氧化物电解质何以撑起“全固态”？

今年以来，各式各样的半固态、全固态电池开始愈发频繁且高调地现身，而背后均有氧化物电解质的身影。

过去，在热稳定性与电化学窗口高、而材料价格低的优势加持下，氧化物电解质成为国内团队的主流选择，并搭载半固态电池实现率先上车。

但氧化物电解质界面问题严重、电导率低等缺陷也不容小觑，导致了其电池“寿命-倍率-安全”不可能三角的存在。在问题被挨个、全面解决前，氧化物电解质却已被太蓝新能源、广汽集团等应用于全固态电池产品中，如此大的“跨步”值得探寻。

氧化物布局格局一览

目前，包括Quantum Scape、卫蓝新能源、清陶能源、太蓝新能源、蓝固新能源等初创企业，国轩高科、赣锋锂电、辉能科技、力神电池等传统锂电厂商，还有上海洗霸上海洗霸等跨界厂商，均有在进行以氧化物材料为基础的半固态电池布局。

当与液态电解质、硫化物卤化物聚合物等固态电解质进行对比时，氧化物在电化学窗口上有较明显优势，最高可达6V，这意味着其能与高比能正负极进行良好适配，进而提高固态电池的能量密度；热稳定性高、材料价格低，则便于从实验室研发向量产阶段的丝滑过渡。

据赣锋锂电、蓝固新能源等企业披露，国内氧化物电解质的单条产线规模最高已可达千吨级别。另有数家团队透露，国内氧化物电解质企业普遍具备（百）吨级制备能力，但出货规模则在公斤级到吨级不等。不过，吨级规模也尚未能到达降本临界点。

更具体来看，氧化物体系中不同类型的材料在性能表现和应用前景上也存在着差异。LATP（磷酸钛铝锂）、LLZO（锂镧锆氧）这两种氧化物电解质，目前被业内认为是应用前景较大的。

LATP对空气、水和二氧化碳稳定，即对加工环境要求低；在5V高电位下稳定，可适配高压正极材料、提高电芯能量密度，吸引了包括卫蓝新能源等企业进行布局。

卫蓝新能源向蔚来供货的350Wh/kg半固态电池，通过在正极上采用三元材料，并掺杂百分之一的LATP，来实现能量密度的提高。

不过，LATP中的Ti元素对于锂金属并不稳定、也就限制了对锂金属负极的适配；理论上虽然可以用Ge元素代替，但成本过于高昂。

LLZO的优势在于具有更高的氧化电位（6V），且对锂金属稳定，吸引了SK On等企业在这上面有所布局。

但LLZO需要1000℃高温烧结、对水和二氧化碳不稳定，进入批量生产后，无法忽略需制备工艺、一致性、能耗与产线成本的问题。

LLZO的发展潜力正在被市场买单。在今年掀起的固态电池热潮中，LLZO所需的锆基材料的供应商三祥新材表现突出，反映出金属锆企业有望受益于氧化物固态电解质的需求增加。据该企业表示，公司以自产氧化锆为原料，也正在进行固态电解质粉体的合成试验，项目尚处于实验室小试阶段，氧化物固态电解质玩家新添一员。

总的来看，布局氧化物路线的企业更多，主营范围的差异性也要更为分散些：既有仅负责氧化物电解质材料开发、生产的企业，也有同时涉猎氧化物电解质粉体、浆料、电解质片/膜制备等不同形式的。

能够进入电解质膜开发、制备阶段的企业，综合技术实力和坚韧程度都要更为强劲。仅生产粉体、浆料的企业，核心竞争力主要体现在对电解质材料粒径大小的控制上，商业模式则暂时依靠将产品提供至电池厂进行试验，或提供给正极材料厂、隔膜厂进行正极材料包覆、隔膜涂覆或电极片中掺混等。

有企业研发人员向高工锂电介绍，引入纳米氧化物固态电解质对正极材料进行包覆，或合成固态电解质膜，已经是业界广泛采用的方案，主要起到提高离子电导性的作用。

另有厂商透露，今年公司氧化物电解质粉体材料的出货尚未见明显提升，但已形成较稳定的客户结构，以隔膜厂商为主，也包括了少数非头部动力电池企业。

无论是用于包覆还是高性能隔膜，都暗示着氧化电解质能够在传统锂电材料提高性能的路径上发挥竞争力，企业则可以开启多条增长曲线。

何以撑起全固态？

任何一种锂电材料，最终的性能发挥都由其短板所决定。而当新型材料拥有多块短板时，问题又要从哪里开始解决呢？

氧化物材料机械性更强，虽然可以抑制锂枝晶生长、提升本征安全性，却也因此更容易在与正负极固固界面接触时发生问题。

当正负极材料在充放电中出现体积变化后，脆性大的氧化物电解质有容易破裂的风险，因此氧化物的固固界面接触的问题也更为严重。最终循环寿命也受到影响。

因此，不少团队仍将氧化物固态电解质研究的突破目标率先定为提高安全性，并不是缺少创新，而是切实在考虑“最短木板”的解决。

理论上，可以通过涂布、粉末共烧结、原位生长电极层、包覆、修饰电解质表面、溅射沉积电极层等方式来解决。

其中涂布法工艺相对容易掌控，而溅射沉积电极层对设备和工艺的要求极高，涉及真空条件等。对于采取溅射沉积电极层工艺的团队而言，需细究其能否获得致密均匀的电极层。

修饰电解质是实验室中较为常见的改善思路之一，却需要结合具体的正负极材料、电解液匹配来具体分析，对灵活性和产业链企业配合度的要求很高，实际实施起来有一定困难。

而虽然有机械强度较高的限制，但出于优化电化学性能的考虑，当前业内诸多厂家还是将氧化物电解质制备成薄膜形态，以达到缩短离子传输路径、增大与电极之间的接触面积、协调体积变化以降低应力延长循环寿命、便于模块化和系统集成等目的。

此外，氧化物电解质锂离子电导率低，不如液态电解质、硫化物和卤化物，且与聚合物相比无明显优势。该特性最终将导致电池快充性能受限。

此背景下，上汽清陶推出的第一代半固态电池却是一款2C快充电池。从相关参数来看，其 应该是通过在电解质中保留5-10%的液体含量、在氧化物电解质添加聚合物形成复合电解质，将纳米化的复合固态电解质膜涂覆在电极片上，最终达到提高离子电导率的目的。

有业内人士指出，这也是目前大部分高校和企业采取的策略，即将氧化物与聚合物合成“复合固态电解质”，以实现减少界面阻抗的效果。

其中基于氧化物的复合电解质膜，实际上是氧化物与聚合物分开成膜，在组成连续结构后的电导率可接近氧化物电解质极限，并大于均匀复合的电解质膜。

太蓝新能源今年发布的720Wh/kg全固态锂金属电池，据介绍便是采用了“超薄复合固态电解质膜制备技术”的宣传。

广汽昊铂的全固态电池则是更为少见地采用了结合氧化物、硫化物等物质的形成高强致密复合电解质膜。

复合电解质结构的出现，意味着氧化物电解质所面临的问题确实存在相互制约或矛盾，如优化固固界面接触需要对电极材料或电解质进行表面修饰或包覆，但也可能因此引入新的界面阻抗。

综合来看，痛点清晰、方向多样、入局者多，但迭代路径不明确或明确路径未公开，是当前氧化物路线令人难以忽略的现状。而单一技术路线最终能否同时实现固态电池的高比能和高安全，也只能等待产业给出答案。

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