中科院物理研究所黄学杰 ：全固态电池掀桌子前，必须做好固液混合电池

2026 年是固液混合电池量产元年。

作者 | 马诗晴

编辑 | 李雨晨

【编者按】黄学杰是中国锂电池行业领军科学家之一。现任中科院物理研究所储能材料与器件方向召集人、《节能与新能源汽车》路线图动力电池路线图专家组长，曾发起及推动星恒电源等多家锂电企业落地。

近日，以「临界与突破」为主题的“半固态电池价值论坛”在深圳举行，会上，黄学杰发表了题为《固液混合路线市场机遇期正来临》的演讲，分享了固液混合技术在三元锂和磷酸铁锂电池上的应用，及其在汽车动力和储能场景的产业化价值。

黄学杰认为，2026 年是固液混合电池量产元年。2035年之前，全固态电池还不能“掀桌子”，所以必须重视固液混合电池。

黄学杰指出，固液混合技术应用上，三元锂电池通过在正极材料“以镍代钴”，平衡高能量密度与成本的问题；负极材料通过硅基合金跟锡基合金结合，实现高比能量以及快速充放电；最后使用固体电解质修饰界面，使整体能量密度达到1050Wh。

磷酸铁锂电池则通过在电极表面加凝胶、内部富锂化，在储能场景实现放置20年不出问题；在新能源汽车频繁高温快充场景，电池寿命直指一万次以上。

（注：将于今年7月实施的新国标将锂电池分为液态电池、固液混合电池、固态电池，其中，固液混合电池亦称半固态电池，固态电池亦称全固态电池。）

以下为黄学杰现场演讲实录，雷峰网《新智驾》作了不改变原意的编辑及整理：

非常荣幸能向大家汇报我们团队今年在固态电池领域的重点工作，特别是关于固液混合电池迎来的一系列重大产业机遇与技术突破。

去年10月，中国汽车工程学会正式发布了 《节能与新能源汽车技术路线图 3.0》。过去，我们每五年修订一次规划，前两次发布的目标，90%以上的指标都兑现了，且实际成本表现比预期还要好。当前，固液混合电池与全固态电池已经有了清晰的时间线：

2026 年是固液混合电池量产元年；2030年全固态电池会小批量应用；2035年，一部分汽车能用得起新一代的固态电池。

从“液态”到“固液混合态”，再到“全固态”，分类实际由电解质决定。目前，固液混合电池包括两种技术路径：

一种是完全无机的固体电解质，包含氧化物、磷酸盐等，其工艺逻辑类似于“往水里掺沙子”；另一种是往里面掺聚合物，形成胶体电池。 当然，也有将二者结合的，但无论哪种路径，都能归结为固液混合电池。

固液混合电池的优点很明确。一方面，今天的液态电池生产线基本不用动，能实现90%以上兼容。目前，我国锂电行业的固定资产投入已高达上万亿元，当颠覆性技术出现时再全部更换。

另一方面，固液混合电池的电解质无论是无机物还是聚合物，它能够让电池在能量密度提高的情况下，安全性能会得到保障，热失控的概率降低。

所以，在全固态电池“掀桌子”之前，我们必须重视固液混合电池。

要想真正做到能量密度与安全性的兼顾，绝不仅仅是“往电池里加一点固体电解质”那么简单。我们必须引入更高能量的正负极材料，并且，分别在正极、电解质界面上加入固体成分，而且成本要求基本不增加。

在正极材料方面，什么样的材料能量密度更高却便宜呢？今天来看还是三元材料，能量密度高。但是它不便宜，因为它里面“钴”的含量太高了。

我们要把钴含量降下来，如果不能降到0，也要把它控制到 3%以内，甚至到1%。所以，我们要把镍加上去，以镍代钴，把成本大幅度降下来。

但以镍代钴的问题是什么？电池会非常危险，安全性不能保障。这时正极材料改进，以及固体电解质引入，将是关键问题。

针对这一痛点，在过去八年里，物理所依托在东莞松山湖建立的实验室，开展了成果转化工作。我们研发了一种高密度的正极材料：钴含量很少，只有1%，镍的含量很高，超过95%，剩下的还有点锰。

新的材料和三元材料相比，非常致密，一次颗粒是纳米。致密的好处在于能往里面装很多材料。光材料本身致密还不够，还要把电极做得致密，就要加很大的压力。以前的材料，施加很大的压力会破掉，新的材料拥有三倍的承受力。

无论是在固液混合电池还是全固态电池里，该电极被施加更大的压力，能做得更致密，导电性能更好、粘结度更高，1C容量达220mAh/g，能长寿命循环。

在负极材料方面，硅基材料的理论容量比传统石墨高出10倍，所以大家都想把石墨负极换掉。我们这支队伍自 2016年我主持工作以来，一直在主攻该方向。如果从1998年团队发表第一篇相关领域论文算起，我们已经在这个方向上奋斗了近30 年。

今天，在负极，我们能够把硅基合金与锡基合金结合起来。这解决了两大问题，一是高比能量；另一个是快速的充放电。因为锡能让电池里的离子跑动速度提高 100 倍以上。

结合起来的材料是什么样呢？硅的纳米片跟锡的纳米线。锡的量很少，大概5%左右，以纳米线的形式存在，在电池里面起到导电的作用。不是导电子，是导离子，因为电池里，最难的是怎么能够快速导离子。

材料问题解决完之后就做电极。针对硅基负极充电膨胀、放电收缩的物理难题，我们通过特殊的电极空间设计，为其预留了体积变化窗口。目前，该负极材料已在半导体领域应用，它可以让全电池循环寿命接近 1500 次，1C倍率下仍具有80%的容量保持率，体积变化跟今天的石墨电池一样。

固体电解质也有特别好的加持作用。我们在正极表面构建了磷酸钛铝锂固体电解质，在电极内部引入磷酸铁锂的电解质，并在负极侧辅以聚合物增强。

这一套组合拳带来的结果是： 这套新设计的电池能量密度能达到 1050 Wh，循环寿命能达到1000次以上。

这是其中一个设计，我们也感谢相关机构的支持，让我们能够把大电池做出来，我们也能够和合作伙伴一起证明，高密度的电池在固液混合技术加持下，具备非常好的安全性。

刚刚讲完三元锂电池，现在我们讲讲磷酸铁锂电池。在高能量密度的三元电池上用固液混合技术理所当然，磷酸铁锂电池上就不需要了吧？答案是也要。

时至今日，我国几乎全部储能锂电池和80%以上的动力电池，都采用磷酸铁锂，比亚迪的全系车型也都在使用磷酸铁锂。

我们要感谢两位老先生，领头的约翰·古迪纳夫获得了2019 年诺贝尔化学奖，另一位米歇尔·阿曼德提出了碳包覆技术，他们团队创办了世界上第一家磷酸铁锂公司Phostech。但为什么后面没有发展起来，因为中国发展得太快了，我们坚持在做磷酸铁锂胶态化。

为什么要坚持磷酸铁锂胶态化，首先不是为汽车电池，而是为储能电池。

储能电池放在集装箱中可能 10 年、20 年静置不动，电解液就会出现问题，导致在重力作用下发生分层——上层浓度极低，底层浓度极高。就像腌咸鸭蛋的罐子，三个月不动，底部的鸭蛋太咸，上部的鸭蛋太淡。

为解决这一行业顽疾，我们提出了一个方案，要让电极表面如同金伯利海滩的珊瑚一样，能够不断透出胶状物，让它的表面保持一层厚实的胶体电解质，形成胶体电池，最终实现放20年不出问题。

胶体电池在锂电池领域很新鲜，在铅酸电池领域一点都不新鲜。当年为了改造汽车电池技术，使其适用于通信基站的备用电源UPS ，就必须做成胶体，否则因为酸的浓度变化，电池在基站里面一年不动就坏掉了。

最早的时候，大家想得很简单，往电解质里加一种固体物质就行了。但整个电解液变成胶的话，阻碍了正负极之间气体与离子运动。堵死了的话，电池就不工作了。

所以只能在电极表面形成很厚胶层，电池内部仍保留液体流动。这形成了另一种形式的“固液混合态”。

除此之外，我们还要进一步延长其寿命。因为今天，大家都要快充，室温下是没办法快充的，电池需加热至 60℃∼70℃。只有加热到很高的温度，锂离子才能跑得快，从而做到6分钟充好，5分钟充饱。但是，高温会蚕食电池寿命，我们需要在电池里引入更多锂离子。

如何引入？我们做氧化物固体电解质的时候，发现电解质硅酸锂，锂的含量特别高。大家看到的磷酸铁锂，一个铁对应一个锂，但一个硅的话要对应四个锂。

这么多锂，我们能不能把它释放出来？平常它是固体电解质，锂是不动的，但我们如果把锂加进去，做一个电化学反应，把锂释放出来。锂释放出来之后电池的寿命就大幅度延长了。寿命真的做到1万次以上，而不是宣传的1万次。

通过表面加凝胶以及内部富锂化，我们生产的的320Ah的磷酸铁锂电池，放在55℃ 的烤箱里90 天，总碳不会有太大变化。尤其界面稳定之后，安全性得到提升，经验证，T1温度下，即使一个电池热失控了，也不会把边上的电池引起着火。

去年有一个重要案例，新加坡一个数据中心发生火灾。数据中心的电池要求比汽车动力电池高。过去对电池的检测是挑一只进行检测，热失控不起火就行了。但新的标准要求，需要36个电池全部热失控了都不能起火。

最后发现，需要把无机的固体电解质与有机的固体电解质胶体两招都用上，36只大电池被逐一触发热失控后，整个机箱最终仅仅冒了一点青烟，没有任何明火与剧烈动静。即使在6C到10C这样超高功率情况下，在数据中心这样的电池仍非常安全。

目前，在松山湖，我们不仅建了一个实验室，还联合了一批企业，组建了一个创新联合体。这里拥有开放的各类中试试验条件，并且在实验室墙外，我们还建设了一个创新社区，它是公共的，不仅仅做研究。欢迎各位专家、企业家有空到松山湖实验室进行视察和指导，谢谢！

本文作者长期追踪新能源产业链（宁德/国轩/亿纬/特斯拉等），重点关注动力电池、储能，欢迎添加微信dmzb287交流讨论。

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