全固态电池的研发现状与产学研协同创新的前景

欧阳明高

一、全球全固态电池的研发背景

自20世纪70年代开始，国内外很多科学家在固态电解质研究方面做了大量基础工作。大概在1980年左右，固态电解质氮化锂形成研究热潮，但因氮化锂的稳定性较差，当时没有得到较好的发展。另外一个研究重点就是硫化物固态电解质，初期和二期的硫化物性能表现不是很好，真正爆发的是第三期硫化物。此外，还有如卤化物固态电解质、石榴石型氧化物也都在研究中。

从20世纪60年代开始，固态电解质的离子电导率数-量级从刚开始的10-8S/cm、10-7 S/cm、10-3S/cm，到现在的10-2 S/cm。在早期发展阶段，固态电解质的离子电导率数量级都在10-4—10-5S/cm水平上，基于这些现实问题，固态电解质制成的电池一直无法满足实用要求。直到1992年液态锂离子电池发明后，迅速实现产业化并在2000年后逐步应用于电动汽车，进一步引发了新能源汽车革命。

近十年来，以硫化物固态电解质为代表的新型固态电解质发展迅猛，离子电导率赶上甚至超过液态电解质。2011年东京工业大学的Kanno教授第一次发现了一种具有三维锂离子通道的硫化物电解质， 室温下其锂离子电导率达12mS/cm，2016年他继续创造奇迹，将离子电导率提升至25mS/cm，2023年最高达到32mS/cm，但是该固态电解质中含有锗元素，生产成本较高，这使得成本较低的硫化物固态电解质发展起来，现在锂磷硫氯是我们用的比较多的固态电解质。尽管固态电池发展至今仍无法和液态锂离子电池媲美，但是固态电解质的离子导电率的新发现引起轰动，引发了新一轮全固态电池的全球竞争。……