专访安徽大学朱凌云：研发绝非“一蹴而就”，全固态电池尚未达到理想状态

　　深入探讨这一有望重塑万亿级能源产业链的技术变革。4月17日，

　　“全固态电池的研发绝非一蹴而就，我始终认为这是一项复杂且具有挑战性的工作。”朱凌云介绍道，目前，其团队主要聚焦于硫化物电解质的研究，团队规模约为20人。硫化物电解质因其卓越的离子传导率以及其优异的界面可调控性能，被广泛认为是极具产业化前景的全固态电池技术路线。

　　

　　朱凌云：当前动力电池面临的主要挑战之一是其安全性问题，尤其是其着火风险。针对液态电池的起火隐患，许多研究者都在积极探索解决方案，例如通过改性液态电解液来提升其阻燃性能。安徽大学材料学院的全固态电池实验室也投身于相关研究，包括新型锂盐的合成以及高安全性凝胶态电解质的开发。尽管如此，我们的主要目标还是研究通过迭代方式解决电池的安全性问题，即重点研究高性能固态电解质。

　　在硫化物固态电解质的研究领域，提升其锂离子传导率的同时，抑制硫化氢的生成是一个至关重要的课题。由于硫化氢具有危险性，因此提升材料在空气中的稳定性，尤其是对微量水分的耐受性，已成为我们实验室当前研究的重点。我们研发出了一种新型配方，可将硫化氢的生成量降低至普通未改性材料的十分之一以下。

　　与此同时，硫化物电解质的电化学稳定性较差，其狭窄的电化学窗口限制了应用范围。因此，如何拓宽硫化物的电化学窗口，使其适用于不同类型的正极材料，也是当前研究的一个重要方向。此外，全固态电池的理想研究目标是使用金属锂负极来实现高能量密度，因此对金属锂负极稳定的硫化物电解质也是短期内亟待解决的关键研究课题。

　　

　　朱凌云：电动车碰撞起火绝大多数的根源在于电池破损。然而，采用了全固态电池技术，是否就能实现完全稳定呢？目前来看，全固态电池尚未达到完全稳定安全的状态，特别是倍率充电过程中有锂枝晶的析出，实验室验证已发现这类问题。

　　虽然我们可以研发使用不可燃的电解质材料，但在充放电过程中，电池内部仍有形成新的金属锂枝晶风险。理论上，由于锂的还原性极强，新生态的锂会导致部分电解质变质，一旦电池破损泄漏接触空气，电池还会起火。因此，如何抑制金属锂枝晶的产生，将是液态电池和近未来的全固态电池都需要面对的共同挑战。

　　此外，我还有另一个观点：短期内全固态电池的产业化，并不意味着液态电池将彻底退出历史舞台。液态电池仍将在很长一段时间内继续使用。因此，工信部出台相关政策以解决安全问题，是非常有必要的。在大量电池仍在使用的情况下，提高安全标准不仅对国内电池生产环境提出了更高要求，也对电池研究人员开发新型阻燃电解液或阻燃方法起到了积极的推动作用。

　　

　　朱凌云：从技术研究层面来看，日本在全固态电池领域的研究基础更为深厚。在一些前沿问题上，他们积累了丰富的经验，这是其显著优势。然而，我们中国的优势在于能够“集中力量办大事”。因此，在短期内，我们有超越他们的潜力，并且正在展现出这种趋势。在全固态电池生产环节，虽然我国与日本还存在一定差距，但在工艺和生产能力方面，这些差距并非不可逾越。韩国的情况与日本相近。

　　在国内，从设备和工业能力来看，并不逊色于日本的电池公司。在研发人员方面，像宁德时代、比亚迪和国轩高科等电池企业，都已组建了几百人规模的团队研发生产全固态电池，进展也比较顺利。同时国内新兴企业不断涌现，还有院士团队牵头投资的企业，发展势头强劲，众多的企业即将下线全固态电池产品。

　　核心技术突破：硫化物电解质的创新攻坚

　　

　　朱凌云：全固态电池的理想结构应是三层直接复合，即正极、电解质层和负极叠加在一起，类似于我们最初宣传的固态电池概念——所谓的“三明治结构”。然而，目前生产方面我们还无法完全实现这一点。尽管前面所述硫化物电解质具有形成界面完美结合的优势，如在高压力下，硫化物颗粒之间的结合界面可以像胶的熔融一样而消失，但是在充放电过程中，体积膨胀会导致新的界面开裂，这仍然是一个棘手的问题。

　　在实验室中，通常借助 300 兆帕的高压实现电池界面的完美结合。然而，工业化批量生产时，压力需要控制在 5 兆帕以下，而且还需保证这些固固界面不会随电池充放电时材料的膨胀和收缩引起电池边缘开裂等新状况的产生。

　　为此，研究人员正在开发一种新型的中间过渡层，该过渡层由高离子传导性的弹性高分子粘接剂构成，就像 “口香糖” 一样，既能牢固黏结正负极与电解质层，又能保证锂离子自由穿梭。

　　

　　朱凌云：电池的容量主要取决于正极材料，正极容量越高，电池整体容量也越高。在固态电池中，为提升容量，可以通过减少负极重量来实现。短期内，固态电池可能仍会采用硅碳或石墨作为负极材料，这就需要减薄负极厚度。如果未来能采用金属锂作为负极，并找到适配的新型电解质，而且能稳定运行，全固态电池将迎来大规模应用的春天。

　　而从追求更高能量密度的角度出发，磷酸铁锂受其理论比容量的限制，将不会是固态电池正极材料的理想选择。未来，高容量的正极材料，如硫化合物或硫黄等，可能是固态电池正极材料的发展方向。

　　固态电池成本方面，虽然目前看成本高，但长远来看，这并非不可逾越的障碍。硫化物固态电解质所使用的原料除锂外，硫、磷、氯、氧、氮等原料并不昂贵。随着产业规模的扩大，成本有望降低，就像液晶电视显示屏产业一样，产业初期一英寸价格超 100 美元，后来随着产业发展产量增加，成本会大幅度下降，未来价格不用担心。

　　产业化挑战与应用前景展望

　　

　　朱凌云：全固态电池的制备工艺研究目前面临一个关键问题：采用与传统电池相近涂布工艺，很难找到一种适合硫化物电解质特性的溶剂，使其在与硫化物电解质接触时不会降低其锂离子传导性。因此，从面向未来产业的观点来看，固态电池的生产最好采用干法工艺，如干法正极、干法负极和干法电解质膜。

　　然而，据我了解，国内许多企业目前仍主要采用液态涂布工艺来生产电解质膜，因为干法电极技术尚未完全成熟。所以截至目前，固态电池的实验室研究与产业化工艺之间仍存在较大的差距。

　　在实验室中，全固态电池研究已接近瓶颈。实验室设备资源有限，若要扩大研究规模，如试验制备少量软包电池，低露点的干房和大压力的复合设备都需要与企业联合研究。然而，众多的小型企业也缺乏相应设备，且不太可能投入大量资金购置专用设备。此外，下一步全固态电池的极片内串复合叠加结构的研究，电池极片之间完美的界面结合是制备工艺中的巨大挑战，现有大学的实验室设备难以满足进一步研发的需求。

　　

　　朱凌云：这种观点具有一定的合理性。据我估计，今年或许多家企业的全固态电池的容量可能达到20安时以上，也将能推出和下线真正意义上的全固态电池。预计到2027年，固态电池将能实现小批量装车。尽管这并不意味着大规模应用，但至少可以证明全固态电池在2030年之前有望在市场上占据一席之地。

　　从实验室研究的角度来看，若要实现大规模应用，全固态电池最理想的优先应用场景应该是3C消费电子领域。小型全固态电池的10分钟快充特性，非常适合手机用户对电池性能的使用要求。