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固態(tài)電池能否成為“六邊形戰(zhàn)士”？
市場(chǎng)對(duì)于固態(tài)電池總是抱有許多期待。早期，關(guān)注點(diǎn)聚焦于技術(shù)路線的突破與選定。現(xiàn)在，隨著硫化物固態(tài)電解質(zhì)逐漸成為業(yè)內(nèi)共識(shí)，并錨定2027年為全固態(tài)電池初步量產(chǎn)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，市場(chǎng)又開(kāi)始追求固態(tài)電池成為“六邊形戰(zhàn)士”。作為動(dòng)力電池上車(chē)的緊迫，疊加eVTOL等新興市場(chǎng)的推動(dòng)，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(shí)現(xiàn)均衡發(fā)展。
其中，倍率性能越來(lái)越成為“審視”固態(tài)電池的關(guān)鍵指標(biāo)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(jìng)爭(zhēng)，固態(tài)電池依舊被期待達(dá)到4C以上的快充能力。
同時(shí)，eVTOL、人形機(jī)器人等應(yīng)用基于更多元的場(chǎng)景，也對(duì)電池的瞬時(shí)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(chǎng)已開(kāi)始熱炒固態(tài)電池帶動(dòng)新型導(dǎo)電劑（如單壁碳納米管）需求增長(zhǎng)的預(yù)期與邏輯。
然而，盡管市場(chǎng)對(duì)快充型固態(tài)電池寄予厚望，實(shí)際進(jìn)展卻相對(duì)緩慢。
根據(jù)高工鋰電對(duì)近年已公開(kāi)固態(tài)電池產(chǎn)品的梳理，宣稱實(shí)現(xiàn)4C以上快充性能的產(chǎn)品中，絕大部分仍為半固態(tài)電池。市場(chǎng)上尚無(wú)成熟的快充型全固態(tài)電池產(chǎn)品，而已發(fā)布的全固態(tài)電池，其技術(shù)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(yùn)營(yíng)場(chǎng)景，其選擇與電池企業(yè)合作，并行推進(jìn)高能量密度與高倍率固態(tài)電池的研發(fā)。這從側(cè)面印證，快充性能依舊是全固態(tài)電池亟待突破的關(guān)鍵瓶頸。
近期，固態(tài)電池企業(yè)中科深藍(lán)匯澤在行業(yè)會(huì)議上指出，快充固態(tài)電池的核心是實(shí)現(xiàn)離子和電子的快速協(xié)同輸運(yùn)。全固態(tài)電池實(shí)現(xiàn)快充有其本體優(yōu)勢(shì)，在于固態(tài)電解質(zhì)通常具有高于液態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率，且鋰離子傳輸過(guò)程無(wú)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(guò)固固界面?zhèn)鬏?。因此，解決固固界面問(wèn)題是實(shí)現(xiàn)快充全固態(tài)電池的首要問(wèn)題。
以硫化物固態(tài)電解質(zhì)為例，盡管離子電導(dǎo)率較高，但為避免鋰枝晶在鋰金屬或碳基負(fù)極中形成，并引發(fā)短路，電池通常需在較低電流密度下運(yùn)行。此外，為維持電解質(zhì)-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(xué)界總結(jié)出的提升固態(tài)電池快充性能的策略包括：提升電解質(zhì)電導(dǎo)率、在正負(fù)極材料中構(gòu)建離子/電子混合傳輸通道、改善固固界面問(wèn)題。這些策略主要涉及新型材料的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)，如高熵固態(tài)電解質(zhì)、復(fù)合電解質(zhì)、合金化鋰金屬負(fù)極和均質(zhì)化正極等。
值得關(guān)注的是，均質(zhì)化正極的設(shè)計(jì)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(duì)傳統(tǒng)正極中離子傳輸材料、導(dǎo)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(shí)現(xiàn)能量密度與倍率性能的同時(shí)提升。
基于以上策略，部分研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)取得了顯著進(jìn)展。例如，有團(tuán)隊(duì)基于硫化物-鹵化物復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)，在正極活性物質(zhì)比例達(dá)到95%時(shí)，實(shí)現(xiàn)了49C的超高倍率充放電，并保持了較長(zhǎng)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(xué)張強(qiáng)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了高通量電解質(zhì)計(jì)算軟件，能夠從海量分子中篩選出適合快充體系的電解質(zhì)材料，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(diǎn)。
然而，盡管快充型全固態(tài)電池在實(shí)驗(yàn)室階段取得了一定進(jìn)展，但在產(chǎn)業(yè)化的道路上仍面臨諸多挑戰(zhàn)。例如，固態(tài)電解質(zhì)在生產(chǎn)過(guò)程中，由于其從粉末變?yōu)楸∧ば螒B(tài)，可能導(dǎo)致離子電導(dǎo)率降低，且可能需要額外引入導(dǎo)電材料進(jìn)行改善。
另有業(yè)內(nèi)人士指出，根據(jù)專利檢索，日本在高功率固態(tài)電池領(lǐng)域的布局相對(duì)領(lǐng)先，這使得國(guó)內(nèi)固態(tài)電池團(tuán)隊(duì)在全固態(tài)快充電池的技術(shù)布局和產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)上，面臨較大的競(jìng)爭(zhēng)壓力。因此，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同創(chuàng)新，破解快充技術(shù)瓶頸，將成為接下來(lái)實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池商業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵方向之一。
