芯耀
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固態(tài)電池能否成為“六邊形戰(zhàn)士”？
市場對于固態(tài)電池總是抱有許多期待。早期，關注點聚焦于技術路線的突破與選定?，F(xiàn)在，隨著硫化物固態(tài)電解質逐漸成為業(yè)內共識，并錨定2027年為全固態(tài)電池初步量產的時間節(jié)點，市場又開始追求固態(tài)電池成為“六邊形戰(zhàn)士”。作為動力電池上車的緊迫，疊加eVTOL等新興市場的推動，固態(tài)電池被期望在安全性、能量密度、循環(huán)壽命、充放電倍率和成本等方面實現(xiàn)均衡發(fā)展。
其中，倍率性能越來越成為“審視”固態(tài)電池的關鍵指標之一。盡管能量密度瓶頸的突破，已能夠減少充電頻次，但為了與液態(tài)電池競爭，固態(tài)電池依舊被期待達到4C以上的快充能力。
同時，eVTOL、人形機器人等應用基于更多元的場景，也對電池的瞬時充放電和高倍率持續(xù)放電提出更高要求。自2024年下半年起，市場已開始熱炒固態(tài)電池帶動新型導電劑（如單壁碳納米管）需求增長的預期與邏輯。
然而，盡管市場對快充型固態(tài)電池寄予厚望，實際進展卻相對緩慢。
根據高工鋰電對近年已公開固態(tài)電池產品的梳理，宣稱實現(xiàn)4C以上快充性能的產品中，絕大部分仍為半固態(tài)電池。市場上尚無成熟的快充型全固態(tài)電池產品，而已發(fā)布的全固態(tài)電池，其技術突破也鮮少指向倍率性能。
以eVTOL企業(yè)億航智能為例，為匹配不同運營場景，其選擇與電池企業(yè)合作，并行推進高能量密度與高倍率固態(tài)電池的研發(fā)。這從側面印證，快充性能依舊是全固態(tài)電池亟待突破的關鍵瓶頸。
近期，固態(tài)電池企業(yè)中科深藍匯澤在行業(yè)會議上指出，快充固態(tài)電池的核心是實現(xiàn)離子和電子的快速協(xié)同輸運。全固態(tài)電池實現(xiàn)快充有其本體優(yōu)勢，在于固態(tài)電解質通常具有高于液態(tài)電解質的離子電導率，且鋰離子傳輸過程無需溶劑化/去溶劑化步驟。但其瓶頸也十分明顯，體現(xiàn)在鋰離子需通過固固界面?zhèn)鬏敗Ｒ虼?，解決固固界面問題是實現(xiàn)快充全固態(tài)電池的首要問題。
以硫化物固態(tài)電解質為例，盡管離子電導率較高，但為避免鋰枝晶在鋰金屬或碳基負極中形成，并引發(fā)短路，電池通常需在較低電流密度下運行。此外，為維持電解質-活性材料界面的接觸，可能需要施加5 MPa以上的外部壓力。
目前，學界總結出的提升固態(tài)電池快充性能的策略包括：提升電解質電導率、在正負極材料中構建離子/電子混合傳輸通道、改善固固界面問題。這些策略主要涉及新型材料的開發(fā)和設計，如高熵固態(tài)電解質、復合電解質、合金化鋰金屬負極和均質化正極等。
值得關注的是，均質化正極的設計可賦予正極材料體系本身出色的電子和離子傳輸能力，基于此降低對傳統(tǒng)正極中離子傳輸材料、導電添加劑等的需求（可減少近20%的添加量）。由此，原先被占用的空間得以釋放，可全部用于提升活性正極材料的比例，最終實現(xiàn)能量密度與倍率性能的同時提升。
基于以上策略，部分研究團隊已經取得了顯著進展。例如，有團隊基于硫化物-鹵化物復合固態(tài)電解質，在正極活性物質比例達到95%時，實現(xiàn)了49C的超高倍率充放電，并保持了較長的循環(huán)壽命。
此外，人工智能在加速新型材料研發(fā)方面也發(fā)揮了重要作用。例如，清華大學張強團隊開發(fā)了高通量電解質計算軟件，能夠從海量分子中篩選出適合快充體系的電解質材料，并通過實驗驗證其性能，為快充型全固態(tài)電池的研發(fā)提供了新的突破點。
然而，盡管快充型全固態(tài)電池在實驗室階段取得了一定進展，但在產業(yè)化的道路上仍面臨諸多挑戰(zhàn)。例如，固態(tài)電解質在生產過程中，由于其從粉末變?yōu)楸∧ば螒B(tài)，可能導致離子電導率降低，且可能需要額外引入導電材料進行改善。
另有業(yè)內人士指出，根據專利檢索，日本在高功率固態(tài)電池領域的布局相對領先，這使得國內固態(tài)電池團隊在全固態(tài)快充電池的技術布局和產業(yè)化推進上，面臨較大的競爭壓力。因此，推動產業(yè)鏈協(xié)同創(chuàng)新，破解快充技術瓶頸，將成為接下來實現(xiàn)全固態(tài)電池商業(yè)化應用的關鍵方向之一。
