“里程焦慮”是電動汽車發(fā)展面臨的核心痛點(diǎn)之一，而全固態(tài)電池被業(yè)界視為破解該痛點(diǎn)的“種子選手”。

據(jù)報(bào)道，國內(nèi)首條大容量全固態(tài)電池產(chǎn)線近日建成，目前正在小批量測試生產(chǎn)，計(jì)劃在2027年—2030年逐步進(jìn)行批量生產(chǎn)。

全固態(tài)電池與鋰離子電池有哪些區(qū)別?真能破解電動汽車“里程焦慮”嗎?未來實(shí)現(xiàn)大規(guī)模推廣應(yīng)用還需攻克哪些難題?圍繞這些熱點(diǎn)話題，科技日報(bào)記者采訪了電池領(lǐng)域相關(guān)專家。

第一問：與鋰離子電池有哪些不同?

“與傳統(tǒng)鋰離子電池相比，全固態(tài)電池最大的不同是電解液的替換，以及整個正負(fù)極材料的優(yōu)化。”溫州大學(xué)碳中和技術(shù)創(chuàng)新研究院院長侴術(shù)雷說。

西湖大學(xué)工學(xué)院助理教授向宇軒告訴記者，全固態(tài)電池使用不易燃的固態(tài)電解質(zhì)替代傳統(tǒng)的液態(tài)有機(jī)電解液，目前主要有硫化物電解質(zhì)、氧化物電解質(zhì)和聚合物電解質(zhì)三條技術(shù)路線。

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

“相比之下，全固態(tài)電池利用固態(tài)電解質(zhì)膜替代多孔聚合物隔膜和有機(jī)電解液。電池充放電過程中，正負(fù)極間的鋰離子可通過固態(tài)電解質(zhì)中特殊離子通道完成輸運(yùn)。”向宇軒說，全固態(tài)電池不僅不會發(fā)生液態(tài)有機(jī)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(fù)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?yán)m(xù)航能力?

“里程焦慮是新能源汽車行業(yè)的痛點(diǎn)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(zhì)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(fù)極材料較低的比容量。而全固態(tài)電池由于固態(tài)電解質(zhì)的穩(wěn)定性和安全性，可以使用更高理論比容量的正負(fù)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(tài)電池的安全性優(yōu)勢，使其在系統(tǒng)集成過程中可部分減少傳統(tǒng)電池的安全結(jié)構(gòu)，整體結(jié)構(gòu)更緊湊。

“若將全固態(tài)電池應(yīng)用在電動汽車上，可以在相同電池包尺寸和質(zhì)量的情況下儲存更多電能，大大提升電動汽車的續(xù)航里程。理論上可以讓電動汽車?yán)m(xù)航超過1000公里。”向宇軒認(rèn)為，雖然目前全固態(tài)電池的規(guī)模化量產(chǎn)還面臨技術(shù)和成本的挑戰(zhàn)，但長遠(yuǎn)來看，全固態(tài)電池有望成為破解電動汽車“里程焦慮”的關(guān)鍵突破口之一。

第三問：距離大規(guī)模推廣應(yīng)用還有多遠(yuǎn)?

“目前全固態(tài)電池的研發(fā)尚處于初期階段，而且其核心材料為固態(tài)電解質(zhì)，這一獨(dú)特屬性使其與鋰離子電池的現(xiàn)有制造工藝有較大區(qū)別。”向宇軒告訴記者，要實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池的大規(guī)模推廣應(yīng)用，還需要破解多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)難題。

侴術(shù)雷也認(rèn)為，全固態(tài)電池若想兼顧高能量密度和長時循環(huán)，并實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用，面臨多項(xiàng)挑戰(zhàn)。

向宇軒分析，全固態(tài)電池中的高性能固態(tài)電解質(zhì)等核心材料，所用原料和工藝成本較高。例如，關(guān)鍵材料的制備和使用過程對空氣較為敏感，需要特殊設(shè)備和嚴(yán)格的環(huán)境控制。這需要在規(guī)模化和低成本合成制備技術(shù)上進(jìn)一步突破，因此全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展成熟仍需時日。

與此同時，全固態(tài)電池中正負(fù)極活性物質(zhì)和固態(tài)電解質(zhì)之間形成的是固-固界面，而充放電過程中活性物質(zhì)的體積變化將會對這種“剛性”界面接觸的穩(wěn)定性帶來極大挑戰(zhàn)。侴術(shù)雷舉例說，全固態(tài)電池采用硅碳負(fù)極后，會出現(xiàn)較大體積膨脹，產(chǎn)生界面之間的阻抗。在實(shí)驗(yàn)條件下，需要很高的壓力才能實(shí)現(xiàn)電池正常工作。

“這需要研究人員從固態(tài)電解質(zhì)的電化學(xué)和力學(xué)性質(zhì)等方面開展深入的機(jī)理研究，以期早日突破固-固界面穩(wěn)定性問題。”向宇軒說，攻克上述關(guān)鍵技術(shù)難題，需要在材料和設(shè)備等多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)協(xié)同創(chuàng)新突破，最終推動全固態(tài)電池的生產(chǎn)和應(yīng)用走向規(guī)模化。

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