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能量密度與安全性的平衡,是電池技術迭代的永恒命題,而全固態電池正是破解這一命題的關鍵鑰匙。
10月23日,2025新能源電池產業發展大會上,欣旺達動力科技股份有限公司中央研究院院長徐中領發布了聚合物固態電池新品——“欣·碧霄”。這是欣旺達第一代全固態電池產品,能量密度達到400wh/kg,20Ah的電芯在不到1MPa的超低外加壓力下,實現循環壽命1200周,并通過200℃熱箱等嚴苛的安全測試,具有超高的安全性。
徐中領在發布會上表示,欣旺達計劃今年年底建成0.2G瓦時的具備更高兼容性的固態電池中試線,將實現兼容60安時的電芯單體的制備,同時制程速度可以達到10ppm。此外,他還劇透,欣旺達已經成功試制了520Wh/kg的鋰金屬超級電池的實驗室樣品;安全性方面,循環后的鋰金屬電池仍然可以通過200℃的熱箱,3mm針刺和115%SOC過充測試,具備全生命周期安全性。
在大規模量產的時間表上,欣旺達電子股份有限公司副總裁兼CSO梁銳表示,全固態電池樂觀地看,2030年以后可能小批量生產,而且它會和液態鋰電池長期并存。
01
性能突破:數字背后的技術攻堅戰
1MPa的超低壓力、1200周的循環壽命、200℃熱箱的安全測試……這一系列數字背后,是欣旺達研發團隊在材料、設計和工藝上的三大系統性創新。
核心電解質突破
針對傳統聚合物電解質離子電導率低、機械強度差的明顯短板,欣旺達創新性地開發了柔性的高導鋰聚合物,配合高解離度的鋰鹽和功能性的多元填料,并引入了錨定位點的阻燃高強聚合物。這使得新型聚合物固態電解質膜室溫離子電導率突破了2.5mS/cm,比傳統聚合物提升了5倍以上,足以媲美硫化物電解質膜的水平;同時,其厚度降至12微米,已接近常規液態電解質隔膜的厚度,并實現了本征安全。
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高性能電極與界面
為實現400Wh/kg的超高能量密度,電池采用了全新的納米化高熵硅負極材料,其比容量高達2700mAh/g,達到傳統石墨負極的7倍以上,并且首效也達到96%,循環壽命比傳統硅負極提升了一倍以上。
同時,團隊采用了極片固態化技術和原位致密化技術,將極片的孔隙率從常規的25%以上降至5%,成功構建了良好的鋰離子導電網絡,克服了固態體系中因無液態電解液而無法在孔隙中傳輸鋰離子的核心難題。
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針對高硅負極在循環中的膨脹問題,團隊巧妙地在其表面構筑了不足一微米的高粘性界面層,實現了高延展性、自修復和高粘接力的效果,使界面阻抗降低30%,從而保證了在1MPa超低壓力下的穩定循環。
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此外,一款“真全固態”電池要通過120℃真空烘烤6小時的嚴苛測試。結果顯示,欣旺達全固態電芯失重率小于0.9%,達到了全固態電池的標準,并且烘烤后的電芯仍可正常工作。
02
行業發展:技術平衡與產業協同
目前全固態電池還處于早期階段,首先要解決技術問題,然后是技術層面的性能優化,以及產業鏈協同與商業化節奏的理性把控。在這些方面,欣旺達都有著自己的認知和節奏。
路線抉擇:率先落地“聚合物”
在固態電池的技術路線上,存在著聚合物、氧化物、鹵化物,硫化物四大路徑,而欣旺達將首發產品押注于聚合物上。
“短期,它是落地最快的。”徐中領對《電動汽車觀察家》坦言。
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徐中領分析了其他幾條主要路線的特點:氧化物本身材質比較硬,加工性能比較差,很難單獨成膜,所以現在氧化物電解質用于半固態體系更多一點。另外兩個主要路線就是硫化物和聚合物,硫化物它的優點是非常明顯的,它的離子電導率非常高,可以達十幾個毫西,成膜之后也能達到3個毫西左右的水平。但硫化物路線目前在環境敏感性、生產工藝裝備、應用與成本等層面還未達到產業化標準。聚合物最大的問題就是離子電導率問題,其加工性、成本這些方面都是比較友好的。
除了落地速度,聚合物路線的制造工藝與液態電池有更多共性,是其另一大優勢。徐中領對比指出,硫化物固態界面問題是比較突出的挑戰,生產和應用均需要高外加壓力,“生產效率會大大降低”,而“我們現在這個方案,制造過程中不需要特別的高壓,工藝設備與液態體系通用性高。” 這對于控制成本、快速導入量產至關重要。
技術層面:從界面到性能的持續優化
徐中領坦言,聚合物電解質雖解決了離子電導率和兼容性等關鍵問題,但仍有優化空間:“現在極片孔隙率降到5%,我們還希望進一步把它降低到1%,因此進一步優化配方工藝將是我們下一階段的工作重點”;鋰金屬電池雖能量密度優勢顯著,“循環壽命從300多周提升到500多周,實現了全生命周期高安全性,具有一定的應用場景,但壽命有待進一步提升,且快充等問題仍需重點攻關”。
此外,固態電池的工程化問題也需突破,徐中領指出:“小試階段能解決材料、化學體系、電芯設計和工藝可行性等核心技術問題,但工程化需要解決全尺寸電芯界面一致性、批次穩定性、環境管控等問題,這些不是‘有和無’的問題,而是‘好和更好’的問題,需要量產經驗、設備優化和工藝迭代來支撐。”
行業層面:商業化節奏的理性把控
對于全固態電池的商業化時間表,行業內存在不同判斷。欣旺達電子股份有限公司副總裁兼CSO梁銳表示:“日本和美國企業曾聲稱2027年實現全固態電池產業化,我個人感覺有些過于自信,最樂觀的是2030年以后可能小批量生產,而且它不可能大規模取代液態鋰電池。鉛酸電池100多年了還在應用,固態電池和液態電池會長期并存。”
梁銳認為,應該理智地看待商業化產品培養的過程,它是有自己的規律的。
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欣旺達電子股份有限公司副總裁兼CSO梁銳
徐中領也認同這一觀點,他在采訪中分析:“全固態電池不會一上來就全面鋪開,會優先在飛行器、機器人這些對能量密度和安全要求高的場景首先實現商業化突破——這些場景對成本不敏感,是‘Yes or No’的剛需,能快速驗證技術價值;待產業鏈成熟、成本降下來,再向車用領域滲透,并且固態和液態電池是互補而非取代關系——就像鈷酸鋰、三元、磷酸鐵鋰各有應用場景一樣。”
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03
未來競爭:是“馬拉松”而非“百米沖刺”
面對固態電池發展,梁銳認為沒有捷徑可以走,企業必須踏實深入研究。
鋰電池產業不同于其他產業,不同的企業的設備、工藝甚至控制指標都不相同。“做固態電池我覺得也大概率會走這樣一條道路,每一個企業都要去在產品體系開發、產品設計、工藝開發以及設備研發方面,都要有自己的團隊和設計思路。”梁銳說道。
梁銳認為,在固態電池領域取得領先地位的企業,首先“要足夠大,要有實力,你要有錢,還要有投資”;其次要“有比較優秀的人才”和“創新的思維”;最后,必須“做一些產學研的合作”。
梁銳認為,固態電池是漸進式發展的過程,欣旺達選擇從半固態到全固態的發展路徑。
徐中領則在工程化層面給出了信心:“只要科學上的可行性問題解決掉了,并且有明確的應用場景,工程和市場化方面我相信中國人應該是不落后于其他國家。”他補充道,“所以只要它有市場,我相信我們可以做得更快更好。”
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