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60Ah全固态大电芯下线，透视技术进展与现实难题
中国新能源产业正全力加速下一代电池技术的研发与落地，全固态电池被视为突破现有液态电池能量密度和安全瓶颈的关键方向。
近日，比亚迪和一汽相继宣布在全固态电池技术上取得重大进展，分别成功研制出容量超过60Ah的大容量全固态电芯，标志着该技术正加速迈向工程化。
比亚迪方面披露，其60Ah级别全固态电芯已完成中试生产线验证，性能参数亮眼：能量密度达400Wh/kg和800Wh/L。为实现这一高性能，比亚迪在材料体系上进行了深度优化，核心技术包括：采用复合高镍三元正极材料，并强调活性物质在正极材料中的占比超过85%，其下一阶段的目标更是将这一比例提升至90%以上；电解质方面采用的是卤-硫化物复合固态电解质；负极则选择了硅基负极，并攻克了高硅含量负极材料易膨胀的技术难题，实现了近零膨胀。
一汽集团也对外宣布，其最新研发的全固态电池已实现66Ah的容量水平。
回顾2024年，全球范围内公开报道的全固态电池容量普遍停留在20Ah至40Ah区间。例如，梅赛德斯-奔驰与Factorial联合发布的首批全固态电池，容量为40Ah。相比之下，中国企业率先将全固态电池容量提升至60Ah以上级别，可被视为是制约全固态电池发展“容量瓶颈”的突破，也标志着全固态电池技术从基础科学研究、功能性开发加速迈向实际应用阶段。
从20Ah级别到60Ah级别的“质变式跃升”，背后是固态电池材料体系多元复合化发展策略的有力支撑。
为了突破性能瓶颈，全固态电池材料研发呈现出多元复合化趋势，包括采用复合固态电解质、复合改性正负极材料等。不过，复合材料体系在提升电池综合性能的同时，也带来了新的挑战。如广汽埃安指出，对比单一硫化物固态电解质体系与复合固态电解质体系，前者在材料性能提升及产业化进度上相对较快，后者虽在成本控制和综合性能表现方面更具潜力，但在材料设计和电芯结构优化方面仍面临诸多难题。
此外，更大容量电芯，也进一步放大了包括固固接触界面等关键问题的复杂性。安全性方面，尽管比亚迪和一汽集团公开宣称其60Ah+全固态电池分别通过了192℃和200℃的热箱滥用测试，相较于传统液态电池（178℃）的热箱测试温度有所提升。但值得注意的是，上述热箱测试温度与中国国家标准GB38031《电动汽车用动力蓄电池安全要求》中300℃不发生热失控的“绝对安全”电池标准仍存在一定差距。此外，比亚迪在对60Ah全固态电池进行更为严苛的安全测试时发现，在100%SOC下以5mm钢针以0.1mm/s的极慢速度进行针刺，电芯仍然发生了热失控。
测试结果表明，固态电池一旦发生热失控，往往呈现出温度骤升、反应速度极快、超压巨大以及易爆燃等特点，其危险性不容小觑。分析显示，当前全固态电池化学体系的安全边界，很大程度上受制于正极材料的热稳定性。
在使用高镍三元正极材料的全固态电池中，三元材料在高温条件下容易分解并释放氧气，释放出的氧气会氧化负极和电解质，导致电池内部急剧产热，冲击力最终会引发电芯粉碎，造成快速失控扩散。这意味着，尽管全固态电池在安全性方面较传统液态电池理论上具有本征优势，但要实现真正意义上的“绝对安全”，仍然有很长的路要走。
在追求更高能量密度的道路上，全固态电池放大生产的工程化和产业化挑战也日益凸显，一致性、良品率、生产效率及成本等问题都需纳入考量。此前，广汽埃安发布30Ah容量全固态电池时就曾透露，为了实现400Wh/kg的能量密度目标，其全固态电池正极片的厚度较传统液态电池显著增加，增幅高达40%。
考虑到传统液态电池正极片厚度通常在50~70μm左右，广汽埃安全固态电池的正极片厚度可能达到了70~100μm左右。首先，更厚的正极极片和更高的面容量对电极制备工艺提出了挑战。
无论是传统的湿法涂布工艺还是新兴的干法涂布工艺，都需要进行技术革新，以适应全固态电池超厚电极的制备需求。正极片厚度的增加，也意味着需要更薄的固态电解质膜，以及更高离子电导率的固态电解质材料，这对大面积超薄电解质膜的制备工艺提出了极高的要求。在模组和系统集成层面，更大容量电芯要求优化模组强度、系统内部应力分布及热管理策略。例如，维持固固界面良好接触需要施加外部压力，但大尺寸电芯压力均匀性和长期稳定性更难保障。
比亚迪研究发现，高约束力策略（10~20MPa外部压力）虽然可改善固固界面接触，但会牺牲能量密度，因此更优解是开发可在低约束力甚至无压条件下稳定运行的固态电池。这需要通过材料改性、界面优化等手段降低界面阻抗，提高离子电导率。此外，大尺寸高温高压化成设备的开发，也将是全固态电池规模化生产的关键制约因素之一。
尽管面临诸多挑战，但以比亚迪、长安汽车等车企，均已公开宣布了全固态电池的量产时间表，计划在2027年左右实现60Ah全固态电池的示范应用，并在2030年左右推进大规模量产。这充分展现出新能源产业在全固态电池技术商业化进程上的决心。
总的来看，全固态电池的大规模商业化应用，仍然需要解决一系列技术和工程难题，尤其是在追求更高能量密度的同时，如何从根本上确保电池的绝对安全，将是全固态电池技术能否真正取代传统液态电池，并最终赢得市场的关键所在。
从更长远的角度来看，为了实现500Wh/kg甚至600Wh/kg以上的能量密度目标，全固态电池负极材料可能需要从硅基负极进一步迭代至锂金属负极，正极材料也需要引入更为先进的材料体系，例如锂硫、锂氧等。全固态电池的未来依然充满机遇，也面临着巨大的挑战。
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