“三明治式”固态锂电池三分钟充满电 商业化还需时日

作者： 武子晔

[ 业内有一种说法是三明治式全固态电池的成本比当前的锂电池高4倍以上。 ]

固态电池技术迎来了突破。固态

近日，锂电美国哈佛大学研究团队开发了一种新的池分固态电池，该电池能够循环充电10000次，钟充有望实现3分钟内完全充电，满电并且可持续使用20年。商业

这款固态电池使用的化还是纯金属形式的锂，使用固体电极和固体电解质，三明治式而不是固态锂离子电池中的液体或聚合物凝胶电解质。在实验室中，锂电电池原型能够成功完成 5000至10000次充电循环。池分哈佛大学研究团队对于固态锂金属电池的钟充研究可追溯至去年5月，但彼时的满电技术停留在“10~20分钟内完全充电，10~15年的商业电池使用寿命”层面上。

这款电池的设计灵感来自英式经典三明治。如果将电池想象成三明治，首先一层是面包（锂金属阳极），然后是生菜（石墨涂层），接下来是一层西红柿（第一种电解质）和一层培根（第二种电解质），最后是另一层西红柿和一层面包（阴极）。

研究团队认为，通常其他固态设计中的锂金属阳极会发展出树突状的生长，可以逐渐通过电解质渗透到阴极，进而导致锂离子电池短路。也就是说，锂离子电池在使用过程中产生的树突或枝晶是电池着火的根本原因。而三明治的多层结构可防止枝晶结构生成，在这种设计中，树突在“生菜”和“番茄”中生长，但在“培根”处停止。“培根”屏障阻止枝晶穿过使电池短路，从而防止了故障产生。

“我们着手将这项技术商业化，我们的技术与其他固态电池相比是独一无二的。在实验室中，我们已经在电池的使用寿命内实现了5000到10000次充电循环，而现在即使是同类产品中最好的电池也只有2000到3000次充电循环，而且我们认为扩大电池技术没有任何基本限制，这可能会改变游戏规则。”哈佛大学约翰·A。 保尔森工程与应用科学学院材料科学副教授Xin Li（李新，音译）表示。

目前，研究团队成立的初创公司 Adden Energy（艾登能源公司）宣布已获得哈佛大学技术发展办公室授予的独家技术许可，用于推进该技术的商业化，其目标是将电池缩小为手掌大小的“软包电池”，其组件封装在铝涂层薄膜中。不过，Xin Li去年在接受媒体采访时表示，这项技术的商业化还需要数年时间，同时还面临着许多挑战。

固态电池是指采用固态电解质的锂离子电池，其具备更高的安全性和能量密度，被认为是下一代电动车动力电池的技术方向。现阶段，固态电池在技术指标上领先于三元锂电池。从当前产业布局来看，丰田、宝马、大众、现代等多家国际车企均在固态电池领域进行布局，并加大在固态电池领域的投资。此外，车企和电池制造商纷纷携手攻坚克难，丰田正与松下公司合作，大众则投资了美国电池初创企业QuantumScape（量子景观公司），福特、宝马投资了Solid Power（固态动力公司）。Solid Power的全固态电池理论上可使续航距离最高达到锂电池的2倍，宝马计划于2025年之前开始对配备全固态电池的车辆进行路测，2030年之前上市。奔驰继与Hydro Quebec（魁北克水电公司）合作之后，现在还与Factorial Energy（阶乘能量公司）共同研发固态电池。

不过，目前还未看到量产固态电池搭载在汽车上。早在2011年，丰田就表示将在2015年至2020年推出固态电池，其认为固态电池将完全弥补新能源汽车的续航里程难题，同时还能大力推动新能源汽车普及速度。然而，时至今日，固态电池依旧未能得以正式应用，丰田预计2025年才将实现大规模量产应用，LG新能源则预计2026年实现全固态电池量产。

“对于全固态电池，目前仍存在一些技术难点。”高能时代CEO董思晓在接受第一财经记者采访时表示，一是电解质的批量化、低成本化、稳定化合成问题一直未能有效解决，二是固-固界面问题导致的内阻大的问题未得到解决，三是相应的设备、工艺尚未定型。

其中，固-固界面的问题分为物理层面和化学层面，在物理层面，粉体颗粒在电池充放电循环中会发生体积变大或变小，由于不含有液体，颗粒与颗粒之间、层与层之间容易产生缝隙，带来接触不良，影响离子和电子的传输，电池内阻就会增加，在充放电过程中就会发生极化问题，导致倍率性能下降。在化学层面，如果硫化物电解质材料选型不好，硫化物电解质容易与正负极材料、导电剂、黏接剂材料发生化学反应，因此在电化学环境下，就会在界面上产生锂离子电导率比较低的反应产物，导致电池内阻增大，电池倍率性能降低。

业内有一种说法是全固态电池的成本比当前的锂电池高4倍以上。伊维经济研究院研究部总经理、中国电池产业研究院院长吴辉认为，因为没有量产，所以没法去比较成本，但是现在这些半固态电池的成本都在1元/Wh以上，而液态锂电池电芯的成本大约现在0.7~0.8元/Wh（以三元为主）。全固态电池量产时间可能在2030年。

中国科学院院士、中国电动汽车百人会副理事长欧阳明高此前谈道，材料这种事，要厚积薄发，固态电池真正投入大规模商业应用大概的时间是在2025~2030年之间。

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