固态电池是目前公认最具前景的新一代动力电池， 目前固态电池技术处于什么阶段？商用市场已达到怎样的规模？产业链又涉及到哪些领域？这些问题受到业内人士普遍关注。2023年2月21-22日，由中国粉体网主办的第四届高比能固态电池关键材料技术大会在江苏常州隆重召开，会议期间，我们邀请到了业内专家、学者，优秀企业家代表做客对话栏目，进行访谈交流。
全固态锂电池由于其高安全性和高能量密度被广泛认为是下一代储能器件的关键技术，而在实现全固态电池的聚合物、氧化物、硫化物三条技术路线中，硫化物固态电解质由于拥有最高的锂离子电导率和良好的机械性能而成为最有潜力的技术方向之一。但硫化物固态电解质也存在着空气稳定性差、本身电化学稳定性差、与正极界面兼容性差等问题以及成本问题等。
此次，中国粉体网邀请到了中科院物理所吴凡研究员做客“对话”访谈栏目，带我们深入了解硫化物全固态电池的关键基础科学问题和应用化开发挑战，并介绍其团队在此领域的研发进展。
吴凡，中科院物理所博导，中国科学院大学教授，兼任共青团常州市委副书记。研究方向：（1）高能量密度锂（离子）电池材料、电芯研发；（2）硫化物全固态/固态锂（离子）电池材料、电芯研发；（3）正负极材料与固态电解质界面处理；（4）锂电池失效分析；（5）先进材料表征与分析；（6）全固态电池、电解质产业化。
粉体网：目前国内的半固态电池已经初步产业化，它们基本上都是基于氧化物固态电解质，而国外研究侧重于硫化物固态电解质，您认为造成这种分歧的原因是什么？吴凡研究员：日本跟韩国作为液态锂离子电池的传统强国，他们实际上在20年前就开始布局全固态电池的研究，并且在硫化物全固态电池方面有非常深的积累。我国在全固态电池方面的研究工作也开始的很早，但是没有像日本与韩国这么大规模的投入与布局。在硫化物全固态电池的研究方面相对于日韩来说，还是有一定的差距。但是在产业化工艺和进程方面，我们国家走在了全世界的前列。在液态锂离子电池固态化的全球趋势下，做固液混合电池目前来说还是最接近实际可行的一条产业化路径。所以我国像卫蓝、清陶、锋锂等一系列的企业都在大力推进氧化物固液混合电池技术。而硫化物全固态电池产业化的推进还有待于基础原理上以及基础科学研究成果的积累，相对于氧化物固液混合电池体系来说会慢一些，时间上会久一些。所以这也是一个比较大的区别吧。日韩在氧化物固液混合电池上面，相对来说布局较少，主要关注点还是硫化物全固态电池。并且预判在2026年以后，会有产业化的、量产的全固态硫化物电池体系。粉体网：国外基于硫化物固态电解质的固态电池研究起步较早，尤其是日本，像丰田之类的。他们在专利层面上也已经抢先布局，您认为我国想要发展硫化物固态电池是否会因此受限？吴凡研究员：日韩掌握了大量的专利，这个对于我国的硫化物固态电池产业化肯定有一定的限制。但是不只是我们，无论世界上哪个国家想要推进硫化物全固态电池产业化，都需要拥有自己的核心专利。我们认为，无论哪家公司，他首先要确保自己在知识产权方面的一个积累工作，然后有专利来保护自己的生产材料以及全固态电芯制备当中各方面的关键技术。
粉体网：日本的产官学合作体制由来已久，在该体制下，日本经济产业省与日本新能源产业技术综合开发机构联合38家企业联合攻关固态电池，其中超过一半企业是材料企业，您认为我国在此等协作方面存在哪些不足？吴凡研究员：日本NEDO组织的确有联合38家研发机构一起来推进硫化物全固态电池的产业化，这里面包括汽车公司像丰田、本田、尼桑，化学制品公司像出光兴产、三井金属，还有日立造船、松下等等一系列企业。他们的确是举国体制在做硫化物固态电池。我们国家其实也有类似的机制，但不是以这种形式。我们国家有科技部的国家重点研发计划，以及军委和自然科学基金委的一些国资的基金重点项目等等。这些项目都会有明确的主题，比如说是推进高能量密度或者说是全固态电池体系。通过这种国家级的项目联合一大批科研机构和企业，一起来实现全固态电池的产业化，或者说是从研发往产业化推进。可能单个项目从体量和规模上来讲不及NEDO组织这么庞大，但是对于每一个项目，比如说从十四五规划以来，2021年以来，科技部的重点研发计划，分门别类在各个专项当中都会有至少6个到10个单位聚合在一起，围绕同一个目标来推进。所以，我觉得从中国跟日本本身国情上的差异，或者说是固态电池发展的程度上来讲，这种协作会有规模上、体量上的不同。但是大家做全固态电池的这个目标和决心还是比较一致的，并且都有国家层面来主导的研发项目，来推进、聚焦硫化物全固态电池。在这种情况下，只是时间和趋势的问题，不久的将来应该会有全固态电池真正的落地。粉体网：就产业化来讲，在目前研究的硫化物固态电解质材料中，您认为最有发展可能性的是哪种材料体系？吴凡研究员：现在硫化物固态电池体系其实也比较明确，在各个性能指标上有优势体系。例如空气稳定性方面，锂锡硫体系是最稳定的材料；在高离子电导率方面，是锂硅磷硫氯和锂锗磷硫晶体结构的硫化物材料；在综合性能、电化学稳定性方面，是硫银锗矿Li6PS5Cl材料。所以，应用于不同的场景会有不同的需求，我们针对不同的客户需求完全可以定制化的开发。刚才讲到的这几个是比较重要的指标，那么应用于全固态电池比如说它的循环稳定性、长寿命等等，包括界面稳定性，这些都是硫化物材料需要考量的主要的点。在我们产业化的过程当中，肯定要针对不同的应用场景和性能，然后以不同材料去放大，供给不同的下游厂商去挑选和使用。粉体网：前段时间，网上报道您与字节跳动合作开展全固态电池项目，您能简单介绍一下项目内容吗？吴凡研究员：我们跟字节跳动的合作其实有多项工作，其中有一篇已经发表在《Advanced Materials》系列期刊上面，也引起了广泛的关注。但实际上我们跟字节跳动还有多项工作还没有发表，目前在审稿或者投稿的过程当中。我们跟字节跳动的合作围绕着硫化物全固态电池，在实验证据或者实验数据积累的过程当中，我们发现了一些新的材料体系，或者新的材料性能，在全固态电池当中的应用。然后我们会将这些实验数据与字节跳动讨论，请他们帮我们做计算方面的辅助配合与理论的支撑。通过我们和字节跳动良性互动，共同将硫化物固态电池材料或者说全固态电池当中的一些基础科学问题理解清楚。
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