▶ 本报记者 叶伟
近日，中国科学院青岛生物能源与过程研究所科研团队在全固态锂电池领域取得新的突破，开发出一种均质化正极材料——锂钛锗磷硫硒。该技术有望让电子设备小型化、长续航的梦想成为现实。
对此，业内人士表示，此次在全固态锂电池领域研发获得新进展，将进一步提高全固态锂电池的使用寿命和能量密度，为全固态锂电池产业化商业化应用打下坚实基础。
技术研发取得突破
全固态电池是相对于液态锂电池而言，是指结构中不含液体，所有材料都以固态形式存在的储能器件。相比当前消费电子产品中普遍使用的锂离子电池，全固态锂电池使用固态电解质，可进一步提升电池的稳定性和安全性。
“虽然固态电池的安全性会逐步提高，但目前对其认知还很不全面，能否达到本质安全还需要从正极、负极等多个路径进行充分验证。”中国科学院物理研究所研究员李泓说。
“目前全固态电池仍在研发阶段，技术还未成熟，主要是电池正极内部的不同材料在化学和物理性质上很难完美匹配，进而影响电池的能量密度和使用寿命。”中南大学冶金与环境学院教授张佳峰表示，此次中国科学院青岛生物能源与过程研究所科研团队开发的均质化正极材料较好地解决了这一问题。
中国科学院青岛生物能源与过程研究所开发的锂钛锗磷硫硒这种全新的电极材料，兼具电导率高、放电比容量高、使用寿命长等优势，可显著提升电池性能。
据介绍，该材料的离子和电子电导率高于传统层状氧化物正极材料1000倍以上，比容量超过目前的高镍正极材料。同时，该材料在充放电过程中仅发生1.2%的体积形变，低于传统层状氧化物正极材料的50%。研究团队发现，使用这种新材料的全固态锂电池，能量密度达到每千克390瓦时，是目前市场上最先进锂离子电池的1.3倍。
“使用该材料的全固态锂电池可以实现大于10000圈的超长循环，电池在经过5000次充放电循环后，仍可保持80%的初始容量，使用寿命更长，能够提供更充足的电量。”中国科学院青岛生物能源与过程研究所研究员崔光磊表示，新材料对开发能量密度高、使用寿命长的储能设备具有重要意义，为全固态锂电池的商业化应用奠定了基础。
企业布局加快
无论是从安全性还是能量密度看，全固态电池是非常有潜力的技术，正在成为企业竞相布局的新赛道。
恩捷股份7月30日在投资者互动平台表示，公司通过控股子公司湖南恩捷前沿新材料科技有限公司布局全固态电池领域，专注于全固态硫化物电解质材料的相关研发工作。目前，湖南恩捷的固态用高纯硫化锂产品已完成小试吨级年产能建设和运行，并搭建完成百吨级硫化锂中试生产线。硫化物固态电解质（LPSC）产品和全固态电解质膜产品均处于送样阶段。
同样，德尔股份近日在投资者关系活动上表示，公司研发的固态电池以氧化物电解质为主，具有安全性高的特点；制造过程采用成熟的涂覆工艺，流程简单易于批量生产，性能及成本均有显著优势。目前，该公司的固态电池研发成果已通过第三方机构的针刺试验、过充电试验和加热试验，未来可广泛应用于电动汽车、穿戴设备、无人机、日用消费等多领域。
此外，太蓝新能源、卫蓝新能源、清陶科技等企业纷纷宣布了固态电池的量产进度和技术突破。太蓝新能源成功制备出世界首款超高能量密度720Wh/kg，单体容量120Ah全固态锂金属电池，刷新了体型化锂电池的最大单体容量和最高能量密度纪录；卫蓝新能源则专注于混合固液电解质锂离子电池与全固态锂电池的研发与生产，已在北京房山和江苏溧阳建立了两大生产基地；清陶科技致力于打造固态电池全产业链，已建成国内首条1GWh固态锂电池生产线，并实现了固态锂电池的产业化，其续航超千公里的长续航固态电池已在上汽的新款车型上得到应用。
另一组数据也印证了我国企业正在加快布局固态电池赛道。高工锂电发布的数据显示，今年前7个月我国固态电池新增产能（含规划、落地）超过142GWh，共涉及投资总金额超644亿元。
仍需攻克多个难关
业内专家表示，目前我国全固态电池技术还处于产品导入前的萌芽阶段，预计全固态电池在2027年可实现小规模示范装车，2030年实现大规模量产装车。
为什么全固态电池产业化商业化还有一段距离？其原因在于，全固态电池的商业化量产还需攻克多个难关。
李泓坦言，成本过高、制作条件严苛、商品化属性不足，制约着当下全固态电池快速发展。
如何加快全固态电池产业化落地？“固态电池是下一代锂电池技术的公认趋势也是必然选择。”清陶(昆山)能源发展股份有限公司总经理、高级工程师李峥表示，全固态电池要规模化量产，关键要看整车企业，整车企业的主动性和带动效应一定会带动整个产业链快速发展。同时，通过材料创新提升电池性能，工艺创新降低电池成本，设备创新实现量产工艺。
李泓说：“一方面要将现有的材料和工艺稍加改进，形成半固态电池解决方案；另一方面应逐步通过全新的材料工艺，发展更高性能、更安全、更便宜的全固态电池。”
此外，界面稳定性是保证电池安全性的重要因素。李泓表示：“通过热引发、光引发、电化学反应将液态电解质转换为固态电解质是提升电池安全性的唯一途径。基于原位固态化的混合固液电芯工艺，能够实现原位再包覆、形成连续界面和离子通道，在改善安全的同时提升电芯持续充放电性能。”
