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| 本文作者： 馬詩晴 | 2026-06-12 15:11 |
2026 年是固液混合電池量產(chǎn)元年。
【編者按】黃學杰是中國鋰電池行業(yè)領軍科學家之一。現(xiàn)任中科院物理研究所儲能材料與器件方向召集人、《節(jié)能與新能源汽車》路線圖動力電池路線圖專家組長，曾發(fā)起及推動星恒電源等多家鋰電企業(yè)落地。
近日，以「臨界與突破」為主題的“半固態(tài)電池價值論壇”在深圳舉行，會上，黃學杰發(fā)表了題為《固液混合路線市場機遇期正來臨》的演講，分享了固液混合技術在三元鋰和磷酸鐵鋰電池上的應用，及其在汽車動力和儲能場景的產(chǎn)業(yè)化價值。
黃學杰認為，2026 年是固液混合電池量產(chǎn)元年。2035年之前，全固態(tài)電池還不能“掀桌子”，所以必須重視固液混合電池。
黃學杰指出，固液混合技術應用上，三元鋰電池通過在正極材料“以鎳代鈷”，平衡高能量密度與成本的問題；負極材料通過硅基合金跟錫基合金結(jié)合，實現(xiàn)高比能量以及快速充放電；最后使用固體電解質(zhì)修飾界面，使整體能量密度達到1050Wh。
磷酸鐵鋰電池則通過在電極表面加凝膠、內(nèi)部富鋰化，在儲能場景實現(xiàn)放置20年不出問題；在新能源汽車頻繁高溫快充場景，電池壽命直指一萬次以上。
（注：將于今年7月實施的新國標將鋰電池分為液態(tài)電池、固液混合電池、固態(tài)電池，其中，固液混合電池亦稱半固態(tài)電池，固態(tài)電池亦稱全固態(tài)電池。）
非常榮幸能向大家匯報我們團隊今年在固態(tài)電池領域的重點工作，特別是關于固液混合電池迎來的一系列重大產(chǎn)業(yè)機遇與技術突破。
去年10月，中國汽車工程學會正式發(fā)布了 《節(jié)能與新能源汽車技術路線圖 3.0》。過去，我們每五年修訂一次規(guī)劃，前兩次發(fā)布的目標，90%以上的指標都兌現(xiàn)了，且實際成本表現(xiàn)比預期還要好。當前，固液混合電池與全固態(tài)電池已經(jīng)有了清晰的時間線：
2026 年是固液混合電池量產(chǎn)元年；2030年全固態(tài)電池會小批量應用；2035年，一部分汽車能用得起新一代的固態(tài)電池。
從“液態(tài)”到“固液混合態(tài)”，再到“全固態(tài)”，分類實際由電解質(zhì)決定。目前，固液混合電池包括兩種技術路徑：
一種是完全無機的固體電解質(zhì)，包含氧化物、磷酸鹽等，其工藝邏輯類似于“往水里摻沙子”；另一種是往里面摻聚合物，形成膠體電池。 當然，也有將二者結(jié)合的，但無論哪種路徑，都能歸結(jié)為固液混合電池。
固液混合電池的優(yōu)點很明確。一方面，今天的液態(tài)電池生產(chǎn)線基本不用動，能實現(xiàn)90%以上兼容。目前，我國鋰電行業(yè)的固定資產(chǎn)投入已高達上萬億元，當顛覆性技術出現(xiàn)時再全部更換。
另一方面，固液混合電池的電解質(zhì)無論是無機物還是聚合物，它能夠讓電池在能量密度提高的情況下，安全性能會得到保障，熱失控的概率降低。
所以，在全固態(tài)電池“掀桌子”之前，我們必須重視固液混合電池。
要想真正做到能量密度與安全性的兼顧，絕不僅僅是“往電池里加一點固體電解質(zhì)”那么簡單。我們必須引入更高能量的正負極材料，并且，分別在正極、電解質(zhì)界面上加入固體成分，而且成本要求基本不增加。
在正極材料方面，什么樣的材料能量密度更高卻便宜呢？今天來看還是三元材料，能量密度高。但是它不便宜，因為它里面“鈷”的含量太高了。
我們要把鈷含量降下來，如果不能降到0，也要把它控制到 3%以內(nèi)，甚至到1%。所以，我們要把鎳加上去，以鎳代鈷，把成本大幅度降下來。
但以鎳代鈷的問題是什么？電池會非常危險，安全性不能保障。這時正極材料改進，以及固體電解質(zhì)引入，將是關鍵問題。
針對這一痛點，在過去八年里，物理所依托在東莞松山湖建立的實驗室，開展了成果轉(zhuǎn)化工作。我們研發(fā)了一種高密度的正極材料：鈷含量很少，只有1%，鎳的含量很高，超過95%，剩下的還有點錳。
新的材料和三元材料相比，非常致密，一次顆粒是納米。致密的好處在于能往里面裝很多材料。光材料本身致密還不夠，還要把電極做得致密，就要加很大的壓力。以前的材料，施加很大的壓力會破掉，新的材料擁有三倍的承受力。
無論是在固液混合電池還是全固態(tài)電池里，該電極被施加更大的壓力，能做得更致密，導電性能更好、粘結(jié)度更高，1C容量達220mAh/g，能長壽命循環(huán)。
在負極材料方面，硅基材料的理論容量比傳統(tǒng)石墨高出10倍，所以大家都想把石墨負極換掉。我們這支隊伍自 2016年我主持工作以來，一直在主攻該方向。如果從1998年團隊發(fā)表第一篇相關領域論文算起，我們已經(jīng)在這個方向上奮斗了近30 年。
今天，在負極，我們能夠把硅基合金與錫基合金結(jié)合起來。這解決了兩大問題，一是高比能量；另一個是快速的充放電。因為錫能讓電池里的離子跑動速度提高 100 倍以上。
結(jié)合起來的材料是什么樣呢？硅的納米片跟錫的納米線。錫的量很少，大概5%左右，以納米線的形式存在，在電池里面起到導電的作用。不是導電子，是導離子，因為電池里，最難的是怎么能夠快速導離子。
材料問題解決完之后就做電極。針對硅基負極充電膨脹、放電收縮的物理難題，我們通過特殊的電極空間設計，為其預留了體積變化窗口。目前，該負極材料已在半導體領域應用，它可以讓全電池循環(huán)壽命接近 1500 次，1C倍率下仍具有80%的容量保持率，體積變化跟今天的石墨電池一樣。
固體電解質(zhì)也有特別好的加持作用。我們在正極表面構(gòu)建了磷酸鈦鋁鋰固體電解質(zhì)，在電極內(nèi)部引入磷酸鐵鋰的電解質(zhì)，并在負極側(cè)輔以聚合物增強。
這一套組合拳帶來的結(jié)果是： 這套新設計的電池能量密度能達到 1050 Wh，循環(huán)壽命能達到1000次以上。
這是其中一個設計，我們也感謝相關機構(gòu)的支持，讓我們能夠把大電池做出來，我們也能夠和合作伙伴一起證明，高密度的電池在固液混合技術加持下，具備非常好的安全性。
剛剛講完三元鋰電池，現(xiàn)在我們講講磷酸鐵鋰電池。在高能量密度的三元電池上用固液混合技術理所當然，磷酸鐵鋰電池上就不需要了吧？答案是也要。
時至今日，我國幾乎全部儲能鋰電池和80%以上的動力電池，都采用磷酸鐵鋰，比亞迪的全系車型也都在使用磷酸鐵鋰。
我們要感謝兩位老先生，領頭的約翰·古迪納夫獲得了2019 年諾貝爾化學獎，另一位米歇爾·阿曼德提出了碳包覆技術，他們團隊創(chuàng)辦了世界上第一家磷酸鐵鋰公司Phostech。但為什么后面沒有發(fā)展起來，因為中國發(fā)展得太快了，我們堅持在做磷酸鐵鋰膠態(tài)化。
為什么要堅持磷酸鐵鋰膠態(tài)化，首先不是為汽車電池，而是為儲能電池。
儲能電池放在集裝箱中可能 10 年、20 年靜置不動，電解液就會出現(xiàn)問題，導致在重力作用下發(fā)生分層——上層濃度極低，底層濃度極高。就像腌咸鴨蛋的罐子，三個月不動，底部的鴨蛋太咸，上部的鴨蛋太淡。
為解決這一行業(yè)頑疾，我們提出了一個方案，要讓電極表面如同金伯利海灘的珊瑚一樣，能夠不斷透出膠狀物，讓它的表面保持一層厚實的膠體電解質(zhì)，形成膠體電池，最終實現(xiàn)放20年不出問題。
膠體電池在鋰電池領域很新鮮，在鉛酸電池領域一點都不新鮮。當年為了改造汽車電池技術，使其適用于通信基站的備用電源UPS ，就必須做成膠體，否則因為酸的濃度變化，電池在基站里面一年不動就壞掉了。
最早的時候，大家想得很簡單，往電解質(zhì)里加一種固體物質(zhì)就行了。但整個電解液變成膠的話，阻礙了正負極之間氣體與離子運動。堵死了的話，電池就不工作了。
所以只能在電極表面形成很厚膠層，電池內(nèi)部仍保留液體流動。這形成了另一種形式的“固液混合態(tài)”。
除此之外，我們還要進一步延長其壽命。因為今天，大家都要快充，室溫下是沒辦法快充的，電池需加熱至 60℃～70℃。只有加熱到很高的溫度，鋰離子才能跑得快，從而做到6分鐘充好，5分鐘充飽。但是，高溫會蠶食電池壽命，我們需要在電池里引入更多鋰離子。
如何引入？我們做氧化物固體電解質(zhì)的時候，發(fā)現(xiàn)電解質(zhì)硅酸鋰，鋰的含量特別高。大家看到的磷酸鐵鋰，一個鐵對應一個鋰，但一個硅的話要對應四個鋰。
這么多鋰，我們能不能把它釋放出來？平常它是固體電解質(zhì)，鋰是不動的，但我們?nèi)绻唁嚰舆M去，做一個電化學反應，把鋰釋放出來。鋰釋放出來之后電池的壽命就大幅度延長了。壽命真的做到1萬次以上，而不是宣傳的1萬次。
通過表面加凝膠以及內(nèi)部富鋰化，我們生產(chǎn)的的320Ah的磷酸鐵鋰電池，放在55℃ 的烤箱里90 天，總碳不會有太大變化。尤其界面穩(wěn)定之后，安全性得到提升，經(jīng)驗證，T1溫度下，即使一個電池熱失控了，也不會把邊上的電池引起著火。
去年有一個重要案例，新加坡一個數(shù)據(jù)中心發(fā)生火災。數(shù)據(jù)中心的電池要求比汽車動力電池高。過去對電池的檢測是挑一只進行檢測，熱失控不起火就行了。但新的標準要求，需要36個電池全部熱失控了都不能起火。
最后發(fā)現(xiàn)，需要把無機的固體電解質(zhì)與有機的固體電解質(zhì)膠體兩招都用上，36只大電池被逐一觸發(fā)熱失控后，整個機箱最終僅僅冒了一點青煙，沒有任何明火與劇烈動靜。即使在6C到10C這樣超高功率情況下，在數(shù)據(jù)中心這樣的電池仍非常安全。
目前，在松山湖，我們不僅建了一個實驗室，還聯(lián)合了一批企業(yè)，組建了一個創(chuàng)新聯(lián)合體。這里擁有開放的各類中試試驗條件，并且在實驗室墻外，我們還建設了一個創(chuàng)新社區(qū)，它是公共的，不僅僅做研究。歡迎各位專家、企業(yè)家有空到松山湖實驗室進行視察和指導，謝謝！
本文作者長期追蹤新能源產(chǎn)業(yè)鏈（寧德/國軒/億緯/特斯拉等），重點關注動力電池、儲能，歡迎添加微信dmzb287交流討論。
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