中科院孙世刚：固态电池有哪些困境？该如何解决？

中科院孙世刚：固态电池有哪些困境？该如何解决？

随着新能源汽车的快速发展，固态电池作为下一代动力电池的重要方向，其安全性好、能量密度高的特点备受关注。然而，固态电池在实际应用中仍面临诸多挑战，如锂枝晶问题和固固界面兼容性差等。本文将从技术层面深入探讨固态电池的发展现状和未来方向。

新能源汽车发展的驱动力

中国原油结构呈现"煤多油少气少"的特点，2019年开始燃油对外依存度超过70%，2023年消费总量达到7.66亿吨，其中外购量高达5.64亿吨，对外依存度超过73%。这种高依存度不仅影响能源安全，也促使中国加速发展新能源汽车。

新能源汽车不仅减少了对原油的依赖，还促进了可再生能源的开发和利用。通过将间歇式发电储存和转化，可以实现连续性供电。例如，将水电解产生绿氢，或将二氧化碳转化为燃料，通过燃料电池驱动汽车，或直接作为动力电池使用。

新能源汽车市场近年来呈现指数级增长，2023年保有量已达2041万辆，占汽车总量的6%。根据规划，到2030-2035年，新能源汽车销量将占总销量的50%以上，达到8000万至1亿辆的规模。同时，燃料电池车也呈现出快速增长趋势，2023年保有量已达18740辆，中国已成为全球商用车最多的国家。

固态电池的技术优势与挑战

固态电池相比传统液态电解质电池具有明显优势，如不易燃、无液体泄露风险、电化学窗口宽等。然而，固态电池在实际应用中仍面临诸多挑战，主要包括锂枝晶问题和固固界面兼容性差。

锂枝晶的生长是固态电池面临的主要问题之一。即使在固态电解质中，锂离子传输速度较慢，仍然会导致锂枝晶的生长。为了解决这一问题，研究者们尝试了多种方法，包括人工智能、人工SEI膜、表面修饰、三维结构锂金属负极等。此外，通过添加剂的方式控制锂枝晶的成核和生长过程，也是一种有效的解决方案。

固固界面兼容性差是另一个重要挑战。为了解决这一问题，研究者们提出了"半固态电解质"的概念，通过在固态电解质中加入液体来改善界面接触。此外，通过界面调控和化学嫁接等方法，也可以提升固固界面的稳定性和相容性。

固态电池的发展方向

针对固态电池现有的一些缺陷，研究者们提出了多种解决方案。例如，通过表面化学方式提升固态电解质的性能，通过调控锂的迁移能垒提高性能，通过元素取代提升硫化物的周期循环和稳定性，通过界面调控提升快速充放电性能。

对于聚合物电解质，研究者们通过分子设计和原位聚合的方法，开发出具有高离子电导率和宽电化学窗口的新型电解质。此外，通过添加增塑剂和低温聚合物电解质等方法，也可以提升聚合物电解质的性能。

复合聚合物固态电解质是另一种重要的发展方向。通过将无机和聚合物材料融合，可以同时获得良好的界面稳定性和相容性。此外，通过异质结设计和化学嫁接等方法，也可以进一步提升复合电解质的性能。

结论

固态电池作为下一代动力电池的重要方向，其安全性好、能量密度高的特点备受关注。然而，固态电池在实际应用中仍面临诸多挑战，如锂枝晶问题和固固界面兼容性差等。目前，研究者们已经提出了多种解决方案，并取得了一定进展。未来，需要在应用和源头技术研究两个方面同时发力，推动固态电池的产业化发展。

本文原文来自auto-testing.net