固態電池從實驗室到商業化還要面臨哪些難題？——專訪中南大學張永柱教授

2025年3月18日到19日，由中國粉體網主辦的2025全固態電池技術交流大會暨第一屆干法電極技術研討會在安徽蚌埠隆重召開，會議期間，我們邀請到了業內專家、學者，優秀企業家代表做客對話欄目，進行訪談交流。本期為您分享的是中國粉體網對中南大學張永柱教授的專訪。

1、張教授，您認為實現固態電池商業化應該如何防范固態技術路線帶來的顛覆性風險？

全固態電池到了關鍵時期，需要確立技術路線，這關系到我國新能源汽車產業持續健康發展。從行業全局看，要重點防范全固態技術路線帶來的顛覆性風險。

回顧日本全固態電池技術路線圖2020，聚焦全固態電池，固態電解質以硫化物為主、正極材料以三元為主、體積比能量為標志性參數指標。

日本的計劃是：（1）2025年實現第一代全固態電池（硫化物系）的量產；（2）2030年實現第二代全固態電池（高離子傳導性硫化物或氧化物系）的推廣應用；（3）梳理全球固態電池的發展，大家的共識是2030年前重點突破500Wh/kg以內電池，三元正極不變，主要改變負極，2030年后改變正極。

目前我國動力電池企業和機構以半固態為特色。在動力電池發展過程中，半固態不失為一種過渡策略，能夠提升動力電池的安全性。但是，半固態電池的良品率、充電倍率、循環壽命等都不令人滿意，最根本的原因是半固態電池不是顛覆性技術。

從全球范圍來看，全固態電池逐漸聚焦到硫化物技術路線，并且投入持續增加。全球約32家企業和機構聚焦于硫化物技術路線，不超過10家研發氧化物固態電池，7家研發聚合物固態電池。其中有些企業重點聚焦硫化物路線，但沒有放棄氧化物和聚合物的路線。

2、張教授，您認為固態電池幾條技術路線中哪一條能最先實現商業化？

目前半固態電池技術路線先行。考慮到全固態電池三條（聚合物、氧化物和硫化物）主要技術路線的優勢和劣勢各異，難分伯仲。

目前首當其充的主要任務就是要回答如下三個問題：

1、硫化物、氧化物、聚合物、鹵化物，哪種是主要的技術路線？

2、量產的時間是什么時候？

3、用什么手段實現量產？

硫化物、氧化物、聚合物、鹵化物，哪種是主要的技術路線？

（1）聚合物電解質以其輕質和彈性著稱，但離子電導率相對較低，限制了其在室溫下的應用；（2）氧化物電解質則因離子電導率適中、硬度高而能有效抑制鋰枝晶生長，但與正負極的界面接觸及易碎性是其面臨的主要挑戰；（3）硫化物電解質以其高離子電導率和優越的界面接觸性脫穎而出，盡管其對空氣敏感且遇水易產生有害氣體，但仍是全固態電池領域最具潛力的技術路線；（4）在固態電池技術路線中，?氧化物固態電池?最可能率先實現商業化，其次是?聚合物固態電池?，而?硫化物固態電池?因技術難度較高將更晚落地。

因此，固態電池什么時候可以投入量產是最難預測的事情，有時一個難題長期沒能得到解決，量產時間不得不推遲，有時也許在某個時間節點實現一個重大突破，量產過程很順利。

商業化時間表預測

總結: 固態電池技術：半固態先行，全固態未來可期

氧化物固態電池憑借技術成熟度、成本可控性和國內產業鏈優勢，將成為最先商業化的路線；硫化物路線需依賴日韓企業的長期研發突破，短期內難以普及；聚合物路線則可能局限于特定場景（如消費電子）。此外，?半固態電池?（氧化物+少量電解液）作為過渡方案，將加速固態電池的初期市場滲透。

3、張教授，目前固態電池從實驗室到商業化還要面臨哪些難題？

?固態電池從實驗室到商業化還需要面臨以下5個主要難題?：

3.1?材料和成本問題?：固態電池的商業化需要攻克材料關和成本關。固態電池使用固體正負極和固體電解質，這與傳統的液態鋰電池在材料上有很大不同，需要開發新的材料體系。此外，新材料的應用會增加制造成本，如何降低成本是商業化的一大挑戰。

3.2?技術難題?：雖然固態電池在能量密度、安全性和耐低溫性能上具有顯著優勢，但其技術實現仍面臨諸多挑戰。例如，固態電池的電解質材料需要具備高離子電導率、良好的機械強度和化學穩定性，這增加了研發難度。

3.3?生產工藝和設備?：固態電池的生產工藝與液態鋰電池不同，需要新的生產設備和工藝流程。目前，固態電池的生產設備尚未完全成熟，這限制了其大規模生產的能力。

3.4?市場接受度和需求?：盡管固態電池在性能上有顯著優勢，但其高昂的成本可能會影響市場接受度。消費者和制造商是否愿意為固態電池的高成本買單是一個重要問題。

3.5?行業標準和技術規范?：固態電池的商業化還需要建立相應的行業標準和技術規范，確保其安全性和性能符合市場需求。

4、張教授，干式涂布工藝技術對解決這些難題起到哪些作用？

針對上述五個問題，干式涂布工藝技術，設計和設備將著力解決上述固態電池從實驗室到商業化還要面臨五大問題。?干法電極還有以下好處：

1.不需要液態溶劑，制作過程更環保；

2.不需要溶劑蒸發，制作速度更快；

3.同樣體積下使用干法工藝的正負極極片可儲存更多電能，提升電芯能量密度和循環次數。

何為干法電極？干法電極是一種新型的電極制備技術，不使用液態溶劑，直接將活性材料、導電劑和粘合劑的固態粉末混合在一起。其制作過為：先將活性材料、導電劑、粘合劑混合，混合過程中粉末被拉成纖維狀，再將纖維狀的物質壓成薄片貼在箔體。制備方式有粘合劑原纖化和靜電噴涂兩種。粘合劑原纖化是主流制造方法，該方法主要分為粉料混合、纖維化、輥壓三大環節。

使用該制作方法的企業主要分布于美國/中國/德國，美國有Maxwell/Bosch，中國則有海博瑞恩電子，德國有TU Dresden等。

粘合劑原纖化方法在混合環節需要將直徑較大的顆粒更加粉碎，降低后續安全隱患，粉料混合時的溫度也需要注意，防止纖維化時間提前，讓粘合劑分布的更加均勻。

在纖維化環節，需要注意不同材料的纖維化時間不同，進而達到工藝改進，另外纖維化過程阻力大，程度不均勻等也需要注意。

輥壓環節則更是對設備的力度、精度、均勻度提出更高要求，這點在正極上尤為明顯，正極粉體材料易碎，需要更大壓力來壓緊。

靜電噴涂法則是使用高壓氣體，將粉體、導電劑、粘合劑顆粒噴灑至箔集體上，讓噴灑物質在靜電的作用下帶負電吸附到箔體，隨后對其進行熱壓，粘接劑融化后會粘連其他粉末并被擠壓成自支撐膜。使用該制作方法的企業主要分布于日本/韓國，有豐田/LG/日立/瑞翁等。

5、張教授，請您分析一下固態電池干式涂布工藝技術設備產業化的現狀。

截至2025年3月，固態電池干式涂布工藝技術設備的產業化進程已進入加速階段，以下從技術進展、應用領域、設備廠商動態及挑戰等方面總結現狀：

5.1技術研發與設備突破

?干法工藝成為核心方向: 干法涂布技術因無需溶劑、流程簡化、成本低等優勢，被視作固態電池量產的關鍵工藝。目前設備企業已實現從電極制備到電解質膜成型的全鏈條覆蓋，例如：

先導智能推出全球首條全固態電池整線解決方案，涵蓋干法電極和電解質膜制備設備。

利元亨成功打通全固態電池量產的全線工藝，干法電極設備、電解質壓制轉印設備等已與頭部企業對接。

贏合科技掌握干法混料及成膜技術，相關設備于2024年實現發貨。

?工藝難點逐步攻克：固態電池極片與電解質膜的制備需解決固-固界面接觸、離子傳輸效率低等問題，干法工藝通過優化材料均勻性和壓制精度提升性能。

干法電極技術通過多層堆疊和高壓致密化工藝，改善電極結構穩定性，適配硫化物、氧化物等多種電解質體系。

5.2應用場景與商業化進展

?小動力市場率先落地：小型全固態電池已在3C數碼設備、兩輪電動車等對能量密度要求較低的領域實現批量應用。部分企業通過干法工藝生產的高安全固態電池，正逐步向無人機、航空航天等場景拓展。

?乘用車領域加速驗證：面向新能源汽車的干法工藝設備尚處于差異化探索階段，需進一步優化生產效率和大規模量產穩定性。豐田、三星SDI等企業計劃2026-2030年實現硫化物全固態電池量產，推動干法設備需求增長。

5.3產業鏈協同與挑戰

?設備廠商深度參與技術迭代：鋰電設備企業與電池廠商緊密合作，通過定制化整線方案（如干法涂布+無隔膜疊片）縮短產業化周期。硫化物固態電池的工程化驗證加速，帶動干法設備在界面改性、高壓化成等環節的工藝創新?。

?產業化難點仍存：?材料適配性?：干法工藝對固態電解質粉體分散度、粘合劑兼容性要求較高，硫化物電解質易氧化等問題需突破。

?成本控制?：固態電池設備初始投資高，需通過規模化生產降低邊際成本。

5.4總結

當前固態電池干式涂布工藝設備已從實驗室走向工程化驗證階段，頭部設備企業通過技術整合與協同研發搶占先機。但全產業鏈仍需攻克材料匹配、工藝穩定性和降本等關鍵問題，預計2027年后隨著硫化物路線量產加速，干法設備市場將迎來爆發式增長。

6、張教授，近年來，您在固態電池領域有哪些研究成果？可以向大家分享一下嗎？

實現全固態電池的關鍵是材料的共性技術取得進展。歐陽明高院士帶頭把自己團隊的研究成果公開，希望大家盡可能分享共性技術，凝聚合力取得技術上的突破。

我們的海內海外團隊也是圍繞行業內的關鍵材料及界面共性問題開展如下方面的研究:

6.1 關鍵材料及界面共性問題

?2027年，石墨/低硅負極硫化物全固態電池以300Wh/kg為目標，重點攻關硫化物固態電解質，打通全固態電池的技術鏈，三元正極和石墨/低硅負極基本不變,向長壽命大倍率方向發展。

?2030年，高硅負極硫化物全固態電池以400Wh/kg和800Wh/kg為目標，重點攻關高容量硅碳負極，三元正極和硫化物固態電解質仍為主流材料體系，面向下一代乘用車電池。

?2035年，鋰負極硫化物全固態電池以500Wh/kg和1000Wh/kg為目標，重點攻關鋰負極，逐步向復合電解質（主體電解質+補充電解質）、高電壓高比容量正極發展（高鎳、富鋰、硫等）。

6.2關鍵濕法+干法定制化解決方案問題

啟動干法技術立項研究，現已初步完成干法前段整線的成膜技術布局，涵蓋配料混合、粘結劑原纖化、造粒、成膜、集流體復合等全套前端工藝。海內海外團隊有10年以上的工業應用積累，在膜層制備機理研究方面較有底蘊，可針對客戶需求提供濕法+干法定制化解決方案。

6.3 干法電極技術可能是未來大圓柱電池和固態電池生產的最優解

如正負極全部采用干法工藝，可將電芯成本進一步節省。特斯拉曾在2019年花大價錢收購Maxwell，原因是馬斯克看中了該公司核心專利技術干法電極工藝的巨大潛力。例如近期先導智能披露成功向韓國頭部電池企業交付定制固態干法電極涂布設備，并獲得客戶高度贊賞。我們海內海外團隊有10年以上的大圓柱電池和固態電池工業應用積累，可針對無人機，人工智能，機器人，軍用，儲能客戶需求提供大圓柱電池和固態電池定制化解決方案。

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