隨著全球?qū)π履茉葱枨蟮牟粩嗵嵘?，全固態(tài)電池逐漸成為下一代電池技術(shù)的核心方向。溧陽(yáng)中科固能新能源科技有限公司在這一領(lǐng)域的創(chuàng)新成果吸引了廣泛關(guān)注。作為公司領(lǐng)軍人物，董事長(zhǎng)吳凡在2024中國(guó)電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展論壇上的演講詳細(xì)闡述了全固態(tài)電池的四大技術(shù)路線及其優(yōu)勢(shì)，并分享了公司在正極材料、負(fù)極材料以及硫化物固態(tài)電解質(zhì)方面的最新研究進(jìn)展。

01全固態(tài)電池四大技術(shù)路線

吳凡首先分析了全固態(tài)電池領(lǐng)域的最新進(jìn)展，指出全球關(guān)于全固態(tài)電池的研究已經(jīng)發(fā)布了6000多篇論文。通過對(duì)這些研究的梳理和AI輔助篩選，目前主流的四條全固態(tài)電池技術(shù)路線分別是：聚合物、硫化物、氧化物、鹵化物。每條技術(shù)路線都具備獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)：

●聚合物電解質(zhì)路線：聚合物電解質(zhì)材料主要基于有機(jī)物，具有較好的柔性和成膜性，能夠適應(yīng)復(fù)雜的電池結(jié)構(gòu)。然而，其低的離子電導(dǎo)率限制了其在高性能電池中的應(yīng)用，因此更多用于對(duì)成本和柔性有要求的中低性能電池。

●硫化物電解質(zhì)路線：硫化物材料因其在常溫下表現(xiàn)出最高的電子導(dǎo)率而備受關(guān)注。尤其是在全固態(tài)電池的固態(tài)電解質(zhì)中，硫化物能夠極大提升電池的整體導(dǎo)電性。吳凡提到，中科固能團(tuán)隊(duì)的研發(fā)重點(diǎn)正是基于硫化物電解質(zhì)的開發(fā)，這也為公司后續(xù)的技術(shù)突破奠定了基礎(chǔ)。

●氧化物電解質(zhì)路線：氧化物材料因其良好的化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度，可以在高壓環(huán)境下保持穩(wěn)定。這使得氧化物成為混合固液電池的理想選擇。它們作為電解質(zhì)材料的應(yīng)用，能夠有效提升電池的長(zhǎng)壽命和安全性。

●鹵化物電解質(zhì)路線：鹵化物材料具備很強(qiáng)的氧化穩(wěn)定性，尤其在高電壓環(huán)境下表現(xiàn)出色。其穩(wěn)定的性能使其成為正極材料的添加劑和導(dǎo)鋰介質(zhì)的理想候選。這條技術(shù)路線正在一些前沿研究中逐步展開，并在某些領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力。

吳凡進(jìn)一步指出，雖然每條路線都有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用場(chǎng)景，但硫化物路線因其在性能上的綜合表現(xiàn)成為中科固能的研發(fā)重點(diǎn)。團(tuán)隊(duì)在硫化物固態(tài)電池、固態(tài)電解質(zhì)材料、以及正負(fù)極活性材料的研發(fā)上都取得了長(zhǎng)足進(jìn)展。

02正極材料的創(chuàng)新與突破

在正極材料領(lǐng)域，中科固能通過自主研發(fā)的冷凍干燥法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)超細(xì)固態(tài)電解質(zhì)粉末的制備。這一工藝突破為正極材料的開發(fā)帶來了全新的可能性。冷凍干燥法能夠在制備過程中避免顆粒溶解和碰撞，保持材料的高壓穩(wěn)定性，并且通過這一技術(shù)手段，將材料的顆粒直徑成功控制在200納米以下。這一超細(xì)粉末材料具備了優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性和更高的離子導(dǎo)電率，成為全固態(tài)電池正極側(cè)的理想選擇。

通過這一技術(shù)，團(tuán)隊(duì)成功將固態(tài)電解質(zhì)材料應(yīng)用于正極表面活性材料的包覆過程中。具體而言，在鈷酸鋰等活性材料中加入了固態(tài)電解質(zhì)原材料，并通過原位電化學(xué)合成技術(shù)，在活性材料表面原位生成一層穩(wěn)定的固態(tài)電解質(zhì)。經(jīng)過一系列的實(shí)驗(yàn)，團(tuán)隊(duì)確定了10%的固態(tài)電解質(zhì)添加量是最佳比例。這個(gè)比例下，界面離子通路得到了極大優(yōu)化，界面阻抗顯著降低，同時(shí)電池的電化學(xué)性能也得到了顯著提升。

進(jìn)一步的性能測(cè)試表明，這一正極材料在高倍率放電測(cè)試中表現(xiàn)優(yōu)異，最高可實(shí)現(xiàn)70C倍率放電，并且在長(zhǎng)循環(huán)測(cè)試中，電池的循環(huán)壽命達(dá)到了7000圈。在超高面容量條件下（15 mAh/cm2），鈷酸鋰全固態(tài)電池依然能夠保持接近14.9 mAh/cm2的放電容量，電池級(jí)能量密度突破340 Wh/kg。

03負(fù)極材料的前沿探索

在負(fù)極材料的研究上，中科固能面臨的主要挑戰(zhàn)是如何克服鋰金屬與硫化物電解質(zhì)之間的界面不穩(wěn)定問題。吳凡指出，團(tuán)隊(duì)通過對(duì)鋰金屬表面進(jìn)行界面保護(hù)層處理，有效解決了這一難題。他們選擇了軟碳材料作為負(fù)極的核心，并通過在軟碳材料中引入氮化鋰，成功實(shí)現(xiàn)了鋰金屬的界面保護(hù)。

吳凡詳細(xì)介紹了軟碳與氮化鋰的界面作用機(jī)制。軟碳材料本身具有較高的層間顆粒和孔隙率，能夠有效吸引鋰離子并引導(dǎo)其在氮化鋰顆粒周圍沉積，形成穩(wěn)定的鋰金屬原子層。這一界面保護(hù)層極大地提升了電池的電化學(xué)性能。在2mAh/cm2的面容量下，電池的循環(huán)壽命達(dá)到2000h（1000次），表現(xiàn)出更高的臨界電流密度和較好的均值電壓，極限倍率可達(dá)100C。在30C的情況下，電池的放電容量仍接近100mAh/g，循環(huán)次數(shù)超過6000圈，容量保持率高達(dá)98%。

此外，吳凡還指出，通過軟碳氮化鋰的界面保護(hù)層，團(tuán)隊(duì)成功抑制了鋰枝晶的生成，極大提升了電池的循環(huán)穩(wěn)定性。同時(shí)，團(tuán)隊(duì)還開發(fā)了軟碳與氮化硅的復(fù)合界面保護(hù)層，進(jìn)一步提升了電池的電化學(xué)性能。氮化硅在沉積過程中會(huì)與鋰金屬形成鋰硅合金，鋰硅合金和軟碳復(fù)合以后，可以顯著提升硅材料本身在固態(tài)電池中的電化學(xué)性能和循環(huán)性能。在實(shí)際應(yīng)用中，該技術(shù)使得硫化物全固態(tài)電池的性能達(dá)到了新的高度，放電倍率高達(dá)175C，循環(huán)壽命超過22000余圈。

04硫化物固態(tài)電解質(zhì)材料的量產(chǎn)進(jìn)程

在全固態(tài)電池的核心——硫化物固態(tài)電解質(zhì)材料領(lǐng)域，中科固能也取得了重要進(jìn)展。吳凡介紹道，公司目前已經(jīng)開發(fā)出了多種不同晶體結(jié)構(gòu)類型的硫化物材料，如LPSX型、LSPS型、LPS型和LSS型，LPSX型材料方面，公司正在進(jìn)行百噸級(jí)材料產(chǎn)線的放量。LPSX型材料具備超高的離子電導(dǎo)率，比傳統(tǒng)液態(tài)電解液的電導(dǎo)率高出3-5倍。這一特性使得LPSX型材料在提升電池整體電化學(xué)性能方面具有巨大的潛力。

LPSX型硫化物材料不僅具備優(yōu)異的電化學(xué)性能，其空氣穩(wěn)定性也十分突出。根據(jù)團(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在干燥環(huán)境中，LPSX型材料可以在一個(gè)工作日內(nèi)保持96.4%的離子電導(dǎo)率，這意味著該材料在實(shí)際的電芯生產(chǎn)和使用中適應(yīng)性更強(qiáng)。

中科固能在材料粒徑的控制上也取得了突破性進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)成功將材料的D50控制在0.23微米，D90控制在0.4微米，這種精確的控制使得硫化物材料更加均衡，提升了材料在全固態(tài)電池中的表現(xiàn)。目前，中科固能已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了從百克級(jí)到百噸級(jí)材料的穩(wěn)定供應(yīng)。

關(guān)于中科固能

最后，吳凡詳細(xì)介紹了中科固能的發(fā)展歷程和未來規(guī)劃。公司于2022年由中科院物理所和溧陽(yáng)市政府聯(lián)合成立，并于2023年完成股改。未來幾年，公司將逐步擴(kuò)大產(chǎn)能，預(yù)計(jì)到2027年將實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)，供應(yīng)全球市場(chǎng)。

中科固能在全固態(tài)電池領(lǐng)域的技術(shù)積累和創(chuàng)新布局，正在為全固態(tài)電池的商業(yè)化鋪平道路。公司通過與多家龍頭企業(yè)的合作，逐步確立了其在全固態(tài)電池領(lǐng)域的重要地位，未來可期。