固态电池商业化难在哪
“固态电池急不得，要一步一步来，一次性做出来的就只能是一个样品。”日前，中国科学院院士、清华大学教授欧阳明高在2024世界动力电池大会上关于固态电池产业化的演讲，引发关注。
所谓固态电池，是指电池单体中只含有固体电极和固态电解质，不含有任何液态电解质、液态溶剂、液态添加剂的锂二次电池。近年来，随着新能源汽车产业迅猛发展，产业界愈加认识到传统液态锂电池能量密度已接近上限，且有机电解液存在热失控风险，难以满足社会对动力电池不断提高的性能要求。相较而言，固态电池因具有高安全性、高能量密度、高功率特性、好的温度适应性和材料选型范围广等优势，已成为全球新一代动力电池产业竞争制高点。目前，中国、韩国、日本、美国和欧盟等均已将固态电池作为重要战略方向，汽车企业和电池企业也纷纷加入相关产业链角逐，以期赢得未来产业发展领先优势。
仅今年上半年，我国就有10多家企业推出固态电池量产时间表。不过，从具体产品来看，这些电池并非真正的全固态电池。比如，上汽智己发布的光年固态电池，“在电解质中加入了10%的浸润液”，实为半固态电池。
“半”与“全”之间，虽然只有一字之差，但其背后折射的不仅是产品性能之别，更是商业化应用之难。要看到，虽然全球固态电池研发已形成聚合物、氧化物、硫化物和卤化物等多条技术路线，但目前还没有一条技术路线完全成熟，大都仍处于研究开发阶段，在材料、界面、电芯等方面存在不少挑战。比如，硫化物电解质化学稳定性、空气稳定性很差，批量生产很难；硅碳负极体积膨胀大、锂负极还不成熟。
在界面方面，电极材料与固态电解质的固固接触也是难题。一方面，物理接触差会导致固态电池在组装后存在较大界面阻抗；另一方面，随着电化学反应不断进行，固态电解质和电极的接触界面难以保持长期稳定性，可能引发持续的副反应，最终影响电池的倍率性能和循环稳定性等。有人形象地比喻，目前固态电池和液态电池中锂离子在正负极之间往复穿梭的导电率的差别，类似于“在沙子里”和“在水里”游泳的不同，前者的突破难度可想而知。
当然，固态电池要实现商业化应用，除了技术攻关和材料性能提升外，关键还要降本。首先，固态电解质和更高理论容量的正负极在内的原材料成本较高。比如，锂硫化物的价格是碳酸锂的5至10倍。其次，固态电池对生产环境与原材料纯度的要求极高，对生产工艺和质量控制提出了更严苛的要求，生产设备替换率也更大。此外，产业链的不完善也会推高成本。
动力电池被喻为新能源汽车的“心脏”。应该说，在我国汽车产业电动化快速发展过程中，动力电池技术的创新和降本起到了主体作用。当前，我国已基本构建了完整的液态锂电池产业生态，涵盖从上游矿产资源、材料制造、电池生产、整车应用到回收利用等各个环节，打破了日韩垄断，成为全球液态锂电池产业领导者。然而，面对固态电池带来的颠覆性风险，面对日韩固态电池专利布局的全球暂时领先，我们既要保持足够清醒，不玩概念或制造营销噱头，扎实推进固态电池基础研究和关键核心技术攻关，同时也要保持战略定力，“欲速则不达，循序渐进或许是最快的速度”。
“固态电池急不得，要一步一步来，一次性做出来的就只能是一个样品。”日前，中国科学院院士、清华大学教授欧阳明高在2024世界动力电池大会上关于固态电池产业化的演讲，引发关注。
所谓固态电池，是指电池单体中只含有固体电极和固态电解质，不含有任何液态电解质、液态溶剂、液态添加剂的锂二次电池。近年来，随着新能源汽车产业迅猛发展，产业界愈加认识到传统液态锂电池能量密度已接近上限，且有机电解液存在热失控风险，难以满足社会对动力电池不断提高的性能要求。相较而言，固态电池因具有高安全性、高能量密度、高功率特性、好的温度适应性和材料选型范围广等优势，已成为全球新一代动力电池产业竞争制高点。目前，中国、韩国、日本、美国和欧盟等均已将固态电池作为重要战略方向，汽车企业和电池企业也纷纷加入相关产业链角逐，以期赢得未来产业发展领先优势。
仅今年上半年，我国就有10多家企业推出固态电池量产时间表。不过，从具体产品来看，这些电池并非真正的全固态电池。比如，上汽智己发布的光年固态电池，“在电解质中加入了10%的浸润液”，实为半固态电池。
“半”与“全”之间，虽然只有一字之差，但其背后折射的不仅是产品性能之别，更是商业化应用之难。要看到，虽然全球固态电池研发已形成聚合物、氧化物、硫化物和卤化物等多条技术路线，但目前还没有一条技术路线完全成熟，大都仍处于研究开发阶段，在材料、界面、电芯等方面存在不少挑战。比如，硫化物电解质化学稳定性、空气稳定性很差，批量生产很难；硅碳负极体积膨胀大、锂负极还不成熟。
在界面方面，电极材料与固态电解质的固固接触也是难题。一方面，物理接触差会导致固态电池在组装后存在较大界面阻抗；另一方面，随着电化学反应不断进行，固态电解质和电极的接触界面难以保持长期稳定性，可能引发持续的副反应，最终影响电池的倍率性能和循环稳定性等。有人形象地比喻，目前固态电池和液态电池中锂离子在正负极之间往复穿梭的导电率的差别，类似于“在沙子里”和“在水里”游泳的不同，前者的突破难度可想而知。
当然，固态电池要实现商业化应用，除了技术攻关和材料性能提升外，关键还要降本。首先，固态电解质和更高理论容量的正负极在内的原材料成本较高。比如，锂硫化物的价格是碳酸锂的5至10倍。其次，固态电池对生产环境与原材料纯度的要求极高，对生产工艺和质量控制提出了更严苛的要求，生产设备替换率也更大。此外，产业链的不完善也会推高成本。
动力电池被喻为新能源汽车的“心脏”。应该说，在我国汽车产业电动化快速发展过程中，动力电池技术的创新和降本起到了主体作用。当前，我国已基本构建了完整的液态锂电池产业生态，涵盖从上游矿产资源、材料制造、电池生产、整车应用到回收利用等各个环节，打破了日韩垄断，成为全球液态锂电池产业领导者。然而，面对固态电池带来的颠覆性风险，面对日韩固态电池专利布局的全球暂时领先，我们既要保持足够清醒，不玩概念或制造营销噱头，扎实推进固态电池基础研究和关键核心技术攻关，同时也要保持战略定力，“欲速则不达，循序渐进或许是最快的速度”。
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