全固态电池如何走向量产？

  浩博电池网讯：在规模应用和批量生产的目标推动下，固态电池的研发与制备进程不断加速。

  截至2024年5月，包括广汽、上汽在内的多家车企已将“全固态电池量产”这一关键节点提前至2026年，市场热度随之升高。

  然而，在量产真正到来之前，市场对固态电池的态度依旧是期盼与怀疑并存。系统层面如不同技术路线的争鸣、量产快慢的差异，微观环节如材料创新、技术突破、项目签约、产能建设等，高景气与快节奏之下各类事件不断涌现，却也只是冰山浮于海面上的一角。

  窥见固态电池全貌，亟需建立更为纵深和宽广的视角。

  事实上，产业化是技术成熟后的自然结果。国内固态电池研究可追溯至20世纪80年代。以国家863计划支持下作出我国首块固态电池雏形为起点，这片肥沃但安静的土壤开始聚集起诸多科研、产业从业者的身影。

  从材料认知、体系建立，到路线选择，再到瓶颈突破、创新尝试，探路者们长期潜心于基础科学和制备技术两大关键问题，且在不同技术路线上都孵化出了丰硕的果实。

  崔光磊研究员便是其中之一，他领导的团队在固态电池领域取得了显著进展。2022年4月成立的中科深蓝汇泽公司，正是源自崔光磊研究团队近20年的深耕细作。

  崔光磊研究员和联合创始人窦曦博士相识、相交于固态电池“黄埔军校”——德国马普所。二人师从德国化学会主席Klaus Müllen教授，自2005年起便开始合作进行锂离子电池关键材料体系的研究。2009年，崔光磊研究员回国，于中国科学院青岛生物能源与过程研究所组建固态能源系统技术中心。

  自团队成立之初，崔光磊及团队就秉承着老一辈科学家“十年磨一剑”的奋斗精神，静心笃志攻克固态聚合物电池科学难题。

  目前，以中国科学院固态能源系统技术中心为班底，在各级政府的大力支持下，崔光磊已经组建一支200多人的前瞻技术和产业技术并重，以孵化产业技术为目标的新型研发团队和体系。其中，中科深蓝汇泽新能源有限公司（简称：汇泽）就是其中的高性能固态锂电池技术转化的典型产物。

  如此长时间的积淀转化为了什么，成就了什么？

  首先是认知。汇泽精准捕捉到液态锂电池存在安全隐患、能量密度接近极限的痛点，并基于聚合物基固态电解质材料易量产、价格低、结构灵活的三大优势，选择了聚合物基固态电池的发展路线。

  其次是进度。团队首创了“刚柔并济”的新型固态电解质材料和“原位固化”的工艺，解决了固-固界面、室温离子电导和电压窗口等挑战，并基于强大的技术积累，坚持代次研发完成了不同能量密度的四代次电池开发。在掌握核心技术之后，汇泽又建立起国内首条规模化的聚合物基全固态电池中试产线。

  最后是潜力。凭借着在深海、深空等严苛场景的长期可靠性验证，汇泽开始积极布局新能源汽车和高安全储能领域。

  产品上，汇泽通过搭建起包括高安全倍率型电芯、高安全高比能电芯、高安全长循环电芯在内的多元矩阵，追求多维度满足客户需求。

  技术上，团队坚持融会贯通的务实路线，在硫化物、氧化物材料路线上亦有所布局，近期更是聚焦聚合物/硫化物复合路线，在聚合物/硫化物复合全固态电池干法制备和混合传输的均质正极上取得了重大突破，引领全固态锂电池产业技术发展。

  目前，中科深蓝汇泽正规划建设国内首条1GWh聚合物硫化物复合电解质的固态电池产线，且已与多家客户签订战略合作框架协议，客户广泛涵盖全球知名车企、电动船舶、电动飞行器、储能应用等。走过的路才是检验行者的试金石，高性能全固态电池技术应用的大门终将由持续深耕的团队推开。

认知：为何选择聚合物基固态电池

  一家固态电池企业的扬帆起航，离不开对传统锂电池发展痛点的准确认知。

  一方面，有机电解液易燃易爆、存在安全隐患，既关乎生命安全，也是新能源车商业进程中的最大不确定性因素。

  另一方面，受到正负极材料活性的限制，商品锂电池已逼近350Wh/kg的能量密度理论上限；若使用更高活性电极材料来提高能量密度则需革新电解液体系，目前商品化体系高概率会造成额外安全隐患。

  固态电池采用非燃的固态电解质，具备本征安全性；电压窗口高，可适配更高比容量的正负极材料。以上使得更安全、同时能量密度更高的电池成为可能，因此被行业视为终极解决方案，当然也是崔光磊研究员深耕多年的初心所在。

  以此为航向，崔光磊团队基于对固态电解质材料的长期研究与深刻认知，最终锚定了聚合物基以及聚合物复合电解质固态电池这一技术路线。

  崔光磊介绍，聚合物基固态电池的最大优势在于可量产性。它能够沿用约80%的锂电池生产设备，且不包含贵金属，材料成本相对低廉，因此十分有利于固态电池从实验室研发、小规模验证到进入工业化批量制造的快速推动。

  不仅如此，由于聚合物材料更为柔软（机械强度低），电极/电解质间并非刚性接触，很好解决了固-固界面接触易失效这一固态电池瓶颈问题。

  此外，聚合物作为有机物，可以来自天然可持续性材料，且其分子结构具备多样性，经分子结构设计可适配电压窗口更宽泛的正负极材料体系，足以支撑起更高能量密度绿色低碳电池开发的想象空间。

  明确长板之后，研发固态电池还需要对材料体系的局限性建立起精准的、体系化的认知，才能逐一击破。

  首先是电压窗口较窄（小于4V）的问题，已商业化的聚环氧乙烷（PEO）聚合物电解质材料电压窗口窄（<3.67V），其能量密度局限在220Wh/kg左右。需要全新分子结构设计优化能级结构，才能拓宽聚合物电解质的电压窗口耐受性，从而大幅提高能量密度。

  其次是室温下离子电导率低的问题，PEO聚合物电解质材料需在50-80℃高温下运行，达到工作温度需要提供额外能量加热，对于本就能量密度不高的PEO电池，其可用于有效工作的能量就进一步受限，大大制约了其大规模商业化推广。

  这些问题的解决需要形成连续且新颖的策略。而崔光磊团队深耕聚合物多年，在解决聚合物材料短板问题上所采取的精准科学的策略，具备独创性。

深耕：从材料、产品到工艺

  固态电池从电解质到电芯，从实验室到产业化，材料选择、制备策略和落地工艺都十分关键。

  其中在聚合物固态电解质设计上，崔光磊团队在国际上首次提出“刚柔并济-原位固化”的理念。

  首先，通过引入热稳定性好的刚性骨架支撑材料，为固态电池提供高力学性能、优异机械稳定性和高安全性。

  同时，通过设计发明一系列电化学窗口宽、室温离子传输性能优异的“柔”性聚合物基电解质材料，并糅合离子迁移数高的大阴离子聚合物新型锂盐，最终获得强化离子传输、提高界面稳定性的效果。

  该理念一经提出，便引起国际同行广泛关注，聚合物基电解质创始人M. Armand教授以及2019年诺贝尔化学奖得主J. Goodenough教授均高度评价该理念。

  从成果来看，基于“刚柔并济”理念所形成的聚合物基固态电解质材料体系，最高可承受5V以上的电压，远超PEO材料固态电解质的3.67V。基于该体系所制备的聚合物全固态电池，可实现能量密度从250Wh/kg至700 Wh/kg的飞跃。

  而在挑战难度更大的聚合物基固态电池的制造方面，崔光磊团队则于2010年提出了原位固态化-界面融合的技术策略，来构筑电极/电解质一体化紧密结构，解决固态电池电-化-力耦合引起固态电池失效的瓶颈问题。

  2016年，崔光磊团队借鉴传统锂离子电池固态电解质界面（SEI）思路，将聚合物前驱体原位固态化构筑了一体化的聚合物基固态锂电池，强化了多尺度界面的离子传输，显著提升了界面相容性和循环稳定性。2017年，为进一步提升电解质的电化学稳定性，该团队又开发出了可用于5V锂电池的电解质体系。

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