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2024年，大量的整车企业和电池企业，都公布了全固态电池的研发进展，发布了量产计划。 尤其去年有消息称，政府投入60亿支持固态电池的研发，宁德时代、比亚迪、一汽、上汽、吉利和卫蓝新能源等六家企业作为项目链主单位获得政府基础研发支持。此后，各家的固态电池进展开始在明面上披露出来，亮出态度和能力。 近日，比亚迪、一汽、广汽在中国全固态电池创新发展高峰论坛中都分享了全固态电池进程以及思考，带来了纯纯干货内容。 01.比亚迪：首谈成本测算 比亚迪CTO孙华军在中国全固态电池创新发展高峰论坛分享了过去做了哪些工作以及对全固态电池的思考。
图片来源：比亚迪CTO孙华军《固态电池技术发展》（下同） 孙华军介绍到，比亚迪最早是从2013年启动全固态电池研发，更多是在探索电解质路线和关键材料路线。 到2016年，比亚迪启动技术可行验证，对一些关键问题探索出解决方案，如正极包覆、高比容负极、辅材等，实现了固态原型电池，在制片工艺和叠片-成型等软包实现方案。 到2023年，比亚迪启动产业可行验证，在整个电芯及系统产品实现、产线建设，包括整个材料的关键技术，实施攻坚。 到目前，比亚迪预计，可能将在2027年左右启动批量示范和装车应用。真正大规模上量的话，要到2030年之后。
具体来看，孙华军分享了比亚迪固态电池的三个方面——材料、电极和电芯。 材料方面，正极采用的是高镍三元正极材料，核心在于界面包覆，确保与硫化物电解质的副反应尽可能地少。负极的话，硅基，涵盖纯硅和硅碳两条路线，目前来看还是以硅碳为主。固态电解质，以硫化物电解质为主，最重要的是从成本、稳定性，从纯度以及成型性的角度去提升。 电极方面，核心仍是活性物质的占比如何去提高，这对成本有着关键影响。目前，比亚迪能做到的是，正极中活性物质占比在85%以上，目标是希望做到90%的水平。而负极的活性物质的占比目前相对较低，仍有众多工作要做。 电芯方面，比亚迪的方案是60Ah，重量比能量400wh/kg，体积比能量800wh/L。
孙华军也提到，在高拘束力场的模组系统方面，比亚迪不仅仅是仿真，也做了结构稳定性的评估和初步验证。目前来看的话如果单纯的从需要高约束力的系统角度出发，10MPa、20MPa其实都没有问题。当然核心它会牺牲这个能量密度。但是从电芯的角度来讲，比亚迪还是希望能够开发出在低拘束力下运行的电池。 孙华军特别谈到了全固态电池的安全问题。在他看来，相较液态电池，固态电池的安全性肯定是有提升的，热安全、机械安全存在一定优势，但极端滥用仍会失控。在实验中，比亚迪发现，固态电池热失控具有以下特点——温度高、速度快、超压大、易爆燃。 全固态电池剧烈热失控的主导因素是什么？比亚迪透过现象正在探索机理，比如电芯约163℃产热(内短)，192℃体系热失控。这是因为正极高镍三元的热行为，首先三元高温释氧，在无机的电解质层游离的氧气快速串扰至负极，氧化负极与电解质，急剧产热，最后冲击力引发电芯粉碎急剧失控。 那么，全固态电池开发就需要从系统、工况、市场的角度去思考，什么情况下会热失控，该如何解决这些问题。 最后，孙华军也解读了大家最关心的固态电池的成本问题。产品力提升和成本控制是产业化的核心。从长期来讲，成本不是问题，对硫化物固态电池成本影响最大的其实是三元，是镍。现在硫化物电解质成本之所以高，核心是没有量。在没有量的情况下谈成本，其实太大意义。
比亚迪做了一些测算，如果规模化上来之后，固、液可以接近于同价。另外，保证制程的稳定，也是降成本的重要保障。还有一个非常重要的是，要把活性物质占比提高，把电解质的用量大幅度降低，这是从设计上保证低成本的因素。 02.一汽：从材料到整车端到端突破 一汽研究院王德平院长认为，全固态电池当前处于原型样件阶段，预计2~3年实现小批量应用，3~5年实现规模化应用。 中国一汽2014年开始研发全固态电池，2023年在国资委的支持下牵头成立全固态电池产业创新联盟，拥有三十多家合作单位，涵盖从原材料到整车端的全维度开展合作，突破关键技术，加速产业化应用。以整车需求为指引，计划2027年进行小批量应用。
图片来源：一汽研究院王德平院长《全固态电池发展思考与中国一汽研发实践》（下同） 具体来看，正极材料，一汽及联盟在2024年共做了四十多种材料的分析和验证工作，最终选定了高镍单晶的材料体系。 同时，一汽通过正极表观高模量设计和界面功能层构筑两方面的技术，对正极材料进行改性。实验结果表明，改性后，正极材料可以实现放电比容量超过220mAh/g，1C循环寿命达到1000次，基本上能够满足下一步400wh/kg正极材料的需求。 负极材料，是产业化路上障碍最大的一个难点。一汽目前做了两种体系，纯硅和硅碳。 纯硅方面，一汽正在尝试纳米硅、微米硅以及合金探索。现在来看，纳米硅的效果更佳，克比容量能够达到3200mAh。同样循环寿命需要进一步发展。
一汽通过优化多孔碳基底孔隙率及孔径分布，诱导硅均匀沉积等手段实现高容量硅碳材料的制备。现在来看的话，0.1C倍率下放电比容量超过2000mAh/g，还是不错的。但是现在看，循环略差，因此下一步的话，联盟将会重点改善该性能指标。 固态电解质，一汽做了两方面的探索，硫化物和卤化物。其中硫化物开发，基于低极性溶剂和分散剂，构建了弱团聚小粒径硫化物电解质，助力极片低迂曲度，从而使离子导电率达到6.2mS/cm，D90等于1.2μm。 卤化物开发，则是一汽与孙学良院士通过高通量分析，对NCM和卤化物界面进行了智能化筛选，筛选出性能较好的卤化物电解质，高空气稳定性的同时，实现离子导电率4.6mS/cm。 正极侧以80%硫化物为主，掺杂了20%卤化物。负极侧以硫化物为主。整体来看，电解质产品在前期的实验样件上的性能表现还是可观的。 基于材料研发，一汽在电芯方面开发和制备了高面载正负极、超薄电解质膜、致密化成型工艺和多层级放短路结构，实现66Ah大容量电芯试制，200℃热箱滥用试验不起火、不爆炸。
系统集成方面，一汽重点开展了模组全生命周期的压力的仿真控制。王德平指出，车用固态电池系统还是会采用模组，而非目前的无模组方案。从仿真和实验情况来看，模组结构可以实现工作压力大于20MPa，基本是能够满足未来整包的需求。 03.广汽埃安：两条路线同时开发 广汽埃安电池研发部部长李进认为，单一的固态电池体系很难解决全固态电池的所有问题，因此广汽认为发展方向应该是多组分的，由单一组分向多组分，包括正极、负极或者固态电解质可能要选择不同的电池材料。因此广汽目前是两条路线都在开发，一个是基于硫化物的多元复合，一个是基于聚合物的多元复合。
图片来源：广汽埃安电池研发部部长李进《全固态电池关键问题及技术探索》（下同） 广汽重点围绕高容量的正负极、高性能固态电解质材料及成膜技术、固固界面改性技术开展技术攻关。 高容量长循环负极技术层面，广汽主要针对400wh/kg的能量密度而采用硅负极体系，针对更高能量密度则会采用锂金属和无锂负极。 固态电解质材料技术层， 广汽分两条路线，基于硫化物的多元复合和基于聚合物的多元复合。 超薄固态电解质膜技术，广汽主要在开发的是离型膜支撑成膜，另外独立成膜也在开发中。 正极的话，广汽认为短期内重点是高镍三元材料。长期来看还是富锂锰基正极。同时，广汽也在正极上导入干法电极技术。 界面改性层面，广汽主要做的是活性材料包覆层修饰、极片界面过渡层结构构筑，低孔隙高密实化电芯结构构筑的设计与开发。 李进分享了广汽硫化物全固态电池的开发进展。 广汽拿到了市面上的一些样品的数据，进行了系统评测，发现现有硫化物电解质材料离子电导率基本满足需求，但对湿度控制要求高，硫化氢释放问题制约大规模生产条件下的制造成本、安全性及电池一致性，需要重点关注和改善。 广汽开展了硫化物的改性工作，提升离子电导率和空气稳定性，为此输出了三十多种方案，目前正在推进相关验证。 其中一个案例，广汽的高空稳硫化物电解质，通过元素掺杂的方法，离子电导率和电子电导率满足需求的情况下，空气稳定性得到有效改善。
另外一种方案是做表面包覆改性。最新文献报道表明借助“长链烷基硫醇”对硫化物进行表面改性，作为疏水保护层可显著提高硫化物电解质的湿空气稳定性，同时保持较好的离子电导率。 这为广汽提供了一些思路，也对未来硫化物固态电解质的生产提供了参考。 在湿法电解质成膜工艺开发中，广汽自主开发了一种新型的环境友好的非极性溶剂，大幅提升固态电解质的离子电导保持率，同时通过工艺及配方优化，实现宽幅硫化物电解质膜卷对卷制备。 广汽与合作单位共同开发了高镍三元正极，通过组分、形貌、粒径、包覆物种类及包覆工艺调控，可实现克容量发挥大于220mAh/g，满足设计要求。挺尸，广汽总结了一些规律——在全固态体系下，单晶的克容量优于多晶，通过包覆可以大幅改善容量发挥，同时湿法包覆略优于干法包覆。 李进认为，负极是400wh/kg硫化物全固态电池体系的最大问题。硅负极，膨胀大，固固界面问题尤为突出，可以通过三个方面进行调控，如开发低膨胀高倍率硅基负极材料，开发新型粘结剂，调控极片孔隙结构等，降低负极膨胀、构建稳定的离子及电子通路是核心关键。 广汽也对硅负极在全固态电池体系下的循环特性进行了验证。低硅含量负极，克容量做到550-600mAh/g，对应的是300wh/kg体系，在固态体系下循环较为平稳，能够做到1000周大于80%，但是超过1000mAh/g的话，循环仍然衰减较快，需在高强粘结剂和极片结构上进一步优化。 同时，广汽对聚合物全固态电池进行了探索，发现其最大的优势是，基于原位固化工艺的聚合物电池制造工艺与液态电池制造工艺基本相同，兼容度高，产业化难度相对较低。广汽开展了小批量的试制验证，电芯数据电池一致性较高。 目前，基于原位固化的固态电池在倍率性能，较传统液态电池有一定差距，但是它拥有一个相较于硫化物全固态电池的优势，就是不需要在加压状态下就可以发挥循环性能。
安全性初步验证发现，基于原位固化的聚合物固态电池体系，目前仍会残留少量液体，导致热箱和针刺试验表现差于硫化物全固态电池。 广汽也在推进建设人工智能开发平台，在全固态电池开发中，希望通过利用各种仿真计算、AI深度学习模型对固态电解质进行创新性开发，攻关解决妨碍固态电池产业化应用的稳定性、安全性、加工性、固固界面融合等问题，加速全固态电池开发。 |
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