新突破！科研团队攻克固态电池领域关键难题 业内：实现低成本商用仍需跨越材料制备等多重“工程化量产”鸿沟

每经记者：朱成祥 胥帅 每经编辑：陈旭

继上个月清华大学张强团队在《自然》杂志发表关于固态电池领域的研究进展后，国内固态电池研究又取得新突破。

近日，中国科学院物理研究所黄学杰团队联合华中科技大学、中国科学院宁波材料技术与工程研究所等组成的研究团队开发出一种阴离子调控技术，解决了全固态金属锂电池中电解质和锂电极之间难以紧密接触的难题，为其走向实用化提供了关键技术支撑。据了解，相关研究成果已于10月7日发表在国际学术期刊《自然-可持续发展》上。

固固界面问题一直是全固态电池两大难以攻克的问题之一。专注于新能源锂电领域的投研平台真锂研究认为，这一成果为全固态金属锂电池走向实用化提供了关键技术支撑。

解决全固态电池金属锂界面问题

在行业内，上述研究成果引发高度关注。不少电池企业高管都在朋友圈转发了中国科学院物理研究所官网文章，并向黄学杰表示祝贺。黄学杰是中国科学院物理研究所研究员、博士生导师，也是中国最早研究固态电池技术路线的学者之一陈立泉的学生。

黄学杰曾在9月向《每日经济新闻》记者提到固态电池“固-固界面”施加压力的问题。对于最新的研究成果，记者也多次致电黄学杰并发去采访提纲，暂未获得有效回复。

固态电池中，最核心的当属固态电解质和负极材料。固态电解质很大程度上可以解决安全性问题，负极材料则能大幅提升能量密度。

头豹研究院工业行业分析师文上告诉《每日经济新闻》记者，与传统的液态锂电池相比，固态电池在固态电解质、负极材料及正极复合结构这三个方面均存在革新。其中，固态电解质的更换是核心，其材料体系、制备工艺和性能突破均与液态电池形成根本性差异，直接引发负极材料和正极与电解质界面结构的连锁变革。与此同时，负极材料尤其是硅碳负极和锂金属负极的应用推动了能量密度的跃升。相比之下，正极材料虽有迭代（如锰系、硫系材料的引入），但整体仍以改良现有体系为主，变化幅度相对较小。

目前，主流负极材料为石墨负极，当下正在走向硅碳负极。而能量密度超高的锂金属负极，则是终极目标。

不过，固态电解质与金属锂电极的界面接触问题一直是制约其产业化的难题。传统做法依靠笨重的外部设备持续施压，但锂电极和电解质之间仍然存在大量微小孔隙和裂缝。这不仅会缩短电池寿命，还可能带来安全隐患。

为破解这一困境，中国科学院研究团队在电解质中引入碘离子。在电池工作时，这些碘离子会在电场作用下移动至电极界面，形成一层富碘界面。这层界面能够主动吸引锂离子，自动填充所有的缝隙和孔洞，让电极和电解质始终保持紧密贴合。

一位业内人士表示，上述革新是在电解质中“预置可迁移阴离子”，利用充放电电场把它们定向迁移到Li（锂）界面，原位长出自适应Li-rich（富锂）界面，且在低压、零外压环境下也能长期贴合与自修复。

突破：解决硫化物固-固界面工程化难题

固态电池所采用的固态电解质，目前可分为硫化物、氧化物、聚合物和卤化物四大路线。硫化物由于离子电导率接近液态电解质，成为全固态电池主流路线。不过，固-固界面却是阻碍其产业化的一座大山。

此次黄学杰团队的研究成果，为硫化物电解质解决固-固界面问题提供了解法。

10月11日下午，《每日经济新闻》记者来到天齐锂业创新实验研究院，见到了天齐锂业创新实验研究院院长刘杨。天齐锂业创新实验研究院位于四川省眉山市，该实验室以下一代高性能锂电池新型锂材料研究为核心，同时开展矿产资源综合利用、新型提锂技术、电池回收等方向的研究。

天齐锂业创新实验研究院 每经记者 胥帅 摄

“我注意到了（固态电池论文）研发成果。他们在材料中添加了碘离子，以提高锂离子的导电率，从而解决了固态电池工程化的一个关键问题。这对我们布局固态电池和相关原材料、功能性材料是一个积极的消息。”刘杨向《每日经济新闻》记者表示，论文提到解决固态电池“固-固界面动态接触问题”，这是推进工程化应用的全球共性挑战。

全固态金属锂电池“制造”和“运行”分别要经历“高”和“低”两种压力，在高压力下金属锂发生蠕变易引发电池短路，而低压力下固-固界面又会接触不良，金属锂负极本身具有体积效应，循环中界面劣化问题严重。在此情况下，把握固态电池压力的“火候”就十分重要。在刘杨看来，这篇论文证实即使给予固态电池轻微压力，也能满足应用需求。这避免了实验室条件下对极端条件的依赖。

与科研成果一样，企业其实也注意到碘离子的变量。“时间大概是在去年初，我们通过多个路径去研究固态电池的相关材料，其中就对含碘元素锂盐进行相关调研和立项研发。”刘杨说，公司通过文献研究、自主研发以及行业交流等途径，持续更新最新技术信息，对未来电池技术发展趋势进行前沿布局。固态电池材料研究的目的关键还是要找到同时具备成本优势和功能优势的元素组合。尽管含碘材料并不贵，但难度在于高纯度含碘锂盐的制备过程及规模化。“结合现在最新科研成果，我们也会去思考这一路线的可行性、拓展性及工程化。”

《每日经济新闻》记者注意到，相比碘离子“加入”的难度，刘杨认为硫化锂的难度系数要更高。

“硫化锂的生产路径理论上有很多种，但是实际生产当中各有利弊。”刘杨说，硫化锂制成方法包括爆炸反应、碳热还原法等，但弊端在于部分工艺会涉及高温高压且硫化锂吸水易产生硫化氢气体。这意味着固态电解质制作工艺上的处理难度较大，需要专门的密闭空间以防止与水分子接触，“这限制了大规模生产，理想情况下，我们需要研发一种对环境稳态、界面稳态、高离子导电率、且具备量产化工艺途径的固态电解质材料。”刘杨告诉记者，解决方法之一是“浆态还原法”新技术，希望通过开拓中低温合成条件下硫化锂合成反应的可行性，这样能有利于连续化生产。

硫化锂样品 图片来源：天齐锂业

固态电池产业链机会在哪里？

值得注意的是，当下固态电池并未实现量产，尚没有进入规模降本阶段，因此如果用固态电池替代同等容量的液态电池，可能会导致整车价格大幅提高。在无人机、机器人等领域，固态电池具有广阔的应用前景，尤其在需要高能量密度、轻量化以及低温性能良好的场景中，固态电池优势明显，这也会慢慢打开固态电池的需求，进而带动规模化生产。

关于固态电池产业链，文上对每经记者表示，总体来看，固态电池产业链上游材料设备形成了国内厂商主导量产、国外厂商把控核心技术的竞争格局。设备呈现中后端强、前端弱的特点。粉碎混合、干燥烧结、成型涂布等中后端设备国产化率较高，已实现规模化替代；而超高纯原料合成、界面修饰、高剪切分散、高端检测等前端设备仍高度依赖进口。预计未来5年至10年，随着国内企业在ALD（原子层沉积）核心部件、磁控溅射靶材、高剪切分散机等领域取得的技术突破，固态电池设备国产化率有望提升，推动全产业链自主可控进程。

具体来看，硫化物电解质设备中，国内厂商包括先导智能、赢合科技、曼恩斯特、江苏龙鑫智能等；国外厂商包括日本住友重工、德国Manz AG等。

除了关键材料固态电解质外，负极材料则是提升能量密度的关键。在硅碳负极设备方面，文上告诉记者，CVD（化学气相沉积）与预锂化是技术制高点，产品依赖进口，国内厂商正在快速替代，涉及设备包括纳米硅制备设备、预锂化设备。在该领域设备中，国内厂商包括纽姆特、北方华创、中微公司等；国外厂商包括美国应用材料、日本东京电子等。

硫化锂路线之外，中国固态电池氧化物、聚合物路线的规模生产也有好消息。10月3日，据“北京房山”官方消息，北京市“3个100”重点工程中的标杆项目——北京卫蓝高性能固态锂离子电池量产建设项目，已于近日实现钢结构主体封顶，标志着项目建设取得关键性进展。

北京卫蓝董事长俞会根告诉记者，他也注意到上述论文，论文中提到的固态电池需要有可移动的碘离子（卤离子），目前尝试是含碘的硫化物固态电解质。对于氧化物和聚合物路线，主要通过复合原位固化全固态应对“固-固界面接触问题”，不需要解决压力，但仍然要做一些优化工作。他强调，全固态电池仍然面临工程化量产的挑战。

此次中国科学院黄学杰团队在硫化物电解质固-固界面难题上的突破，无疑为全固态电池的实用化进程注入了一剂强心针。然而，从实验室的“关键技术支撑”到真正规模化、低成本的商业应用，固态电池仍需跨越材料制备、工艺优化以及成本控制等多重“工程化量产”的鸿沟。

对于产业链而言，这既是挑战，更是机遇。