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| 本文作者： 馬詩(shī)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(xué)杰是中國(guó)鋰電池行業(yè)領(lǐng)軍科學(xué)家之一。現(xiàn)任中科院物理研究所儲(chǔ)能材料與器件方向召集人、《節(jié)能與新能源汽車(chē)》路線圖動(dòng)力電池路線圖專家組長(zhǎng)，曾發(fā)起及推動(dòng)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(jià)值論壇”在深圳舉行，會(huì)上，黃學(xué)杰發(fā)表了題為《固液混合路線市場(chǎng)機(jī)遇期正來(lái)臨》的演講，分享了固液混合技術(shù)在三元鋰和磷酸鐵鋰電池上的應(yīng)用，及其在汽車(chē)動(dòng)力和儲(chǔ)能場(chǎng)景的產(chǎn)業(yè)化價(jià)值。
黃學(xué)杰認(rèn)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(xué)杰指出，固液混合技術(shù)應(yīng)用上，三元鋰電池通過(guò)在正極材料“以鎳代鈷”，平衡高能量密度與成本的問(wèn)題；負(fù)極材料通過(guò)硅基合金跟錫基合金結(jié)合，實(shí)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(dá)到1050Wh。
磷酸鐵鋰電池則通過(guò)在電極表面加凝膠、內(nèi)部富鋰化，在儲(chǔ)能場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)放置20年不出問(wèn)題；在新能源汽車(chē)頻繁高溫快充場(chǎng)景，電池壽命直指一萬(wàn)次以上。
（注：將于今年7月實(shí)施的新國(guó)標(biāo)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(bào)我們團(tuán)隊(duì)今年在固態(tài)電池領(lǐng)域的重點(diǎn)工作，特別是關(guān)于固液混合電池迎來(lái)的一系列重大產(chǎn)業(yè)機(jī)遇與技術(shù)突破。
去年10月，中國(guó)汽車(chē)工程學(xué)會(huì)正式發(fā)布了 《節(jié)能與新能源汽車(chē)技術(shù)路線圖 3.0》。過(guò)去，我們每五年修訂一次規(guī)劃，前兩次發(fā)布的目標(biāo)，90%以上的指標(biāo)都兌現(xiàn)了，且實(shí)際成本表現(xiàn)比預(yù)期還要好。當(dāng)前，固液混合電池與全固態(tài)電池已經(jīng)有了清晰的時(shí)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(huì)小批量應(yīng)用；2035年，一部分汽車(chē)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(shí)際由電解質(zhì)決定。目前，固液混合電池包括兩種技術(shù)路徑：
一種是完全無(wú)機(jī)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(dāng)然，也有將二者結(jié)合的，但無(wú)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(diǎn)很明確。一方面，今天的液態(tài)電池生產(chǎn)線基本不用動(dòng)，能實(shí)現(xiàn)90%以上兼容。目前，我國(guó)鋰電行業(yè)的固定資產(chǎn)投入已高達(dá)上萬(wàn)億元，當(dāng)顛覆性技術(shù)出現(xiàn)時(shí)再全部更換。
另一方面，固液混合電池的電解質(zhì)無(wú)論是無(wú)機(jī)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(huì)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(diǎn)固體電解質(zhì)”那么簡(jiǎn)單。我們必須引入更高能量的正負(fù)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(lái)看還是三元材料，能量密度高。但是它不便宜，因?yàn)樗锩妗扳挕钡暮刻吡恕?/span>
我們要把鈷含量降下來(lái)，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(lái)。
但以鎳代鈷的問(wèn)題是什么？電池會(huì)非常危險(xiǎn)，安全性不能保障。這時(shí)正極材料改進(jìn)，以及固體電解質(zhì)引入，將是關(guān)鍵問(wèn)題。
針對(duì)這一痛點(diǎn)，在過(guò)去八年里，物理所依托在東莞松山湖建立的實(shí)驗(yàn)室，開(kāi)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(guò)95%，剩下的還有點(diǎn)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(huì)破掉，新的材料擁有三倍的承受力。
無(wú)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(dǎo)電性能更好、粘結(jié)度更高，1C容量達(dá)220mAh/g，能長(zhǎng)壽命循環(huán)。
在負(fù)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(fù)極換掉。我們這支隊(duì)伍自 2016年我主持工作以來(lái)，一直在主攻該方向。如果從1998年團(tuán)隊(duì)發(fā)表第一篇相關(guān)領(lǐng)域論文算起，我們已經(jīng)在這個(gè)方向上奮斗了近30 年。
今天，在負(fù)極，我們能夠把硅基合金與錫基合金結(jié)合起來(lái)。這解決了兩大問(wèn)題，一是高比能量；另一個(gè)是快速的充放電。因?yàn)殄a能讓電池里的離子跑動(dòng)速度提高 100 倍以上。
結(jié)合起來(lái)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(dǎo)電的作用。不是導(dǎo)電子，是導(dǎo)離子，因?yàn)殡姵乩铮铍y的是怎么能夠快速導(dǎo)離子。
材料問(wèn)題解決完之后就做電極。針對(duì)硅基負(fù)極充電膨脹、放電收縮的物理難題，我們通過(guò)特殊的電極空間設(shè)計(jì)，為其預(yù)留了體積變化窗口。目前，該負(fù)極材料已在半導(dǎo)體領(lǐng)域應(yīng)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?cè)谡龢O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(fù)極側(cè)輔以聚合物增強(qiáng)。
這一套組合拳帶來(lái)的結(jié)果是： 這套新設(shè)計(jì)的電池能量密度能達(dá)到 1050 Wh，循環(huán)壽命能達(dá)到1000次以上。
這是其中一個(gè)設(shè)計(jì)，我們也感謝相關(guān)機(jī)構(gòu)的支持，讓我們能夠把大電池做出來(lái)，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(shù)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(shù)理所當(dāng)然，磷酸鐵鋰電池上就不需要了吧？答案是也要。
時(shí)至今日，我國(guó)幾乎全部?jī)?chǔ)能鋰電池和80%以上的動(dòng)力電池，都采用磷酸鐵鋰，比亞迪的全系車(chē)型也都在使用磷酸鐵鋰。
我們要感謝兩位老先生，領(lǐng)頭的約翰·古迪納夫獲得了2019 年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，另一位米歇爾·阿曼德提出了碳包覆技術(shù)，他們團(tuán)隊(duì)創(chuàng)辦了世界上第一家磷酸鐵鋰公司Phostech。但為什么后面沒(méi)有發(fā)展起來(lái)，因?yàn)橹袊?guó)發(fā)展得太快了，我們堅(jiān)持在做磷酸鐵鋰膠態(tài)化。
為什么要堅(jiān)持磷酸鐵鋰膠態(tài)化，首先不是為汽車(chē)電池，而是為儲(chǔ)能電池。
儲(chǔ)能電池放在集裝箱中可能 10 年、20 年靜置不動(dòng)，電解液就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，導(dǎo)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(gè)月不動(dòng)，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(gè)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(shí)的膠體電解質(zhì)，形成膠體電池，最終實(shí)現(xiàn)放20年不出問(wèn)題。
膠體電池在鋰電池領(lǐng)域很新鮮，在鉛酸電池領(lǐng)域一點(diǎn)都不新鮮。當(dāng)年為了改造汽車(chē)電池技術(shù)，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?yàn)樗岬臐舛茸兓姵卦诨纠锩嬉荒瓴粍?dòng)就壞掉了。
最早的時(shí)候，大家想得很簡(jiǎn)單，往電解質(zhì)里加一種固體物質(zhì)就行了。但整個(gè)電解液變成膠的話，阻礙了正負(fù)極之間氣體與離子運(yùn)動(dòng)。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(dòng)。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(jìn)一步延長(zhǎng)其壽命。因?yàn)榻裉欤蠹叶家斐洌覝叵率菦](méi)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(huì)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(shí)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(gè)鐵對(duì)應(yīng)一個(gè)鋰，但一個(gè)硅的話要對(duì)應(yīng)四個(gè)鋰。
這么多鋰，我們能不能把它釋放出來(lái)？平常它是固體電解質(zhì)，鋰是不動(dòng)的，但我們?nèi)绻唁嚰舆M(jìn)去，做一個(gè)電化學(xué)反應(yīng)，把鋰釋放出來(lái)。鋰釋放出來(lái)之后電池的壽命就大幅度延長(zhǎng)了。壽命真的做到1萬(wàn)次以上，而不是宣傳的1萬(wàn)次。
通過(guò)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(huì)有太大變化。尤其界面穩(wěn)定之后，安全性得到提升，經(jīng)驗(yàn)證，T1溫度下，即使一個(gè)電池?zé)崾Э亓耍膊粫?huì)把邊上的電池引起著火。
去年有一個(gè)重要案例，新加坡一個(gè)數(shù)據(jù)中心發(fā)生火災(zāi)。數(shù)據(jù)中心的電池要求比汽車(chē)動(dòng)力電池高。過(guò)去對(duì)電池的檢測(cè)是挑一只進(jìn)行檢測(cè)，熱失控不起火就行了。但新的標(biāo)準(zhǔn)要求，需要36個(gè)電池全部熱失控了都不能起火。
最后發(fā)現(xiàn)，需要把無(wú)機(jī)的固體電解質(zhì)與有機(jī)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(gè)機(jī)箱最終僅僅冒了一點(diǎn)青煙，沒(méi)有任何明火與劇烈動(dòng)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(gè)實(shí)驗(yàn)室，還聯(lián)合了一批企業(yè)，組建了一個(gè)創(chuàng)新聯(lián)合體。這里擁有開(kāi)放的各類中試試驗(yàn)條件，并且在實(shí)驗(yàn)室墻外，我們還建設(shè)了一個(gè)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(shí)驗(yàn)室進(jìn)行視察和指導(dǎo)，謝謝！
本文作者長(zhǎng)期追蹤新能源產(chǎn)業(yè)鏈（寧德/國(guó)軒/億緯/特斯拉等），重點(diǎn)關(guān)注動(dòng)力電池、儲(chǔ)能，歡迎添加微信dmzb287交流討論。
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