中国粉体网讯 固态电池是目前公认最具前景的新一代动力电池， 目前固态电池技术处于什么阶段？商用市场已达到怎样的规模？产业链又涉及到哪些领域？这些问题受到业内人士普遍关注。 2023年2月21-22日，由中国粉体网主办的第四届高比能固态电池关键材料技术大会在江苏常州隆重召开，会议期间，我们邀请到了业内专家、学者，优秀企业家代表做客对话栏目，进行访谈交流。本期为您分享的是中国粉体网对中科院上海硅酸盐研究所张涛研究员/博士生导师的专访。
中国粉体网：请问国内固态电池的技术路线是否已经确定了？硫化物还是氧化物？各自的优势和缺点是什么？
张涛研究员：国内固态电池最终的路线目前还没有确定，但是一些固态电解质材料的合成路线相对来说是比较明确的。比如氧化物的固态电解质，从材料的层面讲，固相法的合成比较适合工业化的大批量的生产，它目前的成本和硫化物固态电解质相比是比较低的，另外它的优点还表现在，具有比较好的和锂金属的稳定性，同时锂离子导电率也比较适中。
另一方面，和氧化物相比，硫化物材料的优势在于离子导电率高，可以做到10-2S/cm，这甚至与目前的液态电解液的导电率是相当的。但是它也有迫切需要解决的一些问题，比如：从合成的成本来说，目前硫化物的成本可能是氧化物的10倍，另外硫化物材料对锂金属不是很稳定，同时也面临空气稳定性的问题。随着全固态电池被广泛关注，大量的研究也在致力于解决这方面的问题。
氧化物材料的空气稳定性相对还是比较好的，比如说石榴石结构的LLZO、NASICON 型结构的LATP，特别是LATP本身的空气稳定性比较好，石榴石结构的LLZO虽然在空气中和水发生反应形成碳酸锂，但是目前已有很多研究表明这个问题能够在很大程度上得到有效的解决。
总体而言，使用氧化物固态电解质的固态电池相对而言可能更快实现产业化，而基于硫化物的全固态电池的产业化可能要靠后一些。目前氧化物固态电解质已经实现吨级的宏量制备与生产，成本上可以有比较好的控制，应用于固态电池上，考虑到它与负极的兼容性，也是比较有利于走向产业化。
中国粉体网：目前限制全固态电池商业化的因素主要有哪些？
张涛研究员：首先，我们需要对全固态电池进行一个定义，它应该不含有任何液态成分。从这个角度来说，全固态电池面临的困难还是比较多的，我想从两个层面来讲，第一个是从材料的层面，第二个是从电池的层面。
从材料的层面讲，因为氧化物材料的刚性比较强，尽管可以做宏量的制备和产业化的合成，但是当材料应用于电池时，锂离子从固态电解质到固态活性材料之间怎么实现有效的传输，这是需要解决的问题；硫化物材料的杨氏模量相对是比较低的，它更容易加工成型，使用冷压的方法就可以加工成型，但是硫化物从材料的角度来说，成本比较高，宏量制备工艺要求高，应用于电池时，它和锂金属的稳定性问题也是特别需要关注的。
从电池的层面讲，无论是氧化物还是硫化物，目前大家关注的、迫切需要解决的主要是固态界面的问题，比如说当氧化物材料和正极材料混合时，涉及到“小界面”的问题，还有氧化物固态电解质和锂金属负极或者硅基负极以及正极的“大界面”问题。硫化物也面临着相似的问题。从电池层面要想实现全固态电池就需要解决这个固-固界面问题。
中国粉体网：请您简单介绍一下固态电解质粉体的主要生产流程及其工艺设备。
张涛研究员：简单地说，我们目前所关注的氧化物和硫化物固态电解质材料，都可以用固相法来合成，也可以使用液相法来合成，从目前的实践来看，固相法合成更容易实现大规模的产业化生产，例如氧化物固态电解质使用固相反应法合成，从工艺流程来说，首先就是把各种氧化物原料进行混合、球磨，球磨之后再进行高温烧结，在烧结的过程中，这些氧化物原料就发生反应生成所需要的晶相，比如LLZO控制它生成为立方相，因为立方相是锂离子导电率最高的相。随后对产物进行后续的粉碎、球磨等等，根据你的需要获得能够跟正极或固态电池适配的相应粒径的材料。这就是固相反应法。液相反应法包括很多方法，例如：溶胶凝胶法、化学沉淀法等等，但是目前总体还是以固相反应法为主。
中国粉体网：氧化物固态电解质的陶瓷片界面处理的新方法大致有哪些？
张涛研究员：像刚才提到的小界面、大界面问题，目前是学术界和相关的产业界非常关注的也是迫切需要解决的问题。关于新方法，我可以给大家汇报一些我们团队在这方面的研究成果，比如说针对氧化物固态电解质和正极活性材料混合时的正极内部小界面问题，提出了锂供体反应的新技术，所谓锂供体反应，以LLZO为例，它的表面很容易和空气中的水发生反应生成碳酸锂这个惰性层，这样会制约锂离子的传输，我们利用它表面生成的这个惰性层碳酸锂，加入四氧化三钴进行固相反应，在这个固相反应的过程中，表面的惰性碳酸锂就与四氧化三钴反应生成钴酸锂，而钴酸锂正是锂离子电池使用的一种活性物质，当使用这种表面活化的固态电解质和钴酸锂这种活性物质混合时，就实现了表面同质化，围绕固态电解质颗粒形成高效离子传输通道，加快锂离子在正极内部的纵向传输；同时，得益于正极颗粒间界面的适配，可以实现锂离子在整个正极的快速均匀扩散。这是我们针对小界面的一个新技术。
大界面方面，包括固态电解质与正极、固态电解质与负极之间的界面，我们最近提出了一个在固态电解质和正极之间建立一个表面配位界面的新方法，在固态电解质与负极界面方面提出了锂热还原的新方法，就是利用熔融锂与固态电解质之间反应从而生成氧化锂纳米颗粒，同时在固态电解质表面产生氧空位，目的也是加快锂离子在界面处的均匀扩散。
以上是我们课题组的一些情况。国内学术界和产业界现在也有很多优秀的研究和开发。总的来说，界面的改性和调控方法是多样的，创新性的研究和技术正在不断涌现。
中国粉体网：请您介绍一下您在固态锂金属电池领域的研究成果及产业化进展。
张涛研究员：刚才介绍的是我们课题组在固态电池界面方面的一些进展。补充一下，在材料方面，非常关注材料的稳定性，因为涉及到产业化生产，生产出来的材料，第一，我们希望是能够精简工艺的流程，第二，是生产出来的材料能够在空气中保持它的稳定性，这也是降低成本很重要的一个方面。
比如说现在石榴石结构的固态电解质，聚焦于它在空气中的稳定性，就像刚才讲的锂供体反应，不仅解决它和正极材料之间的小界面问题，同时也会提高它的空气稳定性，目前这个粉体在空气中稳定地放置6个月，它的表面没有新的惰性层生成。最近进一步的研究表明，可以把这个时间提高到9个月，表面没有生成惰性层，比较有效地解决了石榴石型固态电解质在空气中的稳定性问题。
关于产业化进展方面，基于固态电解质材料方面的研究成果，我们和上海洗霸科技股份有限公司在去年7月份签署了联合共建实验室的协议，在去年9月份和上海洗霸合作实现了成果的转化，签署了技术转化的合同。去年11月份成立了上海科源固能新能源科技有限公司这样一个合资公司，目前已经建立了一个吨级至拾吨级的氧化物固态电解质生产标准线。今年1月份第一釜的产品已经做出来了，从理化性能到电化学性能测试方面也是符合预期的设计标准的。
接下来，我们要进行吨级到拾吨级的标准线的优化，同时很重要的一点是，结合目前一些客户的送样情况和反馈情况，把氧化物固态电解质粉体做产品的定型，这个过程可能是反复的一个过程，需要根据客户的要求，比如粒径、晶型、稳定性等方面配合客户电池开发的需求，我们目前正在推进这个过程。
（中国粉体网采访/初末、文字整理/平安，经张涛研究员审阅）
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