破解“里程焦慮”，全固態電池仍需時日

“里程焦慮”是電動汽車發展面臨的核心痛點之一，而全固態電池被業界視為破解該痛點的“種子選手”。

據報道，國內首條大容量全固態電池產線近日建成，目前正在小批量測試生產，計劃在2027年—2030年逐步進行批量生產。

全固態電池與鋰離子電池有哪些區別？真能破解電動汽車“里程焦慮”嗎？未來實現大規模推廣應用還需攻克哪些難題？圍繞這些熱點話題，科技日報記者采訪了電池領域相關專家。

第一問：與鋰離子電池有哪些不同？

“與傳統鋰離子電池相比，全固態電池最大的不同是電解液的替換，以及整個正負極材料的優化。”溫州大學碳中和技術創新研究院院長侴術雷說。

西湖大學工學院助理教授向宇軒告訴記者，全固態電池使用不易燃的固態電解質替代傳統的液態有機電解液，目前主要有硫化物電解質、氧化物電解質和聚合物電解質三條技術路線。

向宇軒談道，傳統鋰離子電池的主要結構包括石墨負極、磷酸鐵鋰正極（或三元正極）以及正負極之間的多孔聚合物隔膜和液態有機電解液。電池充放電過程中，鋰離子借助液態有機電解液在正負極間來回遷移。

“相比之下，全固態電池利用固態電解質膜替代多孔聚合物隔膜和有機電解液。電池充放電過程中，正負極間的鋰離子可通過固態電解質中特殊離子通道完成輸運。”向宇軒說，全固態電池不僅不會發生液態有機電解液的漏液、腐蝕和燃燒等問題，還允許使用更高容量的正負極材料，因此理論上有望顯著提升電池的安全性和能量密度。

第二問：如何提升電動汽車續航能力？

“里程焦慮是新能源汽車行業的痛點問題，其最根本的原因是目前鋰離子電池的能量密度比較低，在電池包體積和質量受限的情況下，難以提供足夠的電能。”向宇軒說。

向宇軒解釋，鋰離子電池的能量密度主要受限于正負極材料較低的比容量。而全固態電池由于固態電解質的穩定性和安全性，可以使用更高理論比容量的正負極材料，這將直接帶來電池能量密度的大幅提升。

不僅如此，全固態電池的安全性優勢，使其在系統集成過程中可部分減少傳統電池的安全結構，整體結構更緊湊。

“若將全固態電池應用在電動汽車上，可以在相同電池包尺寸和質量的情況下儲存更多電能，大大提升電動汽車的續航里程。理論上可以讓電動汽車續航超過1000公里。”向宇軒認為，雖然目前全固態電池的規模化量產還面臨技術和成本的挑戰，但長遠來看，全固態電池有望成為破解電動汽車“里程焦慮”的關鍵突破口之一。

第三問：距離大規模推廣應用還有多遠？

“目前全固態電池的研發尚處于初期階段，而且其核心材料為固態電解質，這一獨特屬性使其與鋰離子電池的現有制造工藝有較大區別。”向宇軒告訴記者，要實現全固態電池的大規模推廣應用，還需要破解多項關鍵技術難題。

侴術雷也認為，全固態電池若想兼顧高能量密度和長時循環，并實現大規模應用，面臨多項挑戰。

向宇軒分析，全固態電池中的高性能固態電解質等核心材料，所用原料和工藝成本較高。例如，關鍵材料的制備和使用過程對空氣較為敏感，需要特殊設備和嚴格的環境控制。這需要在規模化和低成本合成制備技術上進一步突破，因此全固態電池產業鏈發展成熟仍需時日。

與此同時，全固態電池中正負極活性物質和固態電解質之間形成的是固-固界面，而充放電過程中活性物質的體積變化將會對這種“剛性”界面接觸的穩定性帶來極大挑戰。侴術雷舉例說，全固態電池采用硅碳負極后，會出現較大體積膨脹，產生界面之間的阻抗。在實驗條件下，需要很高的壓力才能實現電池正常工作。

“這需要研究人員從固態電解質的電化學和力學性質等方面開展深入的機理研究，以期早日突破固-固界面穩定性問題。”向宇軒說，攻克上述關鍵技術難題，需要在材料和設備等多領域實現協同創新突破，最終推動全固態電池的生產和應用走向規模化。

來源: 科技日報