全固态电池技术突破：迈向商业化关键一步

国庆期间，全固态电池技术的进展如雨后春笋般涌现，成为科技界关注的焦点。

10月7日，中国科学院黄学杰团队在《自然-可持续发展》上发表了关于全固态电池研究的最新论文，并受到新华社等媒体的广泛报道。这项研究的核心在于解决了全固态电池的“固-固界面”难题。

论文指出，该研究可以使固态电池在充放电时形成动态自适应界面（DAI），从而在低压甚至零外压下维持稳定循环。此外，软包电池在300次循环后容量仍高于70%，并支持5C级充放倍率。

另一项重要进展来自中国科学院金属研究所的团队，他们通过“分子尺度”的创新，大幅降低了固态电池的界面阻抗，提升了离子传输效率，相关成果发表在《先进材料》上。

清华大学张强教授团队也在节前有一项关于固态电池电解质的研究被《自然》收录。这意味着，中国科研团队接连发表了三篇重要的技术论文，不断宣告这一领域的重大突破。

尽管这三项技术仍处于论文和实验室阶段，距离实际的全固态电池商业化、工程化应用及落地量产还有很长的路要走。这正如智能驾驶的L3、L4阶段一样，虽然前景广阔，但实现之路仍充满挑战。

固-固界面的“拦路虎”

“技术确实取得了重要突破。”然而，对于DAI技术何时能落地，一位电池技术专家对此表示沉默。

但此前与一位电池专家的交流中了解到，根据他的经验，相关领域的论文爆发现象后，大致需要5~8年才能达到量产阶段。因此，如果以现在为爆发点计算，2030年能大规模量产算是比较快的了。

此次论文的通讯作者黄学杰先生，也是中国科学院物理研究所的博士生导师，目前兼任松山湖材料实验室副主任。

黄学杰在接受媒体采访时介绍，金属锂负极被视为锂电池中的“理想负极”，但锂金属负极与固体电解质之间的界面处易生成孔洞且随循环而恶化，导致界面接触失效和性能快速衰减。换句话说，固-固界面的难题仍然是“拦路虎”。

此前行业普遍认为，固态电解质更安全，因为它不含可燃的有机溶剂。然而，中国汽车技术研究中心首席科学家王芳在论坛中指出，“虽然固态电池的安全边界确实比液态电池更宽，但一旦突破边界，后果可能比液态电池更严重。”同时，目前全行业的难题是除了成本高企之外，全固态电池的“固-固界面”问题短期内无法解决。

固-固界面的阻抗问题是固态电池三大问题之首，也是最核心的问题。从技术角度来看，界面问题是最难解决的问题。

此次论文提出的解决之道是将“静态膜”变成“动态体”，通过引入碘离子在电解质中形成富碘界面。这种界面能够主动吸引锂离子，自动填充所有的缝隙和孔洞。

此前行业內通行的做法以丰田的“外部加压”模式为主。但这种方法会增加电池的体积和重量，难以商业化。丰田后来与出光兴产合作才宣布找到解决之道。

此外，美国马里兰大学提出的“还原性亲电体(REs)策略”也是另一种方法。然而，这种方法的缺点是界面层稳定性需长期循环验证且规模化制备工艺复杂。

换一种电解质，再“烤一下”

除了解决固-固界面问题外，中国研发团队还选择了从固态电解质的材料下手。清华大学化工系张强教授团队成功开发出一种新型含氟聚醚基聚合物电解质（PTF-PE-SPE）。

采用这种新型材料的无负极软包电池可实现高达604Wh/kg的重量能量密度和1027Wh/L的体积能量密度。相比之下，当今最强的液态电解质锂电池能量密度几乎是其两倍。

值得一提的是，通过稳定阴离子氧化还原过程本身来打破LRMO的衰减链条从而阻止氧气生成这一不可逆的最终步骤。

“原位聚合”技术将液态的单体前驱液注入电池内部并通过加热引发聚合反应使其在电极表面直接形成固态电解质。

这款电池的寿命和安全性表现优异。在测试中采用FPE-PE-SPE的电池在循环500次后容量保持率仍有72.1%。针刺测试中满电的FPE-SPE软包电池也表现出对内部短路的超强耐受性。

相似的“原位聚合”做法还包括中科院金属研究所团队的研究。他们设计了一种“全能型”的聚合物材料解决了固态电池的界面阻抗和离子传输效率问题。

效果如何呢？用它做的一体化柔性电池反复弯折2万次后性能几乎没下降。同时复合正极的能量密度直接提升了86%。

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