全固态电池技术突破频现，中国科研团队引领创新前沿

国庆假期期间，全固态电池领域的技术突破消息如雨后春笋般涌现，密集程度堪比“下饺子”。

10月7日，中国科学院黄学杰团队在《自然-可持续发展》上发表了全固态电池研究的最新论文，获得新华社等媒体广泛转载。该研究的核心突破在于解决了全固态电池的“固-固界面”关键难题。

根据论文，这项研究能使固态电池在充放电过程中形成一层DAI（动态自适应界面），从而在低压甚至零外压下保持稳定循环。在非实验室环境下，软包电池实现了300次循环后容量保持率超过70%，并支持5C级充放倍率。

此外，中国科学院金属研究所团队通过一项“分子尺度”创新，显著降低了固态电池的界面阻抗、提升了离子传输效率，相关成果发表在《先进材料》上。

节前，清华大学张强教授团队的一项固态电池电解质研究也被《自然》收录，这意味着中国科研团队连续发布三项重磅技术论文，宣告该领域的重大进展。

当然，这三项技术仍处于论文和实验室阶段，距离全固态电池的商业化、工程化应用及量产还有很长的路要走。这类似于智能驾驶的L3、L4级别技术“望山跑死马”，我们需保持冷静，深入分析。

固-固界面的“拦路虎”

“技术算是重要突破。”但对于DAI技术何时落地，一位电池技术专家在询问中保持了沉默。

不过，此前与一位电池专家交流时了解到，根据经验，相关领域论文爆发后，大约5~8年能达到量产阶段。因此，以当前为起点，2030年能大规模量产已算较快。

此次论文的通讯作者黄学杰先生，是中国科学院物理研究所博士生导师，兼任松山湖材料实验室副主任。

黄学杰接受媒体采访时介绍，尽管金属锂负极被视为锂电池的“理想负极”，但锂金属负极与固体电解质之间界面易产生孔洞并随循环恶化，导致界面接触失效和性能快速衰减，这是全固态金属锂电池的主要挑战之一。换言之，固-固界面难题仍是“拦路虎”。

此前行业认为，固态电解质因不含可燃有机溶剂而更安全，完美避开燃烧条件，使全固态电池成为理想终极解决方案。

但正如中国汽车技术研究中心首席科学家王芳在论坛上所述，“固态电池的安全边界虽比液态电池宽，但一旦突破边界，后果可能更严重。”同时，全行业面临成本高企外，全固态电池的“固-固界面”问题短期内难以解决。

太蓝新能源董事长兼CTO高翔博士曾表示，固-固界面阻抗问题是固态电池三大问题之首，也是最核心的。界面问题、制造问题和成本问题中，从技术角度看界面问题最难解决。

因此，作为“理想负极”的锂金属负极与固态电解质的接触面在微观下无法“严丝合缝”，不像液态电解质那样，结果界面处产生空隙（void）。

这引发两类灾害：一是电学灾害，离子通道被阻断，电芯内阻上升、极化增大，进而导致非均匀电流与局部热点；二是机械灾害，锂金属负极在剥离（放电）与沉积（充电）过程中体积显著收缩与膨胀，引发锂枝晶生长，锂枝晶可能刺穿电解质，诱发电池短路失效。

此次论文提出的解决方案，特别是DAI，将“静态膜”变为“动态体”，在电解质中引入碘离子，在电场作用下移动至电极界面，形成富碘界面。这层界面能主动吸引锂离子，自动填充缝隙和孔洞，原位生成柔顺且功能性的碘化锂富集层。

此前，行业通行做法以丰田硫化物路线的“外部加压”模式为主。例如，丰田早期全固态电池原型采用外部加压，压力达5MPa。据悉，硫化物电解质与锂金属负极在1MPa压力下，初始阻抗可降低80%；2MPa压力下，锂沉积枝晶生长速率降低90%。

动态自适应界面DAI实现优异的电化学循环性能

但这种方法会增加电池体积和重量，且难商业化。丰田自身未解决全固态电池技术问题，今年与出光兴产合作后才宣布找到解决之道。

另一种方法是美国马里兰大学提出的“还原性亲电体(REs)策略”，利用二氟磷酰氟原位生成20~30nm超薄SREI界面层，兼具疏锂性、电子绝缘性与高离子导（>1mS/cm）。但缺点是界面层稳定性需长期循环验证，规模化制备工艺复杂。

黄学杰团队的方法另辟蹊径。据悉，新设计不仅制造更简单、用料更省，还能提升电池耐用性。美国马里兰大学教授、固态电池专家王春生评价称，“该研究解决了制约全固态电池商业化的关键瓶颈，为实现其实用化迈出决定性一步。”

换一种电解质，再“烤一下”

除了解决固-固界面问题，中国研发团队还从固态电解质材料入手实现技术突破。9月28日消息，清华大学化工系张强教授团队成功开发出一种新型含氟聚醚基聚合物电解质（PTF-PE-SPE）。

采用这种新材料，结合高负载LRMO正极（高容量富锂锰基氧化物）、贫电解液设计（电解液与容量比1.2g/Ah）及无负极结构（使用铜箔作为负极集流体），固态电池可达到604Wh/kg的重量能量密度和1027Wh/L的体积能量密度。

数据上，这几乎是当前最强液态电解质锂电池能量密度的两倍。

值得注意的是，LRMO作为先进正极材料，理论比容量通常超过250-300mAh/g。但LRMO晶格氧的氧化易不可逆，清华大学研究通过稳定阴离子氧化还原过程打破LRMO衰减链条，特别是阻止氧气生成这一不可逆最终步骤。

论文显示，研究人员采用一种“原位聚合”技术，将液态单体前驱液注入电池内部，通过加热引发聚合反应，在电极表面直接形成固态电解质。简单比喻，就像将液态电解质加热固化成固态，“烤一下”粘牢，消除传统固态电解质的孔隙和高界面阻抗问题。

这款电池寿命和安全性表现优异。测试中，采用FPE-PE-SPE的电池在0.5C倍率下循环500次后，容量保持率仍有72.1%。相比之下，传统PE-SPE电解质电池循环50次后容量衰减至80%。针刺测试中，满电FPE-PE-SPE软包电池对内部短路表现出超强耐受性。

类似的“原位聚合”做法，还有中科院金属研究所团队的研究，从“分子尺度”创新设计“全能型”聚合物材料，解决固态电池界面阻抗和离子传输效率问题。

具体做法是在聚合物电解质主链上同时安装“乙氧链”和“短硫链”两种功能模块。电池组装前，将低黏度前驱体溶液注入电芯，最后“烤一下”，80℃加热几小时，使界面贴合度从“点接触”升级为“面接触”，实现电极和电解质的“分子级融合”。

效果上，用其制作的一体化柔性电池反复弯折20000次后性能几乎未下降。同时，复合正极能量密度直接提升86%。

这项研究的意义在于为固态电池界面设计提供了“分子级界面一体化”新概念和新思路，固态电池的春天或许就藏在这些“小分子”创新中。

面对中国科研团队和电池企业的压力，押宝固态电池的日系领军丰田不断宣布量产时间，目标在2027~2028年将配备全固态电池的电动汽车推向市场。

2024年11月，丰田官网宣布其高性能电池和固态电池获日本经济产业省认定，计划2026年开始陆续量产。今年4月15日，丰田与出光兴产达成历史性合作，突破全固态电池量产技术瓶颈，搭载丰田固态电池的车型最快2027年上市。

4月20日，丰田与松下控股宣布深化固态电池研发合作，计划投资5000亿日元在日本建设10GWh产能电池工厂，预计2026年试生产，2027年正式量产。

量产时间不断确认为2027年，但真能实现吗？在《全固态电池的正解，是氧化物？》中曾写道，从设备角度，硫化物全固态电池需全新设备（如等静压设备）；从材料端，小规模量产时硫化物研发成本远高于氧化物。

例如，目前硫化物材料市场价格约5000万元/吨（国产已降至1200万元/吨），氧化物已降至50万/吨以内，仅为硫化物的1%，材料成本差异直观。尽管成本下降快，硫化物路线量产成本仍不占优。

此前多篇文章中，对全固态电池的态度明确：大概率在半固态电池达到技术与成本平衡后止步。至少在汽车领域，全固态电池只适用于高端应用，不会成为主流。目前仍坚持这一判断，无论外界多激动。

而且，伍德麦肯兹分析师马克斯·里德近期的态度也印证这一判断，“实际上，半固态电池作为一种折中技术，将取代全固态电池。”

因此，尽管固态电池离我们越来越近，技术突破不断，但仍需冷静看待。固态电池的界面问题、成本问题和制造问题远未到工程化成熟阶段。这场全球全固态电池技术竞赛，才刚刚开场。