中國儲能網(wǎng)訊：“動力電池發(fā)展了20年，能量密度不斷提升，但卻是在結構和工藝上創(chuàng)新得來的，例如短刀、長刀這種電芯層級的結構創(chuàng)新，和如CTB、CTP這種系統(tǒng)結構創(chuàng)新?！?9月21日，在寰球汽車集團主辦的“革新·動能——2024動力電池發(fā)展趨勢論壇”上，中國汽車技術研究中心首席科學家王芳表示，當前的電池技術創(chuàng)新，急需從材料方面創(chuàng)新，固態(tài)電池的材料創(chuàng)新，便是行業(yè)的下一個重要方向。
固態(tài)電池是指采用固態(tài)電解質代替?zhèn)鹘y(tǒng)液態(tài)電解質的新型電池技術。電解質材料主要包括鹵化物、氧化物、硫化物、聚合物等類型。正是由于應用了新材料，固態(tài)電池才具有更高的安全性和能量密度。
以安全方面的電池熱失控為例，傳統(tǒng)液態(tài)電解質的熱失控起始溫度約為150℃，而聚合物固態(tài)電解質普遍在300～400℃，硫化物在200～600℃，氧化物在600℃以上，部分可達1800℃,遠高于液態(tài)電池的熱失控溫度。
同時，在能量密度方面，目前在產的三元鋰電池也僅能做到230Wh/kg左右，但車企和相關電池公司發(fā)布的固態(tài)電池能量密度已突破300Wh/kg以上。例如，東風汽車近日宣布，即將量產能量密度達350wh/kg的半固態(tài)電池，其下一代全固態(tài)電池能量密度將突破550Wh/kg。
另外，即便是固態(tài)電池在業(yè)內已經被炒作了很長時間，但目前仍然沒有量產的全固態(tài)電池。按固態(tài)電池的電解液占比劃分，電解質在5—10%為半固態(tài)，0—5%為準固態(tài)，全固態(tài)電池的電解液則為0。智己L6搭載的半固態(tài)電池的電解液含量為10%。
“全固態(tài)電池的路還有很長?！倍砹_斯工程院外籍院士、浙江大學求是科研教授、中科院客座教授熊樹生表示，固態(tài)電池電解質的固體與固體表面如何導電，現(xiàn)在沒有搞清楚?；陔娊赓|固體與固體的導電問題，目前仍然存在明顯的木桶效應。
從材料特性來看，無論是聚合物氧化物還是硫化物，其作為固態(tài)電解質的綜合表現(xiàn)不佳，如聚合物電解質易加工、生產難度低，但是離子電導率不高，影響充放電性能；氧化物和硫化物電解質具有更高的電導率、安全性和機械強度，但是其制造難度更大，成本更高。
“解決了一個性能另外一個性能又下去了，因此我們要混合電解質融合多種材料來解決這個問題。” 熊樹生表示。
其次是較慢的充放電速度和較快的容量衰減，也是全固態(tài)電池的主要瓶頸。高機械強度的固態(tài)電解質仍難以完全抑制鋰枝晶生長、實現(xiàn)鋰金屬均勻沉積，固-固界面接觸導致穩(wěn)定性降低是電池失效的主要原因。在熊樹生看來，解決辦法就是界面工程與改性，通過材料與工藝兩個維度實現(xiàn)改善。
第三個問題是，固態(tài)電池原材料供應鏈及電池制造設備不完善。目前，固態(tài)電池部分原材料未實現(xiàn)量產，整體產業(yè)鏈尚不完善，固態(tài)電池電極材料成本高，導致固態(tài)電池制造成本高。
但熊樹生認為，供應鏈制造設備不完善的問題不大，因為產品上量了以后就肯定能解決，他主張半固態(tài)電池先行，并以規(guī)?；筒牧铣杀尽?
值得一提的是，固態(tài)電池并不是絕對的安全，只是在高能量密度的材料體系下把安全性能的指標進一步提升。在固態(tài)化的過程中，電池也面臨新的安全挑戰(zhàn)，包括溫度瞬間升高及能量瞬間釋放產生的更劇烈的變化。除了固態(tài)化材料的熱安全性，固固界面的裂化過程是需要解決的重要問題。例如，固固界面接觸的致密度，以及如何保障全生命周期內的穩(wěn)定性。
“對于電池固態(tài)化過程當中的系統(tǒng)設計，除了現(xiàn)有的熱管理設計以外，還要重點關注力學管理，”王芳表示，因為固態(tài)電池的固固界面對外界夾緊力的要求會比較高，一般撞擊或者機械振動就有可能破壞其中的接觸狀態(tài)。
在不久前的2024世界動力電池大會上，中國科學院院士、清華大學教授歐陽明高表示，2030年左右全固態(tài)電池產業(yè)化突破的可能性極大，但同時他表示，固態(tài)電池急不得，要一步一步來，一次性做出來的就只能是一個樣品。
