固态电池（二）：如何从根源出发破解固态80%的难题？

NE时代新能源/Leslie Ding更新于 2025-06-23 09:19:26

一汽最近的一场演讲中指出，当前全固态电池研发主要面临固态电解质、负极材料、固-固界面、系统集成等关键挑战，从这些关键挑战进一步拆解可得出约一百项具体技术攻关任务。其中，百分之七八十的问题根源，要么来自电解质本身特性，要么源于使用固态电解质后产生的界面、适配等连锁难题。这些问题相互交织，需通过材料-界面-工艺的协同创新才有望突破。

综合近期的一些公开演讲，固态电池上下游普遍谈到固态电解质面对的共性关键问题，且给出的解决方案逐渐趋于一致。

同时，由于对不同技术路线的倾向性和技术积累的差异化，各家公司在固态电解质的材料研发、界面处理、制备工艺等方面积累了不同的技术优势和经验，这也使得它们面对共性关键问题时给出的解决方案各具特色。

01.

哪些共性关键问题，解决路径是什么？

固体电解质作为固态电池的核心材料，是实现高性能正负极适配的关键枢纽。在固态电池体系中，其同时承担传统电池中电解液与隔膜的双重功能，以固态形态直接与正负极活性材料接触，主要负责在正负极之间传导锂离子。

固体电解质的本征性能（如离子电导率、电化学稳定性）及其与正负极形成的界面特性（如接触电阻、界面相容性），直接决定了固态电池的能量密度、循环寿命、安全性能等核心指标。

最近的比亚迪、国轩高科、一汽等在公开演讲中皆从固态电解质的本征性能与固固界面特性出发，科普了摆在固态电池面前的共性关键问题。

具体来看，单一电解质材料主要分为四类，各有优劣：

■聚合物电解质：相对易加工，与锂负极兼容性好，化学稳定性高，兼容现有液态电池涂布工艺，制造成本最低。但室温离子电导率低，需添加大量锂盐或增塑剂或升温至60~80℃才达实用水平，机械强度低，热稳定性不足；

■氧化物电解质：部分材料室温离子电导率接近电解液，化学稳定性较好，制造成本相对较低。但加工性能较差，通常需要高温烧结（>1000°C）致密化才能降低阻抗，能耗高，难以薄化，良率低；

■硫化物电解质：离子电导率几乎接近电解液，质地较软，可通过冷压成型获得致密结构，降低界面接触阻抗。但电化学窗口较窄，易被高电压正极氧化，且对空气/水极端敏感（H₂S风险），整个生产过程需严格惰性气氛保护（手套箱/干燥房），设备、环境、操作成本极高。干法/湿法制膜工艺仍在优化中；

■卤化物电解质：室温电导率得到突破，接近硫化物，耐高压性能优异，与高镍、富锂锰基等高电压正极兼容性好。但对锂金属热力学不稳定，需要界面保护层，机械性能中等，另外供应链尚未成熟，工程化验证不足。

几乎达成共识的是，“刚柔相济”的复合路线，才能在各项指标上实现优异性能，兼顾高离子传导率、高空气稳定性和低成本。

如聚合物/氧化物复合，结合柔性与高模量，改善室温电导率，制造成本相对较低。硫化物/聚合物复合，形成三维结构的复合膜，具有良好的力学强度和对锂金属稳定性，有效抑制锂枝晶生长。卤化物涂层修饰界面，发挥其高电压稳定性优势。硫卤复合，通过表面包覆，减少硫化物与正极的直接接触，抑制氧化分解。

延伸出来的问题是如何精准设计、复合。比亚迪、国轩高科等均提到颗粒级配和电解质表面适配等。

颗粒级配，通过不同粒径电解质颗粒搭配，填充电极孔隙、优化离子传输路径，解决“固-固界面接触差”难题，但需精准控制颗粒分布，否则易出现团聚、孔隙不均，增加界面阻抗。

电解质表面适配，对电解质颗粒进行表面改性（如包覆活性材料），降低与正负极的界面能、抑制副反应，但改性成本与工艺复杂度高，需平衡性能与量产可行性。

不仅如此，不少行业大咖提到，通过梯度复合电解质，解决固固界面的接触难题。正极侧采用低弹性模量电解质，如聚合物、卤化物层，复合少量硬质填料。负极侧引入无机固态电解质涂层，或者使用包覆层/核壳结构的电解质，在表面形成保护层，提高与负极材料的还原稳定性。

这些解决方案帮助电池公司导入更高克容量的材料体系，解决稳定性差、安全风险高的问题。

02.

复合，固态电解质商业化的必经之路

在固态电池电解质技术攻关中，复合电解质因能兼容多元材料优势、平衡性能与成本，成为更贴近产业化的技术路线。当前技术演进呈现清晰路径：先以氧聚复合为基础探索，再向硫化物复合进阶，尤其硫卤复合体系的应用逐步增多。

中国科学院物理研究所研究员李泓指出，为了降低成本，他们暂时没有选择硫化物这类电导率虽然高，但环境要求也非常高的材料，而是选择氧化物和聚合物复合电解质，实现原位反应：1、聚合物相主要来自于原位固态化；2、纳米氧化物填充正负极孔隙及表面；3、CEI/SEI稳定正负极表面，如此扬长避短。

单纯原位聚合不耐氧化，离子电导率低；单纯SEI/CEI，颗粒间电阻大；单纯无机电解质界面接触差，无法适应体积膨胀收缩。因此关键路径是极片与电芯内的原位固态化反应+纳米氧化物电解质的填充及包覆，综合平衡高能量、高安全、低膨胀、宽温域、低成本等要求。

李泓团队研发的聚合物氧化物复合固态电池技术已经历四次迭代。

■混合固液电解质电池（注液量逐渐降低）：

固态1.0：极片掺混和涂覆无机氧化物固态电解质，离子导体涂层隔膜，电解液质量占比10-25wt %，提高低温、倍率、安全性；

固态2.0：固态1.0+电芯原位固态化（电解液5-10wt%）；

固态3.0：通过原位固态化加掺混涂覆，实现固态正极、固态负极极片+ 离子导体隔膜 +电芯原位固态化（电解液<5wt%）；

■聚合物氧化物复合全固态电池(全固态，可以无注液)：

固态4.0：原位固态化实现全固态正极、负极的极片和离子导体膜。

目前1.0，2.0刚开始量产，提高低温、倍率和安全性。4.0 处于开发优化和中试验证阶段，提高寿命和安全性。

中科深蓝选择的是硫化物/聚合物复合电解质+氧化物界面处理。

在中科深蓝汇泽新能源首席科学家崔光磊的研究中，2020年至2025年分别实现了聚合物前驱体溶液PEGMEA、热塑性聚酰胺（TPA）和PVTC与Li6PS5Cl的多种复合电解质，主要是为了解决聚合物电解质的稳定性差的问题，以及硫化物的交付问题。

比亚迪的硅基负极硫化物全固态电池性能均衡，主要短板可通过技术创新应对。复合电解质选项有卤化物、有机物。

比亚迪去年年底下线的60Ah全固态电池的材料层面，固态电解质以硫化物为主复合卤化物，最重要的是从成本、稳定性、以及成型性的角度去提升。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。据了解，60Ah方案的重量比能量为400wh/kg，体积比能量为800wh/L。

卫蓝新能源通过界面修饰或复合电解质手段解决氧化物固态电解质遇到的难题。其核心技术包括原位固态化、固态电解质掺混、固态电解质包覆正极、固态电解质涂层隔膜、超薄金属锂制备、高精度负极预锂化。

清陶能源则是复合电解质的早期支持者，采用高电压锰基正极、含锂复合负极及有机-无机复合固态电解质组合，提升界面稳定性与能量密度，实现了>500Wh/kg的性能水平。对于有机无机复合电解质，清陶围绕有机无机电解质复合工艺，高导锂无机固态电解质填料，耐高压/耐还原界面层，电解质致密化成型开展技术攻关。

欣旺达多线程阶梯式固态电池战略方针指出，2015年至2024年，基于现有体系，导入固态元素提升电池安全，并不断材料创新提升能量密度，率先推出固态量产产品。2025年至2026年，考虑产线兼容性等优势，优先布局聚合物复合全固态电池，2026年推出第一代全固态电池产品。2026年至2027年，持续跟进硫化物固态电解质技术突破和规模化制备工艺创新，2027年推出第二代全固态电池产品。此后欣旺达将导入更高比容量电极材料(锂金属负极、富锂锰正极等)，实现更高能量密度(>500Wh/kg)超级锂电池。

一汽研发总院技术首席孙焕丽提到，对于超薄固态电解质，一大问题就是柔韧性和强度。采用硫化物、聚合物的复合路线，是提升力学性能的好思路。两种或两种以上复合电解质，可兼顾高离子电导率和高空气稳定性、低成本等。

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。

结合这些案例可以看到，固态电池的技术路线并不统一，但出于性能、成本和量产进程的考量，氧聚、硫卤、硫聚等复合路线成为推动固态电池落地的新选择。

03.

固态电解质的小粒径，走更“直”的路

当前高性能固态电池研发中关键的电极工程策略之一，即如何通过粒径设计实现低孔隙率，提高离子电导率。这也是固态电池2025年的开发策略聚焦点，是多家固态电池企业深度探讨的问题。

与液态锂电池“无孔隙、不电池”不同的是，全固态电池的极片结构中，孔隙的存在是有害的，必须根除！因为孔隙越小，离子才可以走更“直”的路径到达目的地，离子传导通道才能更“高速”。

如何根除呢？从一汽、长安、国轩高科等多家公司的解决方案来看，通过调节正极材料、电解质材料、负极材料的粒径分布，保持＜10%的孔隙率，可以实现多组分之间更紧密的接触，增强极片致密度，从而提高离子和电子的传输效率，使得电池整体性能的提升。

一汽孙焕丽表示，全固态电池对电解质的需求可细分为电解质膜用电解质材料、正极极片用电解质材料、负极极片用电解质材料三类要求。

其中，电解质膜希望电解质材料的粒径大小为1~3μm，离子电导率＞5mS/cm，机械强度＞40GPa，极限电流密度＞3mA/cm²。正极对电解质材料的要求是电化学窗口＞4.5V，粒径大小0.5~1μm，离子电导率＞3mS/cm，机械强度＜20GPa，极限电流密度与电解质膜要求相同。负极要求电解质材料粒径大小在0.1~0.8μm，离子电导率和极限电流密度等同于正极的要求。

现状是，在硫化物全固态电池中，正极用电解质材料粒径大小控制在0.8~1.5μm，负极用控制在0.6~1.2μm，电解质层用控制在3~8μm，或10+μm。也就是说，正负极、电解质膜用电解质材料的粒径控制越来越接近要求。

据贝特瑞所言，该公司的硫化物固态电解质实现纳米级粒度调控，D50粒径0.5~20μm可调。如LS-1P50原材料粒度20μm，XRD物相纯度≥99.9%；BSS-1P50可应用于电解质层，粒度20μm，XRD物相纯度≥99.9%，离子电导率10mS/cm；BSS-1P501可用作正极添加剂，粒度0.5μm，离子电导率5mS/cm。