合的场景中逐步定型，就像为不同的锁找到了最合适的钥匙。

在材料研发领域，寻找高性能的固态电解质是重中之重。国内不少企业已经在硫化物固态电解质方面取得了一定成果，具备了小批量供应能力。但大规模生产工艺依旧是横亘在面前的一座大山。硫化物电解质化学稳定性和空气稳定性差，遇到水汽就会生成剧毒的硫化氢，这就使得制备过程必须在全干燥环境下进行，批量生产的难度极大，而且原材料硫化锂的价格还很高。氧化物电解质虽然有自己的优势，可硬度太高，导致固固界面接触很差，要实现批量生产，必须进行纳米级粉体加工。聚合物电解质呢，室温电导率低，得加热到60度以上才能正常使用。

再看看正负极材料。负极材料正在从传统的石墨向硅基负极过渡，未来还有望进一步升级到锂金属负极。不过硅碳负极存在体积膨胀大的问题，锂金属负极也还不够成熟，它活性高，表面钝化层锂离子扩散能垒较高，容易促进锂枝晶形成，一旦锂枝晶生长，就可能引发短路，让电池失效。正极材料目前主要还是以高镍三元为主，像富锂锰基等新型正极技术还处于远期规划阶段，要真正走向市场，还有很长的路要走。

制造工艺的改进对于全固态电池的发展也至关重要。由于固态电解质和电极都是干性固体材料，无法像液态电解液那样渗透到电极孔隙中形成紧密接触，这就导致界面接触面积不足，存在微观缝隙，锂离子传输路径受阻，界面电阻大幅增加。而且在充放电时，电极材料的膨胀收缩还会让界面分离形成裂纹。为了解决这些问题，科研人员想了不少办法。比如引入食品行业中的真空设备工艺，这一创新工艺能够制造出压缩率和厚度偏差符合要求的全固态电池电芯，提高电池内部结构的稳定性。还有就是探索替代干法电极技术中PTFE粘结剂的材料，这样既能解决环保问题，又能保证离子传导需求，减少因粘结剂问题导致的安全隐患。

在安全性能提升上，科研人员也做了很多努力。材料体系优化方面，像北京大学庞全全研究员课题组设计合成的玻璃相硫化物LBPSI电解质材料，应用在锂硫电池中，能实现快速固固反应速率和高循环稳定性，大大提升了电池的安全性能。优化正负极材料，采用能承受更大电流冲击的材料，也能降低电池在充放电过程中的安全风险。在电池结构设计创新上，太蓝新能源与长安汽车联合发布的无隔膜固态锂电池技术十分亮眼，减掉隔膜，并在极片表面导入高致密复合固态电解质层，不仅保证了高锂离子传导能力，还兼顾提供耐热性，展现出耐挤压、耐过充、耐高温等安全特性。从声子工程角度出发，华中科技大学动力与储能电池实验室开发出的超薄固态聚合物电解质，通过减少外部声子散射，为电解质提供更为规律的热扩散通道，增强了聚合物的内部热导率，提升了固态锂离子电池的热安全性能。

能量密度的提升同样是研究的重点方向。新材料研发成果不断，中国科学院青岛生物能源与过程研究所研发出的新型硫化锂正极材料，能量密度超600Wh/kg，比容量达每克1165.23mAh，接近理论值，搭配商业化硅碳负极组装全电池后，常温下循环400次放电，比容量仍能保持初始容量的97%以上。中国科学技术大学马骋课题组采用氯化物构筑的新型正极材料氯化钛锂，极为柔软，冷压后相对密度超86.1%，室温离子电导率高达1.04mS/cm，复合物正极中活性物质载量可达95%质量比，在1小时充放电速率下，室温下可稳定循环2500圈。在优化电池结构上，太蓝新能源研发出的车规级全固态锂金属电池，单体容量120Ah，实测能量密度达720Wh/kg。孚能科技开发的氧化物/聚合物复合体系全固态电池，采用锂金属负极和高镍正极，能量密度可达500Wh/kg，还研发了独特的电解质层工艺，能实现超薄电解质层的高效制备。制造工艺的改进也为能量密度提升助力，容百科技开发了适配于硫化物和卤化物体系的湿法成膜和干法成膜技术，其1微米级LPSC硫化物固态电解质制备的全固态电池，在1000周循环后保持率在80%以上。先导智能研发出全干法电极制造设备，良率达99.2%，有助于提升全固态电池的能量密度和生产效率。

成本降低也是全固态电池走向大规模应用必须要解决的问题。在原材料方面，中国科学技术大学马骋教授开发出的氧硫化磷锂，以成本低廉的水合氢氧化锂和硫化磷作为原材料合成，原材料成本仅14.42美元每公斤，不到其它硫化物固态电解质原材料成本的8%。通过工艺优化、提升良率、利用硫化氢等的化学转化工艺技术，也能降低硫化锂的生产成本。在生产工艺上，引入新型制造工艺，比如食品行业中的真空设备工艺，解决界面接触问题的同时，还能提高生产效率和产品质量，降低生产成本。推广干法电极技术，推动替代PTFE粘结剂的材料开发，在降低成本的同时解决环保问题。随着硫化锂和硫化物固态电解质的规模化生产、干法电极技术的引入、安全材料和零部件设备的简化，电芯BOM成本有望逐步降低，预计到2035年，电芯BOM成本有望降至0.4元/Wh以下。通过优化电池结构设计，采用更紧凑的结构，减少不必要的材料使用和简化制造工艺，也能降低成本。

虽然全固态电池在研究上取得了不少进展，但目前仍然存在诸多问题。在生产工艺方面，极片制造工艺中，湿法工艺若溶剂与电解质化学不兼容，就可能降低电解质的离子电导率，而干法工艺又存在膜片分散性、均匀性挑战。电芯致密化成型也有难题，电芯内部存在孔隙缺陷，致密度低会降低固态电池性能发挥，极片边缘受压还可能导致搭接短路等问题。成本方面，固态电解质和更高理论容量的正负极等原材料成本较高，全固态电池对生产环境与原材料纯度要求极高，生产工艺和质量控制要求更严苛，生产设备替换率大，产业链也不完善，这些都推高了成本。技术线路上，全球固态电池研发形成了聚合物、氧化物、硫化物和卤化物等多条技术路线，但都还处于研究开发阶段，没有一条完全成熟，不同电解质材料路线都面临界面适配性难题，企业在技术路线选择上也存在分歧，还没有确定性的技术线路。

全固态电池的未来充满希望，但也面临着诸多挑战。科研人员正在不断努力，攻克一个又一个难题，也许在不久的将来，全固态电池就能走进我们的生活，为我们的能源使用带来一场全新的变革 。