国庆期间聚赢盘，对于这两年热炒的全固态电池来说，技术突破的消息像“下饺子”一样。
一个是10月7日，中国科学院等黄学杰团队在《自然-可持续发展》（Nature Sustainability）上发表了全固态电池研究的最新论文。连新华社也做了报道，众多媒体转载。而这项研究的核心在于，突破全固态电池的“固-固界面”难题。
根据论文，这项研究可以使固态电池在充放电的时候形成一层DAI（动态自适应界面，Dynamic Adaptive Interface），最终在低压甚至零外压下维持稳定循环。在电池脱离实验室环境的情况下，软包电池实现300次循环后容量仍高于70%，并支持5C级充放倍率。
另外一则是，中国科学院金属研究所的科研团队，也用一项“分子尺度”的创新，大幅降低了固态电池的界面阻抗、提升离子传输效率，相关成果登上《先进材料》（Advanced Materials）。
还有，节前清华大学张强教授团队也有一项固态电池电解质相关的研究被《自然》（Nature）收录，也就是说，中国科研团队接连拿出三项重磅的技术论文，不断宣告这个领域的重大突破。
当然，这三项技术还在论文和实验室阶段，离实际的全固态电池商业化，工程化应用到乃至落地量产，还有很长的距离。所以，这就像智能驾驶的L3、L4“望山跑死马”，先别太激动，我们研究一下。
固-固界面的“拦路虎”
“技术算是重要突破。”但是，对于DAI这项技术什么时候能落地，我询问的一位电池技术专家对于这个问题沉默了。
不过，此前我与一位电池专家聊的时候，曾了解到，根据他的经验，相关领域的论文发生爆发现象后，大致5~8年能达到量产阶段。所以，如果以现在为爆点算，2030年能大规模量产算是比较快的了。
说到此次论文的通讯作者黄学杰先生，也是中国科学院物理研究所博士生导师，目前兼任松山湖材料实验室（广东省首批四家省实验室之一）副主任。
黄学杰接受媒体采访时介绍，虽然金属锂负极被视为锂电池中的“理想负极”，但锂金属负极与固体电解质之间界面处易生成孔洞且随循环而恶化，从而导致界面接触失效和性能快速衰减，是全固态金属锂电池面临的主要挑战之一。换句话说，固-固界面的难题仍然是“拦路虎”。
之前行业认为，固态电解质之所以更安全，是因为它不含可燃的有机溶剂，完美避开燃烧的三个条件。所以，全固态电池成为理想中的终极解决方案。
但是，正如中国汽车技术研究中心首席科学家王芳前不久在一次论坛上所讲的，“虽然固态电池的安全边界确实比液态电池更宽，但一旦突破边界，后果可能比液态电池更严重。”同时，目前全行业的难题是，除了成本高企之外，全固态电池的“固-固界面”问题短期內无法解决。
太蓝新能源董事长兼CTO高翔博士也曾经对我说过，固-固界面的阻抗问题是固态电池三大问题之首聚赢盘，也是最核心的问题。界面问题、制造问题、成本问题这三大问题，从技术角度来讲界面问题是最难解决的问题。
所以，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状态下却无法“严丝合缝”，难以像液态电解质那样，结果就是界面处产生空隙（void）。
这会造成两类灾害，一类是电学灾害，即离子通道被阻断，电芯内阻上升，极化增大，进一步引发非均匀电流与局部热点。
另一类则是机械灾害，因为锂金属负极在剥离（放电）与沉积（充电）过程中会有显著的体积收缩与膨胀，造成锂枝晶的生长，而锂枝晶的生长会刺穿电解质，诱发电池短路而失效。
而这次论文提出的解决之道，特别是DAI的提出就是将“静态膜”变成“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，形成一层富碘界面。这层界面能够主动吸引锂离子，自动填充所有的缝隙和孔洞，原位生成一个既柔顺又具备功能性的碘化锂富集层。
此前，行业內通行的做法，以走硫化物路线的丰田的“外部加压”模式为主。比如，丰田早期的全固态电池原型就采用外部加压方式，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，锂沉积的枝晶生长速率降低90%。
但这种方法会增加电池的体积和重量，同时也很难商业化。丰田自己解决不了全固态电池的技术问题，后来今年跟出光兴产合作，才宣布找到解决之道。
另外还有一种办法，是美国马里兰大学提出的“还原性亲电体(REs)策略”。他们的方法是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）。但是，这种方法的缺点是，界面层稳定性需长期循环验证，规模化制备工艺复杂。
而现在黄学杰团队的办法可谓另辟蹊径。据悉，这种新设计不仅制造更简单、用料更省，还能让电池更耐用，按照媒体报道，美国马里兰大学教授、固态电池专家王春生的评价是，“该研究解决了制约全固态电池商业化的关键瓶颈问题，为实现其实用化迈出了决定性一步。”
换一种电解质，再“烤一下”
除了解决固-固界面的问题，这次中国研发团队的技术突破还选择了从固态电解质的材料下手。9月28日爆出的消息，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）。
采用这种新型材料的无负极软包电池，配合高负载的LRMO正极（高容量富锂锰基氧化物）、贫电解液设计（电解液与容量比为1.2g/Ah）以及无负极结构（使用铜箔作为负极集流体），可以使固态电池实现高达604Wh/kg的重量能量密度和1027Wh/L的体积能量密度。
数据上来说，几乎是当今最强的液态电解质锂电池能量密度的两倍。
值得一提的是，LRMO是一类具有极高理论比容量的先进正极材料，其容量通常能超过250-300mAh/g。但是，因为LRMO晶格氧的氧化极易变得不可逆，而清华大学的这项研究则是通过稳定阴离子氧化还原过程本身来打破LRMO的衰减链条，特别是阻止了氧气生成这一不可逆的最终步骤。
论文显示，研究人员采用一种“原位聚合”技术，即将液态的单体前驱液注入电池内部，然后通过加热引发聚合反应，使其在电极表面直接形成固态电解质。举个不恰当的例子，就是直接把配好的液态电解质加热成固态电解质，“烤一下”粘牢，来消除传统固态电解质常见的孔隙和高界面阻抗问题。
这款电池的寿命表现和安全性也很好。在电池测试中，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，使用传统PE-SPE电解质的电池循环50次后容量就衰减至80%。针刺测试中，满电的FPE-SPE软包电池也表现出对内部短路的超强耐受性。
相似的“原位聚合”做法，还有前面提过的中科院金属研究所团队的研究，从“分子尺度”创新性地设计出一种“全能型”的聚合物材料，解决固态电池的界面阻抗、离子传输效率问题。
具体做法是在聚合物电解质的材料主链上同时安装两种功能模块，一部分是“乙氧链”，另一部分是“短硫链”，然后，电池组装前，先把低黏度前驱体溶液注进电芯，最后“烤一下”，80 ℃加热几小时，让界面贴合度直接从“点接触”升级成“面接触”，让电极和电解质完成“分子级融合”。
效果如何呢？用它做的一体化柔性电池，反复弯折20000次后，性能几乎没下降。同时，复合正极的能量密度直接提升了86%。
而且，这项研究的意义，在于为固态电池的界面设计提供了一种“分子级界面一体化”的新概念和新思路，“固态电池的春天，可能就藏在这些‘小分子’的创新里。”
而面对来自中国科研团队和各大电池企业的压力，作为日系的领军并押宝固态电池的丰田，做法是不断宣布量产时间，将配备全固态电池的电动汽车推向市场的目标时间定在2027~2028年。
2024年11月，丰田官网宣布，其高性能电池和固态电池获得了日本经济产业省的认定，计划于2026年开始陆续量产。今年4月15日，丰田汽车宣布与出光兴产达成历史性合作，正式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，丰田汽车与松下控股宣布深化固态电池研发合作，双方计划投资5000亿日元，在日本建设10GWh产能的电池工厂，工厂预计2026年启动试生产，2027年正式量产。
量产时间不断确认2027年，但是，真的能实现吗？我在《全固态电池的正解，是氧化物？》里面也写道，从设备角度，硫化物全固态电池需要全新的设备（比如等静压设备）。从材料端来看，在小规模量产时，包括研发成本硫化物就比氧化物成本高很多。
比如，目前硫化物材料的市场价格是5000万元/吨左右（国产已经将价格降到1200万元/吨），氧化物已经降到了50万/吨以内，是硫化物的1%，材料成本差异很直观。虽然成本下降得很快，但是硫化物路线的量产成本方面还是不占优。
之前，我写过很多文章，对于全固态电池的态度很明确，就是大概率在行业內的半固态电池达到技术和成本的平衡后，就此止步。至少在汽车领域，全固态电池只会在高端应用，不会成为主流应用。当然，目前我依然坚持这个判断，不管外界多激动。
而且，伍德麦肯兹分析师马克斯·里德（Max Reid）近期的态度也印证我的判断，“实际上，我的观点是，半固态电池是一种折中技术，实际上将取代全固态电池。”
所以，虽然固态电池离我们已经越来越近，不断有新的技术突破，但是，我们还是要冷静地看待聚赢盘，毕竟，固态电池的界面问题、成本问题、制造问题的解决，还远未到工程化成熟的地步。这场全球范围内的全固态电池技术竞赛，还仅仅是个开场。
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