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

據報道，國內首條大容量全固態(tài)電池產線近日建成，目前正在小批量測試生產，計劃在2027年—2030年逐步進行批量生產。

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？未來實現(xiàn)大規(guī)模推廣應用還需攻克哪些難題？圍繞這些熱點話題，科技日報記者采訪了電池領域相關專家。

(資料圖)

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，以及整個正負極材料的優(yōu)化。”溫州大學碳中和技術創(chuàng)新研究院院長侴術雷說。

西湖大學工學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)電解質替代傳統(tǒng)的液態(tài)有機電解液，目前主要有硫化物電解質、氧化物電解質和聚合物電解質三條技術路線。

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

“相比之下，全固態(tài)電池利用固態(tài)電解質膜替代多孔聚合物隔膜和有機電解液。電池充放電過程中，正負極間的鋰離子可通過固態(tài)電解質中特殊離子通道完成輸運。”向宇軒說，全固態(tài)電池不僅不會發(fā)生液態(tài)有機電解液的漏液、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：如何提升電動汽車續(xù)航能力？

“里程焦慮是新能源汽車行業(yè)的痛點問題，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極材料較低的比容量。而全固態(tài)電池由于固態(tài)電解質的穩(wěn)定性和安全性，可以使用更高理論比容量的正負極材料，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)電池的安全結構，整體結構更緊湊。

“若將全固態(tài)電池應用在電動汽車上，可以在相同電池包尺寸和質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續(xù)航超過1000公里。”向宇軒認為，雖然目前全固態(tài)電池的規(guī)模化量產還面臨技術和成本的挑戰(zhàn)，但長遠來看，全固態(tài)電池有望成為破解電動汽車“里程焦慮”的關鍵突破口之一。

第三問：距離大規(guī)模推廣應用還有多遠？

“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，這一獨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，要實現(xiàn)全固態(tài)電池的大規(guī)模推廣應用，還需要破解多項關鍵技術難題。

侴術雷也認為，全固態(tài)電池若想兼顧高能量密度和長時循環(huán)，并實現(xiàn)大規(guī)模應用，面臨多項挑戰(zhàn)。

向宇軒分析，全固態(tài)電池中的高性能固態(tài)電解質等核心材料，所用原料和工藝成本較高。例如，關鍵材料的制備和使用過程對空氣較為敏感，需要特殊設備和嚴格的環(huán)境控制。這需要在規(guī)模化和低成本合成制備技術上進一步突破，因此全固態(tài)電池產業(yè)鏈發(fā)展成熟仍需時日。

與此同時，全固態(tài)電池中正負極活性物質和固態(tài)電解質之間形成的是固-固界面，而充放電過程中活性物質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)。侴術雷舉例說，全固態(tài)電池采用硅碳負極后，會出現(xiàn)較大體積膨脹，產生界面之間的阻抗。在實驗條件下，需要很高的壓力才能實現(xiàn)電池正常工作。

“這需要研究人員從固態(tài)電解質的電化學和力學性質等方面開展深入的機理研究，以期早日突破固-固界面穩(wěn)定性問題。”向宇軒說，攻克上述關鍵技術難題，需要在材料和設備等多領域實現(xiàn)協(xié)同創(chuàng)新突破，最終推動全固態(tài)電池的生產和應用走向規(guī)模化。（記者 劉園園）

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