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我們都被騙了?固態(tài)電池的真正瓶頸,根本不是電解質(zhì)!
彭斐
彭斐
原創(chuàng) · 0瀏覽·2026-02-16 07:01 · 北京

[汽車之家 行業(yè)]2026年2月8日,第三屆中國全固態(tài)電池創(chuàng)新發(fā)展高峰論壇高層論壇在北京順利召開。該會議聚焦行業(yè)共性關鍵問題,為我國全固態(tài)電池突破技術瓶頸,實現(xiàn)高質(zhì)量躍升,提供系統(tǒng)性支撐。

北京大學材料科學與工程學院教授夏定國在論壇上指出,能量密度是固態(tài)電池存在的意義,而決定能量密度的,正是正極。如果固態(tài)電池無法在能量上實現(xiàn)跨越,一切愿景都將失去支點。當前討論多聚焦于電解質(zhì)突破,但我們更需清醒認識到:正極材料的創(chuàng)新,才是牽引固態(tài)電池走出實驗室、走向大規(guī)模商業(yè)化的“牛鼻子”。

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以下為會議內(nèi)容精編:

如今我們再度聚焦固態(tài)電池,并非因為它是一個全新概念——早在1991年,國內(nèi)實驗室就已承擔科技部全固態(tài)聚合電池項目。那么為何固態(tài)電池近期重新成為熱點?主要有兩大原因:一是整體科研水平相比上世紀末已有大幅提升;二是應用場景的推動,要求解決液態(tài)鋰離子電池在能量密度、安全性、材料體系等方面的固有瓶頸,推動產(chǎn)業(yè)升級與時代進步。

固態(tài)電池之所以受到重視,正是因為它有望實現(xiàn)高能量密度、高安全、低成本、長壽命等目標。反過來看,如果固態(tài)電池無法實現(xiàn)高能量密度,其發(fā)展意義也將大打折扣。因此,發(fā)展固態(tài)電池必須建立在這一前提之上。

當前,固態(tài)電池不僅是企業(yè)技術的競爭,更是大國工業(yè)競爭的新焦點,是重構(gòu)新能源產(chǎn)業(yè)格局的關鍵制高點。與燃料電池不同,固態(tài)電池已成為全球戰(zhàn)略共識,各國均認為必須推動其發(fā)展以促進生產(chǎn)力進步。

在我國,從政府、行業(yè)組織、科研機構(gòu)、高校到企業(yè)及投資界,都對此高度重視。網(wǎng)絡輿論也持續(xù)助推,不斷有所謂“突破進展”曝光。一提到固態(tài)電池,大眾往往將焦點放在固態(tài)電解質(zhì)上,仿佛只要解決電解質(zhì)問題,固態(tài)電池就能迎刃而解。

但今天我想從另一角度強調(diào):真正決定固態(tài)電池發(fā)展的,其實是正極材料。如果固態(tài)電池能量密度低于液態(tài)電池,其存在意義何在?而決定能量密度的正是正極材料,決定成本的也是正極材料,決定體系穩(wěn)定性的核心還是正極材料。若無正極材料的根本性突破,加上精妙的工程化解決方案,固態(tài)電池難以實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化。任何普及型產(chǎn)品,都必須具備“價廉物美”的屬性。

回顧液態(tài)鋰電池發(fā)展歷程,其能量密度持續(xù)提升是必然趨勢,正如人類能源從柴草向煤炭、石油、天然氣的演進,單位能量對應的碳排放不斷降低,這才有“雙碳”目標的提出。電池能量密度提升,同樣是應用場景發(fā)展的必然需求。

在固態(tài)電池研發(fā)中,許多論文顯示其與磷酸鐵鋰、鈷酸鋰等配對效果良好,尤其是聚合物體系下表現(xiàn)更佳。但問題在于,一旦提高載量、提升倍率,循環(huán)性能就會下降。這是因為在高載量、大電流下,界面處存在局部極化,實際電位遠超材料本身的穩(wěn)定窗口,導致形成高阻抗層,影響循環(huán)穩(wěn)定性。

舉例來說,我們引入超結(jié)構(gòu)設計的高鎳材料,雖然顯著提升了熱穩(wěn)定性(分解溫度提高約50℃),但在針刺實驗中仍會起火。這說明材料熱穩(wěn)定性提升與通過安全測試之間仍有差距。

這也促使我們思考:為什么高鎳體系仍存在安全風險?我們進一步將氟摻雜等技術用于固態(tài)電池體系,發(fā)揮其高容量優(yōu)勢,在循環(huán)125次內(nèi)表現(xiàn)平穩(wěn),但之后性能急劇衰減。原因在于高電位、高電流下,局部極化導致實際電壓窗口超出材料承受范圍,逐漸形成高阻抗層,最終造成性能跳水。

固態(tài)電池的核心挑戰(zhàn)之一在于界面問題。正極在充放電過程中會發(fā)生一定體積變化(雖遠小于硅碳負極),但在高電位下,即使微小變形也會導致局部極化。此外,正極多為晶態(tài)材料,變形時呈各向異性,易導致局部應力集中。雖然通過材料納米化、表面包覆可在一定程度上改善,但包覆并非根本解決之道。我們應致力于開發(fā)低應變、各向同性更優(yōu)的正極材料,以提升電極整體穩(wěn)定性。

另一挑戰(zhàn)是材料兼容性,這直接影響技術路線選擇。不同固態(tài)電解質(zhì)(如氯化物、硫化物、氧化物)與正極材料的匹配性差異顯著。氧化物電解質(zhì)模量過高,硫化物與氯化物則往往需要施加壓力,這不利于商業(yè)化。未來需在材料源頭進行創(chuàng)新,發(fā)展低模量、更易與電極接觸的無機電解質(zhì),或優(yōu)化聚合物電解質(zhì)以拓寬其電壓窗口與電導率適用性。

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高鎳材料雖能實現(xiàn)高容量(如240mAh/g),但四價鎳化學性質(zhì)活潑,氧容易脫出,導致結(jié)構(gòu)崩塌,安全性仍面臨挑戰(zhàn)。相比之下,富鋰材料中的氧穩(wěn)定性更高,因其參與反應的方式不同。這為不同體系的選擇提供了不同思路。

我國鋰電池頭部企業(yè)已在加大固態(tài)電池相關材料的研發(fā)投入。正極材料企業(yè)也應加強自主創(chuàng)新,而非僅僅依賴“挖人”或跟隨。寧德時代、比亞迪、億緯鋰能等企業(yè)已開始圍繞特定正極與電解質(zhì)體系進行布局,構(gòu)建專利壁壘,推動材料與電池的一體化創(chuàng)新。

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固態(tài)電池的發(fā)展離不開對鎳、鋰等金屬的需求,尤其在追求高能量密度時。同時,干法電極、共燒結(jié)、冷燒結(jié)等新工藝,正在顛覆傳統(tǒng)的漿料制備模式,為固態(tài)電池制造帶來新可能。這些工藝與設備的進步,將對產(chǎn)業(yè)化起到關鍵推動作用。

實現(xiàn)固態(tài)電池商業(yè)化,不僅需要高能量密度,也必須控制成本。如果正極材料依賴復雜包覆工藝,成本可能不降反升。我們應通過規(guī)?;⒐に嚭喕约安牧象w系本身的創(chuàng)新來降本,尤其應推動正極與電解質(zhì)在制備過程中的一體化融合,這既有利于性能優(yōu)化,也有助于構(gòu)建專利護城河。

展望未來,固態(tài)電池將針對不同應用場景發(fā)展多元化路線:

高端車型:可優(yōu)先推進能量密度適中、技術成熟的體系(如聚合物質(zhì)電解質(zhì)搭配高鎳或富鋰正極),逐步打通產(chǎn)業(yè)鏈;

大眾市場:可聚焦磷酸鐵鋰體系,主打安全性與成本優(yōu)勢,率先實現(xiàn)規(guī)?;?;

特定領域:可探索硫化物電解質(zhì)與硫正極等顛覆性組合。

未來的產(chǎn)業(yè)格局可能出現(xiàn)兩種模式:一是從材料、電芯到整車的全鏈條閉環(huán)生態(tài);二是平臺化模式,提供標準化的電解質(zhì)-正極解決方案,并可能催生新一代材料巨頭。

最后再次強調(diào):正極材料是固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化的“牛鼻子”,其創(chuàng)新是一項系統(tǒng)工程。電解質(zhì)固然重要,但決定能量密度的核心仍是正極。技術路線多元,產(chǎn)業(yè)走向融合,沒有單一的贏家。未來將是材料創(chuàng)新與工程制造雙輪驅(qū)動,中國產(chǎn)業(yè)需在這兩方面同時發(fā)力,才能在全球固態(tài)電池競爭中占據(jù)主動。(整理/汽車之家 彭斐)

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2026/3/3 13:56:03