一加Ace2 Pro官宣：普及16G內(nèi)存 引領(lǐng)24G
一加官方今天繼續(xù)為本月發(fā)布的新機(jī)一加Ace2 Pro帶來(lái)預(yù)熱，公布了內(nèi)存方面的信息。“淘汰 8GB ，12GB 起步，16GB 普及，24GB 引領(lǐng)，還有呢？#一加Ace2Pro#，2023 年 8 月，敬請(qǐng)期待。”同時(shí)
近日，工業(yè)和信息化部（以下簡(jiǎn)稱“工信部”）正式發(fā)布強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《電動(dòng)汽車用動(dòng)力蓄電池安全要求》（以下簡(jiǎn)稱“電池新國(guó)標(biāo)”），該標(biāo)準(zhǔn)將于2026年7月1日起正式實(shí)施。
值得注意的是，電池新國(guó)標(biāo)對(duì)熱失控后的安全要求進(jìn)行了重大升級(jí)，從原先的“5分鐘內(nèi)不起火、不爆炸”提升為“完全不起火、不爆炸”，并新增規(guī)定要求煙氣毒性不得對(duì)乘員生命構(gòu)成威脅。這一系列嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)被業(yè)內(nèi)稱為“史上最嚴(yán)電池安全令”。
傳統(tǒng)液態(tài)電池的安全隱患始終難以根除，其能量密度正逐漸接近理論上限，而在低溫環(huán)境下其性能也難以滿足電動(dòng)汽車需求。在此背景下，全固態(tài)電池憑借其高能量密度和卓越的安全性等優(yōu)勢(shì)，成為“下一代電池技術(shù)”的重要發(fā)展方向。然而，全固態(tài)電池領(lǐng)域的研究長(zhǎng)期以來(lái)一直受到固態(tài)電解質(zhì)材料電化學(xué)性能、固固界面穩(wěn)定性以及其產(chǎn)業(yè)化工藝等難題的制約。
對(duì)此，時(shí)代周報(bào)推出《固態(tài)電池：能源革命的下一個(gè)奇點(diǎn)》專題報(bào)道，深入探討這一有望重塑萬(wàn)億級(jí)能源產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)變革。4月17日，時(shí)代周報(bào)記者對(duì)安徽大學(xué)材料學(xué)院朱凌云教授進(jìn)行了專訪，就當(dāng)前全固態(tài)電池的研究進(jìn)展及其安全性、穩(wěn)定性是否真如外界所宣稱的那樣可靠等問(wèn)題展開(kāi)了深入探討。
受訪者供圖
“全固態(tài)電池的研發(fā)絕非一蹴而就，我始終認(rèn)為這是一項(xiàng)復(fù)雜且具有挑戰(zhàn)性的工作。”朱凌云介紹道，目前，其團(tuán)隊(duì)主要聚焦于硫化物電解質(zhì)的研究，團(tuán)隊(duì)規(guī)模約為20人。硫化物電解質(zhì)因其卓越的離子傳導(dǎo)率以及其優(yōu)異的界面可調(diào)控性能，被廣泛認(rèn)為是極具產(chǎn)業(yè)化前景的全固態(tài)電池技術(shù)路線。
安全性突破與隱患并存
時(shí)代周報(bào)：全固態(tài)電池主要擬解決什么問(wèn)題？您團(tuán)隊(duì)在固態(tài)電池領(lǐng)域的研究方向是什么？
朱凌云：當(dāng)前動(dòng)力電池面臨的主要挑戰(zhàn)之一是其安全性問(wèn)題，尤其是其著火風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)液態(tài)電池的起火隱患，許多研究者都在積極探索解決方案，例如通過(guò)改性液態(tài)電解液來(lái)提升其阻燃性能。安徽大學(xué)材料學(xué)院的全固態(tài)電池實(shí)驗(yàn)室也投身于相關(guān)研究，包括新型鋰鹽的合成以及高安全性凝膠態(tài)電解質(zhì)的開(kāi)發(fā)。盡管如此，我們的主要目標(biāo)還是研究通過(guò)迭代方式解決電池的安全性問(wèn)題，即重點(diǎn)研究高性能固態(tài)電解質(zhì)。
在硫化物固態(tài)電解質(zhì)的研究領(lǐng)域，提升其鋰離子傳導(dǎo)率的同時(shí)，抑制硫化氫的生成是一個(gè)至關(guān)重要的課題。由于硫化氫具有危險(xiǎn)性，因此提升材料在空氣中的穩(wěn)定性，尤其是對(duì)微量水分的耐受性，已成為我們實(shí)驗(yàn)室當(dāng)前研究的重點(diǎn)。我們研發(fā)出了一種新型配方，可將硫化氫的生成量降低至普通未改性材料的十分之一以下。
與此同時(shí)，硫化物電解質(zhì)的電化學(xué)穩(wěn)定性較差，其狹窄的電化學(xué)窗口限制了應(yīng)用范圍。因此，如何拓寬硫化物的電化學(xué)窗口，使其適用于不同類型的正極材料，也是當(dāng)前研究的一個(gè)重要方向。此外，全固態(tài)電池的理想研究目標(biāo)是使用金屬鋰負(fù)極來(lái)實(shí)現(xiàn)高能量密度，因此對(duì)金屬鋰負(fù)極穩(wěn)定的硫化物電解質(zhì)也是短期內(nèi)亟待解決的關(guān)鍵研究課題。
時(shí)代周報(bào)：近期工信部擬將“電池不起火”納入強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)，引發(fā)行業(yè)熱議。全固態(tài)電池如何實(shí)現(xiàn)安全性的突破？目前其在熱穩(wěn)定性方面，以及充放電過(guò)程中是否仍存在安全隱患？
朱凌云：電動(dòng)車碰撞起火絕大多數(shù)的根源在于電池破損。然而，采用了全固態(tài)電池技術(shù)，是否就能實(shí)現(xiàn)完全穩(wěn)定呢？目前來(lái)看，全固態(tài)電池尚未達(dá)到完全穩(wěn)定安全的狀態(tài)，特別是倍率充電過(guò)程中有鋰枝晶的析出，實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證已發(fā)現(xiàn)這類問(wèn)題。
雖然我們可以研發(fā)使用不可燃的電解質(zhì)材料，但在充放電過(guò)程中，電池內(nèi)部仍有形成新的金屬鋰枝晶風(fēng)險(xiǎn)。理論上，由于鋰的還原性極強(qiáng)，新生態(tài)的鋰會(huì)導(dǎo)致部分電解質(zhì)變質(zhì)，一旦電池破損泄漏接觸空氣，電池還會(huì)起火。因此，如何抑制金屬鋰枝晶的產(chǎn)生，將是液態(tài)電池和近未來(lái)的全固態(tài)電池都需要面對(duì)的共同挑戰(zhàn)。
此外，我還有另一個(gè)觀點(diǎn)：短期內(nèi)全固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化，并不意味著液態(tài)電池將徹底退出歷史舞臺(tái)。液態(tài)電池仍將在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)繼續(xù)使用。因此，工信部出臺(tái)相關(guān)政策以解決安全問(wèn)題，是非常有必要的。在大量電池仍在使用的情況下，提高安全標(biāo)準(zhǔn)不僅對(duì)國(guó)內(nèi)電池生產(chǎn)環(huán)境提出了更高要求，也對(duì)電池研究人員開(kāi)發(fā)新型阻燃電解液或阻燃方法起到了積極的推動(dòng)作用。
時(shí)代周報(bào)：當(dāng)前國(guó)內(nèi)外全固態(tài)電池的發(fā)展現(xiàn)狀如何？日韓在全固態(tài)電池技術(shù)上與我國(guó)的差距如何？哪個(gè)國(guó)家目前在技術(shù)上處于領(lǐng)先地位？
朱凌云：從技術(shù)研究層面來(lái)看，日本在全固態(tài)電池領(lǐng)域的研究基礎(chǔ)更為深厚。在一些前沿問(wèn)題上，他們積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，這是其顯著優(yōu)勢(shì)。然而，我們中國(guó)的優(yōu)勢(shì)在于能夠“集中力量辦大事”。因此，在短期內(nèi)，我們有超越他們的潛力，并且正在展現(xiàn)出這種趨勢(shì)。在全固態(tài)電池生產(chǎn)環(huán)節(jié)，雖然我國(guó)與日本還存在一定差距，但在工藝和生產(chǎn)能力方面，這些差距并非不可逾越。韓國(guó)的情況與日本相近。
在國(guó)內(nèi)，從設(shè)備和工業(yè)能力來(lái)看，并不遜色于日本的電池公司。在研發(fā)人員方面，像寧德時(shí)代、比亞迪和國(guó)軒高科等電池企業(yè)，都已組建了幾百人規(guī)模的團(tuán)隊(duì)研發(fā)生產(chǎn)全固態(tài)電池，進(jìn)展也比較順利。同時(shí)國(guó)內(nèi)新興企業(yè)不斷涌現(xiàn)，還有院士團(tuán)隊(duì)牽頭投資的企業(yè)，發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁，眾多的企業(yè)即將下線全固態(tài)電池產(chǎn)品。
核心技術(shù)突破：硫化物電解質(zhì)的創(chuàng)新攻堅(jiān)
時(shí)代周報(bào)：對(duì)于固態(tài)電解質(zhì)和電極界面間的相容性問(wèn)題，目前存在哪些難點(diǎn)？有哪些創(chuàng)新的解決思路？全固態(tài)電池技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室邁向產(chǎn)業(yè)化，需要攻克哪些關(guān)鍵技術(shù)？產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中哪些環(huán)節(jié)最為重要？
朱凌云：全固態(tài)電池的理想結(jié)構(gòu)應(yīng)是三層直接復(fù)合，即正極、電解質(zhì)層和負(fù)極疊加在一起，類似于我們最初宣傳的固態(tài)電池概念——所謂的“三明治結(jié)構(gòu)”。然而，目前生產(chǎn)方面我們還無(wú)法完全實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。盡管前面所述硫化物電解質(zhì)具有形成界面完美結(jié)合的優(yōu)勢(shì)，如在高壓力下，硫化物顆粒之間的結(jié)合界面可以像膠的熔融一樣而消失，但是在充放電過(guò)程中，體積膨脹會(huì)導(dǎo)致新的界面開(kāi)裂，這仍然是一個(gè)棘手的問(wèn)題。
在實(shí)驗(yàn)室中，通常借助 300 兆帕的高壓實(shí)現(xiàn)電池界面的完美結(jié)合。然而，工業(yè)化批量生產(chǎn)時(shí)，壓力需要控制在 5 兆帕以下，而且還需保證這些固固界面不會(huì)隨電池充放電時(shí)材料的膨脹和收縮引起電池邊緣開(kāi)裂等新?tīng)顩r的產(chǎn)生。
為此，研究人員正在開(kāi)發(fā)一種新型的中間過(guò)渡層，該過(guò)渡層由高離子傳導(dǎo)性的彈性高分子粘接劑構(gòu)成，就像 “口香糖” 一樣，既能牢固黏結(jié)正負(fù)極與電解質(zhì)層，又能保證鋰離子自由穿梭。
時(shí)代周報(bào)：全固態(tài)電池對(duì)正極材料和負(fù)極材料的要求有哪些改變？硫化物路線的穩(wěn)定性和成本問(wèn)題是否有解決方案？
朱凌云：電池的容量主要取決于正極材料，正極容量越高，電池整體容量也越高。在固態(tài)電池中，為提升容量，可以通過(guò)減少負(fù)極重量來(lái)實(shí)現(xiàn)。短期內(nèi)，固態(tài)電池可能仍會(huì)采用硅碳或石墨作為負(fù)極材料，這就需要減薄負(fù)極厚度。如果未來(lái)能采用金屬鋰作為負(fù)極，并找到適配的新型電解質(zhì)，而且能穩(wěn)定運(yùn)行，全固態(tài)電池將迎來(lái)大規(guī)模應(yīng)用的春天。
而從追求更高能量密度的角度出發(fā)，磷酸鐵鋰受其理論比容量的限制，將不會(huì)是固態(tài)電池正極材料的理想選擇。未來(lái)，高容量的正極材料，如硫化合物或硫黃等，可能是固態(tài)電池正極材料的發(fā)展方向。
固態(tài)電池成本方面，雖然目前看成本高，但長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，這并非不可逾越的障礙。硫化物固態(tài)電解質(zhì)所使用的原料除鋰外，硫、磷、氯、氧、氮等原料并不昂貴。隨著產(chǎn)業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大，成本有望降低，就像液晶電視顯示屏產(chǎn)業(yè)一樣，產(chǎn)業(yè)初期一英寸價(jià)格超 100 美元，后來(lái)隨著產(chǎn)業(yè)發(fā)展產(chǎn)量增加，成本會(huì)大幅度下降，未來(lái)價(jià)格不用擔(dān)心。
產(chǎn)業(yè)化挑戰(zhàn)與應(yīng)用前景展望
時(shí)代周報(bào)：固態(tài)電池的制備工藝目前處于什么水平？與傳統(tǒng)電池工藝相比，哪一環(huán)節(jié)最具技術(shù)挑戰(zhàn)？實(shí)驗(yàn)室研究中都遇到了哪些困難？
朱凌云：全固態(tài)電池的制備工藝研究目前面臨一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：采用與傳統(tǒng)電池相近涂布工藝，很難找到一種適合硫化物電解質(zhì)特性的溶劑，使其在與硫化物電解質(zhì)接觸時(shí)不會(huì)降低其鋰離子傳導(dǎo)性。因此，從面向未來(lái)產(chǎn)業(yè)的觀點(diǎn)來(lái)看，固態(tài)電池的生產(chǎn)最好采用干法工藝，如干法正極、干法負(fù)極和干法電解質(zhì)膜。
然而，據(jù)我了解，國(guó)內(nèi)許多企業(yè)目前仍主要采用液態(tài)涂布工藝來(lái)生產(chǎn)電解質(zhì)膜，因?yàn)楦煞姌O技術(shù)尚未完全成熟。所以截至目前，固態(tài)電池的實(shí)驗(yàn)室研究與產(chǎn)業(yè)化工藝之間仍存在較大的差距。
在實(shí)驗(yàn)室中，全固態(tài)電池研究已接近瓶頸。實(shí)驗(yàn)室設(shè)備資源有限，若要擴(kuò)大研究規(guī)模，如試驗(yàn)制備少量軟包電池，低露點(diǎn)的干房和大壓力的復(fù)合設(shè)備都需要與企業(yè)聯(lián)合研究。然而，眾多的小型企業(yè)也缺乏相應(yīng)設(shè)備，且不太可能投入大量資金購(gòu)置專用設(shè)備。此外，下一步全固態(tài)電池的極片內(nèi)串復(fù)合疊加結(jié)構(gòu)的研究，電池極片之間完美的界面結(jié)合是制備工藝中的巨大挑戰(zhàn)，現(xiàn)有大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備難以滿足進(jìn)一步研發(fā)的需求。
時(shí)代周報(bào)：從時(shí)間節(jié)點(diǎn)來(lái)看，您是否認(rèn)同業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為全固態(tài)電池將在2028年至2030年間實(shí)現(xiàn)商業(yè)化這一觀點(diǎn)？在應(yīng)用前景方面，您認(rèn)為最可能率先應(yīng)用固態(tài)電池的應(yīng)用市場(chǎng)是電動(dòng)車、儲(chǔ)能、消費(fèi)電子，還是其他領(lǐng)域？
朱凌云：這種觀點(diǎn)具有一定的合理性。據(jù)我估計(jì)，今年或許多家企業(yè)的全固態(tài)電池的容量可能達(dá)到20安時(shí)以上，也將能推出和下線真正意義上的全固態(tài)電池。預(yù)計(jì)到2027年，固態(tài)電池將能實(shí)現(xiàn)小批量裝車。盡管這并不意味著大規(guī)模應(yīng)用，但至少可以證明全固態(tài)電池在2030年之前有望在市場(chǎng)上占據(jù)一席之地。
從實(shí)驗(yàn)室研究的角度來(lái)看，若要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用，全固態(tài)電池最理想的優(yōu)先應(yīng)用場(chǎng)景應(yīng)該是3C消費(fèi)電子領(lǐng)域。小型全固態(tài)電池的10分鐘快充特性，非常適合手機(jī)用戶對(duì)電池性能的使用要求。
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