紅魔電競平板評測：大屏幕硬實力
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近日，工業和信息化部（以下簡稱“工信部”）正式發布強制性國家標準《電動汽車用動力蓄電池安全要求》（以下簡稱“電池新國標”），該標準將于2026年7月1日起正式實施。
值得注意的是，電池新國標對熱失控后的安全要求進行了重大升級，從原先的“5分鐘內不起火、不爆炸”提升為“完全不起火、不爆炸”，并新增規定要求煙氣毒性不得對乘員生命構成威脅。這一系列嚴格的標準被業內稱為“史上最嚴電池安全令”。
傳統液態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，而在低溫環境下其性能也難以滿足電動汽車需求。在此背景下，全固態電池憑借其高能量密度和卓越的安全性等優勢，成為“下一代電池技術”的重要發展方向。然而，全固態電池領域的研究長期以來一直受到固態電解質材料電化學性能、固固界面穩定性以及其產業化工藝等難題的制約。
對此，時代周報推出《固態電池：能源革命的下一個奇點》專題報道，深入探討這一有望重塑萬億級能源產業鏈的技術變革。4月17日，時代周報記者對安徽大學材料學院朱凌云教授進行了專訪，就當前全固態電池的研究進展及其安全性、穩定性是否真如外界所宣稱的那樣可靠等問題展開了深入探討。
受訪者供圖
“全固態電池的研發絕非一蹴而就，我始終認為這是一項復雜且具有挑戰性的工作?！敝炝柙平榻B道，目前，其團隊主要聚焦于硫化物電解質的研究，團隊規模約為20人。硫化物電解質因其卓越的離子傳導率以及其優異的界面可調控性能，被廣泛認為是極具產業化前景的全固態電池技術路線。
安全性突破與隱患并存
時代周報：全固態電池主要擬解決什么問題？您團隊在固態電池領域的研究方向是什么？
朱凌云：當前動力電池面臨的主要挑戰之一是其安全性問題，尤其是其著火風險。針對液態電池的起火隱患，許多研究者都在積極探索解決方案，例如通過改性液態電解液來提升其阻燃性能。安徽大學材料學院的全固態電池實驗室也投身于相關研究，包括新型鋰鹽的合成以及高安全性凝膠態電解質的開發。盡管如此，我們的主要目標還是研究通過迭代方式解決電池的安全性問題，即重點研究高性能固態電解質。
在硫化物固態電解質的研究領域，提升其鋰離子傳導率的同時，抑制硫化氫的生成是一個至關重要的課題。由于硫化氫具有危險性，因此提升材料在空氣中的穩定性，尤其是對微量水分的耐受性，已成為我們實驗室當前研究的重點。我們研發出了一種新型配方，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，硫化物電解質的電化學穩定性較差，其狹窄的電化學窗口限制了應用范圍。因此，如何拓寬硫化物的電化學窗口，使其適用于不同類型的正極材料，也是當前研究的一個重要方向。此外，全固態電池的理想研究目標是使用金屬鋰負極來實現高能量密度，因此對金屬鋰負極穩定的硫化物電解質也是短期內亟待解決的關鍵研究課題。
時代周報：近期工信部擬將“電池不起火”納入強制標準，引發行業熱議。全固態電池如何實現安全性的突破？目前其在熱穩定性方面，以及充放電過程中是否仍存在安全隱患？
朱凌云：電動車碰撞起火絕大多數的根源在于電池破損。然而，采用了全固態電池技術，是否就能實現完全穩定呢？目前來看，全固態電池尚未達到完全穩定安全的狀態，特別是倍率充電過程中有鋰枝晶的析出，實驗室驗證已發現這類問題。
雖然我們可以研發使用不可燃的電解質材料，但在充放電過程中，電池內部仍有形成新的金屬鋰枝晶風險。理論上，由于鋰的還原性極強，新生態的鋰會導致部分電解質變質，一旦電池破損泄漏接觸空氣，電池還會起火。因此，如何抑制金屬鋰枝晶的產生，將是液態電池和近未來的全固態電池都需要面對的共同挑戰。
此外，我還有另一個觀點：短期內全固態電池的產業化，并不意味著液態電池將徹底退出歷史舞臺。液態電池仍將在很長一段時間內繼續使用。因此，工信部出臺相關政策以解決安全問題，是非常有必要的。在大量電池仍在使用的情況下，提高安全標準不僅對國內電池生產環境提出了更高要求，也對電池研究人員開發新型阻燃電解液或阻燃方法起到了積極的推動作用。
時代周報：當前國內外全固態電池的發展現狀如何？日韓在全固態電池技術上與我國的差距如何？哪個國家目前在技術上處于領先地位？
朱凌云：從技術研究層面來看，日本在全固態電池領域的研究基礎更為深厚。在一些前沿問題上，他們積累了豐富的經驗，這是其顯著優勢。然而，我們中國的優勢在于能夠“集中力量辦大事”。因此，在短期內，我們有超越他們的潛力，并且正在展現出這種趨勢。在全固態電池生產環節，雖然我國與日本還存在一定差距，但在工藝和生產能力方面，這些差距并非不可逾越。韓國的情況與日本相近。
在國內，從設備和工業能力來看，并不遜色于日本的電池公司。在研發人員方面，像寧德時代、比亞迪和國軒高科等電池企業，都已組建了幾百人規模的團隊研發生產全固態電池，進展也比較順利。同時國內新興企業不斷涌現，還有院士團隊牽頭投資的企業，發展勢頭強勁，眾多的企業即將下線全固態電池產品。
核心技術突破：硫化物電解質的創新攻堅
時代周報：對于固態電解質和電極界面間的相容性問題，目前存在哪些難點？有哪些創新的解決思路？全固態電池技術從實驗室邁向產業化，需要攻克哪些關鍵技術？產業化過程中哪些環節最為重要？
朱凌云：全固態電池的理想結構應是三層直接復合，即正極、電解質層和負極疊加在一起，類似于我們最初宣傳的固態電池概念——所謂的“三明治結構”。然而，目前生產方面我們還無法完全實現這一點。盡管前面所述硫化物電解質具有形成界面完美結合的優勢，如在高壓力下，硫化物顆粒之間的結合界面可以像膠的熔融一樣而消失，但是在充放電過程中，體積膨脹會導致新的界面開裂，這仍然是一個棘手的問題。
在實驗室中，通常借助 300 兆帕的高壓實現電池界面的完美結合。然而，工業化批量生產時，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隨電池充放電時材料的膨脹和收縮引起電池邊緣開裂等新狀況的產生。
為此，研究人員正在開發一種新型的中間過渡層，該過渡層由高離子傳導性的彈性高分子粘接劑構成，就像 “口香糖” 一樣，既能牢固黏結正負極與電解質層，又能保證鋰離子自由穿梭。
時代周報：全固態電池對正極材料和負極材料的要求有哪些改變？硫化物路線的穩定性和成本問題是否有解決方案？
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。在固態電池中，為提升容量，可以通過減少負極重量來實現。短期內，固態電池可能仍會采用硅碳或石墨作為負極材料，這就需要減薄負極厚度。如果未來能采用金屬鋰作為負極，并找到適配的新型電解質，而且能穩定運行，全固態電池將迎來大規模應用的春天。
而從追求更高能量密度的角度出發，磷酸鐵鋰受其理論比容量的限制，將不會是固態電池正極材料的理想選擇。未來，高容量的正極材料，如硫化合物或硫黃等，可能是固態電池正極材料的發展方向。
固態電池成本方面，雖然目前看成本高，但長遠來看，這并非不可逾越的障礙。硫化物固態電解質所使用的原料除鋰外，硫、磷、氯、氧、氮等原料并不昂貴。隨著產業規模的擴大，成本有望降低，就像液晶電視顯示屏產業一樣，產業初期一英寸價格超 100 美元，后來隨著產業發展產量增加，成本會大幅度下降，未來價格不用擔心。
產業化挑戰與應用前景展望
時代周報：固態電池的制備工藝目前處于什么水平？與傳統電池工藝相比，哪一環節最具技術挑戰？實驗室研究中都遇到了哪些困難？
朱凌云：全固態電池的制備工藝研究目前面臨一個關鍵問題：采用與傳統電池相近涂布工藝，很難找到一種適合硫化物電解質特性的溶劑，使其在與硫化物電解質接觸時不會降低其鋰離子傳導性。因此，從面向未來產業的觀點來看，固態電池的生產最好采用干法工藝，如干法正極、干法負極和干法電解質膜。
然而，據我了解，國內許多企業目前仍主要采用液態涂布工藝來生產電解質膜，因為干法電極技術尚未完全成熟。所以截至目前，固態電池的實驗室研究與產業化工藝之間仍存在較大的差距。
在實驗室中，全固態電池研究已接近瓶頸。實驗室設備資源有限，若要擴大研究規模，如試驗制備少量軟包電池，低露點的干房和大壓力的復合設備都需要與企業聯合研究。然而，眾多的小型企業也缺乏相應設備，且不太可能投入大量資金購置專用設備。此外，下一步全固態電池的極片內串復合疊加結構的研究，電池極片之間完美的界面結合是制備工藝中的巨大挑戰，現有大學的實驗室設備難以滿足進一步研發的需求。
時代周報：從時間節點來看，您是否認同業內普遍認為全固態電池將在2028年至2030年間實現商業化這一觀點？在應用前景方面，您認為最可能率先應用固態電池的應用市場是電動車、儲能、消費電子，還是其他領域？
朱凌云：這種觀點具有一定的合理性。據我估計，今年或許多家企業的全固態電池的容量可能達到20安時以上，也將能推出和下線真正意義上的全固態電池。預計到2027年，固態電池將能實現小批量裝車。盡管這并不意味著大規模應用，但至少可以證明全固態電池在2030年之前有望在市場上占據一席之地。
從實驗室研究的角度來看，若要實現大規模應用，全固態電池最理想的優先應用場景應該是3C消費電子領域。小型全固態電池的10分鐘快充特性，非常適合手機用戶對電池性能的使用要求。
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