上海科技近期推出「新能源·新风口？」系列
长久以来，锂电池安全问题一直是大众关心的话题。常见的锂电池电解质为液态，其中的电解液一旦分解产生可燃气体就会产生危险。
也正因此，固态锂电池，尤其是全固态锂电池，一直是许多相关领域的科研人员想要突破的关键技术，但其难度之高，也令业界惊异。
“在业内，全固态锂电池，被誉为锂电池的‘圣杯’。”上海屹锂新能源科技有限公司董事长，上海交通大学机械与动力工程学院教授、博士生导师张希说道。
从“炒菜模式”到“分钟级仿真”
长期以来，探索更高效、更安全的新型储能技术，一直是社会各界关心的话题。2022年，《上海市科技支撑碳达峰碳中和实施方案》发布，将“研究固态锂离子、钠离子电池等更低成本、更安全、更长寿命、更高能量效率、不受资源约束的前沿储能技术”列为“低碳/零碳/负碳前沿技术研究”中的“前沿储能技术”。多年来，上海市科委也多次通过地方匹配资金等方式给予固态锂电池相关项目支持。
如今，这一前沿储能技术正一步步走向千家万户。目前，位于上海奉贤的上海市2024年第1批入库科技型中小企业屹锂科技正在推动硫化物全固态电池的中试进程，中试基地二期产能达到300m wh/年，即将完成三期建设，三期结束之后，则将继续推动2g wh的量产建设。
“硫化物全固态电池，首先应该说是本质安全的，不会产生爆炸，因为其中没有电解液，不会分解产生可燃气体，并且在续航里程、能量密度方面，也会有一个显著提升。”张希向记者介绍道。
据张希介绍，目前其研究的硫化物全固态电池则能达到400 wh/kg甚至更高，远远超过液态铁锂电池180 wh/kg和三元电池260 wh/kg的指标。而更具有颠覆性的，则在于全固态电池在低温性能的明显提升，“在零下四十度的情况下，我们依然可以正常工作”，而目前许多新能源车往往会遭遇严寒情况续航“打折”的窘境，全固态电池若能“上车”，则将会为新能源车进一步拓宽市场带来贡献。
“目前我们第一条产线，
因为它的周期比较短，
可以快速的商品化，
我们想实现全国该领域
第一个真正从技术到产品到商品的
闭环验证。”
企业开发新的技术，常常需要考虑经济价值，而从学界带来的眼光却往往“更前一步”，在“更前一步”的洞察力和企业生存所必需的经济价值中，张希必须找到一个平衡点。
据张希介绍，这条产线将首先应用于消费电子领域的硫化物全固态电池尝试，“与汽车不同，消费电子领域中，电池在产品中的价格占比相对不那么大，存在提升价格的空间，对于我们来说，这就给了我们一个商业化落地的可能。”张希谈道，希望能从消费电子侧形成量产规模的验证，并进一步推动规模化降本，等验证完善后再进一步“上车”。
据悉，当前屹锂科技正全力加速推动全固态锂电池的产业化进程。“旗舰”产品硫化物固态电解质已为头部电池厂商、车企研究院及高校科研院所多家重要客户供货。屹锂科技已与江淮、长安、上汽等中国龙头汽车企业开展合作。
在张希看来，产线得以快速推进的背后，首先是方式的创新：材料信息学加快了电解质研发迭代效率。
“以前都是‘炒菜模式’，用配方把电池做出来，再经过长周期循环验证，就像是要品尝菜的口味，才能判定配方好不好。”张希介绍道，“但这个周期非常长，可能长达大半年甚至一年。”
而现在的电池创新则已经可以通过计算机模拟仿真实现“分钟级”的配方验证，“不对的地方很快就能发现，不用再把配方做成电芯、电池，再去进行验证，所以迭代快了很多。”
而ai的加入则能进一步为验证加速，“可能刚开始由于没有大规模生产，ai需要的数据量相对有限，但按照底层的物理和化学规律，结合数据驱动的ai手段，用这样一个可解释的模型来帮助进行配方的优化，我们觉得是比较实用的，现在也已经在使用了。”
“在最开始做硫化物全固态电池时，我们也对比过其他技术路线，比如氧化物或聚合物，但我们发现硫化物在离子电导率和在电解质膜的这样的成膜工艺方面是具有很大优势的。”张希谈道，“在界面问题的解决等方面，硫化物还是独具一格，所以我们也是将硫化物全固态电池作为最后的技术路线。”
从0建起一条产线有多难？
与许多有成熟经验的产业不同，硫化物全固态电池在工业化生产阶段，可以说是一片空白。
“目前的液态电池的设备，不能复用到固体电池容量电池的生产中。”张希解释道，以一个简单的界面问题为例，液态电池靠液体之间的物理接触，就可以把这个接触面做得非常贴合，但固态电池中，固与固的接触，会存在一些空洞，这些空洞会增加界面的阻抗和发热，加快电池老化。
“设备需要去解决这方面的需求，根据这个需求，然后我们提出设备研发的相关设想，才能去针对性的把这个问题解决。”张希谈道，这也只是设备研发的冰山一角。
生产装备带来的挑战，可以说是产业化面临的最关键挑战。“实验室里，我们可以‘手搓’电池，来探索机理问题、材料问题，并尝试简单的工艺，但是到了产线里不能继续‘手搓’。”张希说道，工业化生产一定需要自动化的装备生产线。
“所以，在这个方面不能有任何侥幸心理，必须要跳出，甚至摒弃原来液态电池中的思维。从新的角度、新的工艺需求，反推出设备的设计。”
从本科的信息控制，到博士毕业后从事的车辆工程，再到转向全固态电池，张希的学科交叉背景，为硫化物全固态电池的装备制造提供了一个开阔的视野，例如在电池生产中有一个设备，需要完成非常均匀压力等静压的一个功能。“这其中正需要用到很多电气和机械方面的背景知识。如果没有这些知识，电池很可能永远是实验室状态，不能形成规模生产的装备和工艺。”
“大工业”和“大科研”
需要更多“交叉点”
“现在已经到了学科交叉融合的一个新时代，一个学科可能发展了几百年，本身在这个方向上面很难有太原始的创新了，必须要从其他学科汲取灵感和启发，引导学科向新的方向发展。”
一方面，学科之间需要更多交叉点，放弃对学科边界的“执念”，才能在大工业生产时代和大科研时代迎来重塑的可能；而另一方面，在科研与工业这两者之间，也需要有更多的交叉，才能打通实验室与产线之间的鸿沟。
“我们在2017年做全固态电池的基础研究时，就发现国外在这方面已经有很多年的积淀，并且性能优势相当显著。”张希说道，“一旦国外在这领域取得产业化突破，那么国内在新能源汽车上的领先很有可能被‘超车’。”
从2017年开始做硫化物全固态电池，到2021年上海屹锂新能源科技有限公司正式成立，伴随全固态电池从实验室走向生产线，张希也完成了一次身份的蜕变。
“我骨子里其实是做科学研究的。做成果转化当然很难，但是你要真正做一件事儿，你认可这个事儿其实对国家、社会来说是有益的，你就不会被眼前的一些困难所折服。只要克服这样的心理障碍，我觉得科学家一样可以把科技成果转化做好。”
作为全固态锂电池这一全新赛道的国内领跑者，屹锂科技牵头编制并成功发布了国内首项硫化物全固态电池产品标准，建立了国内首个关于全固态电池产品的iso9001质量认证体系。公司核心技术已成功申请知识产权超过100项，其中国内发明专利近80项，有近30项知识产权已获授权，并申请国际pct专利4项。
