7.3、硫化物全固態(tài)電池大規(guī)模生產(chǎn)

全電池的放大生產(chǎn)可以采取自支撐裝配和電極支撐裝配兩種方案，其面臨的挑戰(zhàn)主要包括：1）生產(chǎn)環(huán)境的控制，目前仍要求生產(chǎn)環(huán)境為惰性氛圍，如何將其降低到干房環(huán)境是一大挑戰(zhàn)；2）高效、高質(zhì)量的加壓方式探索；3）相關(guān)量產(chǎn)設(shè)備的缺失。

圖19 自支撐和正極支撐的全固態(tài)電池裝配方案說明

根據(jù)幾家代表公司的路線圖和生產(chǎn)計劃，硫化物基ASSB的大規(guī)模生產(chǎn)將分兩個階段進行，第一階段(2024-2027年)將推出采用傳統(tǒng)NCM正極和石墨/硅負極的第一代ASSB，電池能量密度達到300-400 Wh·kg^?1。第二代ASSB將在2030年左右實現(xiàn)商業(yè)化，同時應(yīng)用新一代正極(如富鋰和高壓正極)、負極(如高硅負極、鋰金屬負極和無負極設(shè)計)和超薄SE膜，以及雙極板等新型電池設(shè)計，能量密度將超過450 Wh·kg^-1和1000 Wh·L^-1。

圖20 代表公司的硫化物基ASSB生產(chǎn)計劃

7.4、總結(jié)與展望

本文總結(jié)了硫化物基ASSB的關(guān)鍵挑戰(zhàn)，包括材料不穩(wěn)定性、界面失效、復(fù)合電極內(nèi)的輸運和機械問題，以及電池性能評價、大規(guī)模生產(chǎn)工藝等層面，重點介紹了在相關(guān)問題基礎(chǔ)理解和解決方案方面的最新進展和未來機遇，旨在全面概述實用化硫化物ASSB的研究和開發(fā)。

在關(guān)鍵材料層面，硫化物固態(tài)電解質(zhì)及其薄膜的低成本、批量制備目前仍有待突破，硫化物的空氣穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性有待進一步提升；正極材料的主要挑戰(zhàn)為納米級均質(zhì)包覆；硅碳負極在全固態(tài)電池中應(yīng)用的研究和解決方案偏少，挑戰(zhàn)和創(chuàng)新空間都很大。

在電極-固態(tài)電解質(zhì)界面層面，可將第一性原理計算與先進的表征技術(shù)相結(jié)合，并進行定量的電化學(xué)分析和建模，以了解復(fù)雜界面問題的本質(zhì)，解耦各個界面問題的影響。

在復(fù)合電極層面，復(fù)合電極的離子/電子輸運問題需要結(jié)合模擬仿真及電化學(xué)測量技術(shù)來開展定量研究，進而探索如何提升電極倍率性能；復(fù)合電極機械問題尚缺乏定量研究，如何實現(xiàn)全固態(tài)電池低壓制備及長壽命運行是一大挑戰(zhàn)。

在單體電芯層面，單體電芯的動力性和耐久性可以通過界面、電極問題的解決得到改善，安全性仍需要開展全面的評估。

在全固態(tài)電池規(guī)模生產(chǎn)方面，面臨的挑戰(zhàn)包括生產(chǎn)環(huán)境的控制，高效、高質(zhì)量的加壓方式探索和相關(guān)放大設(shè)備的缺失。

最后，由于電池研究和生產(chǎn)的跨學(xué)科/跨行業(yè)特性，單一的科研單位或者企業(yè)很難獨立完成全固態(tài)電池的全鏈條突破，作者呼吁全球范圍內(nèi)高校/研究機構(gòu)、電芯/設(shè)備/汽車制造商、材料供應(yīng)商等各界開展深度合作，共同努力，加速下一代固態(tài)動力電池技術(shù)的發(fā)展。