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清华教授张跃钢:固态电池卡在“两个界面”,锂金属电池试图绕过去|最前线

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固态电池,未必是下一代锂电池的唯一答案。

日前,在北京的2026锂金属电池前沿论坛(LMBF 2026)论坛上,36氪与大会主席、清华大学长聘教授张跃钢进行了一次交流。

过去几年,固态电池几乎成为动力电池行业最热门的技术方向之一,但在张跃钢看来,行业首先需要厘清一个基本概念:固态电池和锂金属电池,本来就不是两个可以直接比较的技术代际。

原因是,两者属于不同的分类维度。

电池的能量密度,主要由正负极材料决定。正极可以是磷酸铁锂、高镍三元、富锂锰基乃至硫,负极则经历了从石墨向硅碳、锂金属的演进;而所谓固态和液态,区分的是电解质形态。

换句话说,固态电池改变的是电解质,锂金属电池改变的是负极。真正决定一块电池能装进去多少能量的,首先还是正负极。因此,锂金属负极电池同样是下一代电池技术的关键演进分支。

而在张跃钢看来,行业目前炙手可热的固态电池路线,仍有多项材料技术难关需攻克。

据介绍,张跃钢是清华大学长聘教授,国际著名材料科学家,30余年国内外材料科研经历,先后就职于日本电气基础研究所、美国斯坦福大学、英特尔、伯克利国家实验室、中国科学院等,在纳米材料、能源存储技术等领域取得多项重要研究成果。

固态电池,卡在两个界面

固态电池最吸引行业的地方,是用固态电解质替代易燃的有机液态电解液,从而应用更前沿的正负极材料,将能量密度推高至500Wh/kg级别。但今天困扰行业的仍然是固态电解质的界面问题,而张跃钢向36氪详细拆解了这些难题。

张跃钢认为,核心问题其实可以归结为两个“界面”。

第一个是正极内部的微观界面。

电池正极并不是一整块致密材料,而是由大量颗粒构成,内部存在大量纳米级孔隙。液态电解液可以像水一样渗入这些微小空间,与正极材料充分接触;但固态电解质很难做到这一点。

如果为了改善离子传输而加入更多固态电解质,又会挤占真正储存能量的活性材料空间,最终拖累整块电池的能量密度。

第二个问题是负极与固态电解质之间的界面以及锂枝晶问题。

过去一个常见判断是,固态电解质机械强度更高,可以物理阻挡锂枝晶。但张跃钢认为,经过十余年的研究,目前各种固态电解质仍然没有真正解决这一问题。

固体材料天然存在微观缺陷,锂会沿着缺陷继续生长。一旦形成贯穿通道,甚至可能迅速导致内部短路。

此外,固体和固体之间不像液体一样能够充分润湿,本质上更接近“点接触”。为了降低界面阻抗,需要增加电解质比例以及工作压力,但这又与提高能量密度的目标形成矛盾。

因此,电池下一代技术的另一条演进思路则是,暂时保留液态电解液,率先把负极换成锂金属。

这条路线过去最大的障碍同样是锂枝晶。

锂在反复沉积过程中很难始终保持绝对平整,会逐渐长出类似树枝一样的结构。一旦枝晶持续生长并刺穿隔膜,就可能造成内部短路。

张跃钢介绍,目前一个重要解决思路,是利用液态电解液中的添加剂,在锂金属表面形成SEI保护膜。当这层膜在充放电过程中出现裂缝,添加剂可以继续反应,对破损区域进行动态修补。

通过这种方式,枝晶可以被控制在微米尺度,从而大幅降低其持续生长导致短路的风险。但代价也很明显。SEI膜不断破损、修补,就意味着电解液会被持续消耗。

按照张跃钢给出的进展,目前相关锂金属电池已经可以实现上百次循环,部分500Wh/kg级高比能产品已超过300圈,400Wh/kg级产品可达600圈,但距离新能源汽车普遍要求的上千次循环仍有距离。

第一批锂金属电池,可能先飞上天

张跃钢判断,锂金属电池更现实的商业化路径是先进入无人机、eVTOL,再进入具身智能机器人,最后才是新能源汽车。

原因并不复杂。

对于汽车而言,300次甚至600次循环显然不够;但对于航空器而言,重量直接关系到航程和载荷,每提升一点能量密度都可能产生更高的商业价值。因此,无人机和eVTOL愿意为高比能电池支付更高成本,也更有动力率先采用新技术。

机器人也是类似逻辑。随着具身智能进入实际应用,续航时间、重量和瞬时功率都会成为核心指标,高能量密度电池的价值会被进一步放大。

按照张跃钢的判断,如果400Wh/kg级锂金属电池未来两三年能够把循环寿命提升至上千次,就有机会进入车企验证;500Wh/kg级产品如果达到700—800次循环,也可能开始上车测试。

在张跃钢看来,今天,液态电解液可能帮助锂金属负极率先产业化;几年以后,当更高比能的正极材料,例如硫正极,出现新的需求,固态电解质又可能重新成为重要拼图。

所谓“下一代电池”,最终也许不会属于某一个听起来足够革命性的技术名词,而属于那套最先同时解决能量密度、界面和循环寿命的材料组合。

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