https://news.bjx.com.cn/html/20260612/1499764.shtml5月15日，第十八届深圳国际电池技术交流会/展览会（CIBF2026）期间，青岛大学郭向欣教授分享了氧化物固体电解质与高性能固液及固态电池，重点探讨了四个方面的问题，报告内容如下： 一、氧化物固体电解质的历史与发展 相信大家对固态电池都不陌生，它核心就是用固体电解质，替代传统的液态电解液。我们团队研究固态电池很多年了，初衷就是想做出真正具备固态电池独有特性的产品，依托它在安全性、能量密度上的优势实现突破，想要真正实现大规模产业化，还有很长一段路要走。 在固态电池里，固体电解质材料是重中之重，材料品类、以及它和正负极材料的匹配效果，都会直接影响电池性能。早些年业内研究聚合物材料比较多，如今硫化物、卤化物成了热门方向，氧化物更是有着多年的研究历史。 不少人关注LATP材料，其实它早在上世纪70年代就开始研发了，现在我们也摸索出了不少落地应用场景。像锂磷氧氮，目前主要用在薄膜全固态电池上，相关技术已经相当成熟。反钙钛矿、钙钛矿型氢化物固态电解质，也是大家熟知的快离子导体。 石榴石型氧化物在2006到2007年才正式被提出，现在相关基础研究和应用探索都在推进，但整体还处在应用前期阶段。近期氧化物领域也陆续有新发现：磷酸硅锆锂的离子电导率和柔韧性都表现不错；新体系磷酸镧锂杨氏模量偏低，离子电导率能达到3mS、5mS；还有一款更新的锂镧铌氧氟材料，离子电导率更是能达到10mS/cm，不过这款材料属于离子、电子混合导体，并非纯离子导体，目前我们主要在做基础研究，它的一大亮点就是杨氏模量很小。 二、氧化物固体电解质中的关键问题和固液电池 接下来结合我们团队深耕多年的LLZO材料，和大家聊聊氧化物材料在粉体、电芯当中的实际应用。我们从2010年前后就开始研发这款材料，它本身离子电导率出色，同时属于陶瓷材质。针对它的粒径，我们也做了大量调试，从微米级到纳米级都有尝试，后面我也会讲到这款材料的表面稳定性问题，还有工程化量产、成本控制等方面，我们都开展了系统性研究。 目前针对电解质粉体，我们主要分两个方向研发：一是制备微米级粉体，二是调配纳米级电解质浆料，会根据电芯的不同使用需求，针对性调控材料特性。不光是LLZO，现在热度很高的LATP材料，二者存在一些共性难题，我们也都在全力推进工程化落地。 LLZO是含锂化合物，生产过程中锂元素容易挥发，所以制备时都会额外补锂，这就导致材料表面自带碱性。如果生产环境把控不到位，暴露在空气中就很容易生成氢氧化锂，再和空气中的二氧化碳结合，最终形成碳酸锂。碳酸锂是我们特别不想看到的物质，它会让材料表面钝化，直接拉低离子电导率，严重影响使用效果。 我们也深入研究了碳酸锂的生成机理，同时摸索出了对应的表面处理办法。比如用盐酸清洗，短短30秒就能去除碳酸锂，但清洗时间不能过长，不然会腐蚀材料。这里也要提一句，氧化物固体电解质遇水后，内部的锂离子还会和水中质子发生置换，造成锂元素流失，所以表面清洗的工序，必须精准把控。 还有一种改良方式，清洗时加入磷酸二氢铵，通过原位反应改善材料表面稳定性，这也是我们摸索出的实用技术。 材料表面稳定性为什么这么关键？还是拿锂镧锆氧举例，如果表面附着氢氧化锂、碳酸锂这类碱性物质，调配浆料的时候，PVDF材料很容易变色，严重时浆料会变成棕褐色。这种不合格的浆料，不仅搅拌加工难度大，还会大幅降低离子电导率。我们把氧化物固体电解质用到复合体系里，就是想发挥它本体的高离子导电能力，可一旦表面生成碳酸锂，锂离子就没法在材料本体传输，只能沿着界面游走，电解质的作用也就大打折扣了。 对此，我们也找到了优化方案：把纳米级氧化物固体电解质和正极材料混合造粒，再用合适的温度进行热处理，二者界面会形成扩散层，能大幅优化锂离子的传输效率。 我们也做了大量性能测试验证：纳米氧化物电解质可以均匀分散，完整包覆在正极材料表面，通过检测也能清晰看到二者融合的界面。 给单晶正极材料包覆纳米固体电解质后，电芯的倍率性能提升十分明显，核心原因就是锂离子扩散速度变快了，同时电池循环稳定性、容量保持率也有显著改善。从配比上来说，想要兼顾能量密度和综合性能，氧化物固体电解质的添加量控制在1%甚至更低，就能达到不错的效果。 再说说循环性能提升的原理。正极材料哪怕是单晶材质，没有包覆保护层的话，反复充放电循环后，表面很容易出现裂纹。包覆纳米固体电解质之后，裂纹基本不会出现；通过成分检测也能发现，材料界面的副反应大幅减少，电芯内阻和极化现象随之降低，这也是倍率、循环性能全面提升的关键。 我们也在多晶正极材料上做了测试，以NCM811为例，表面包覆纳米固体电解质后，它的循环、倍率性能都明显变好，最终表现和包覆后的单晶NCM811不相上下。未做包覆的样品，经过100次循环后裂纹十分突出，而包覆之后裂纹得到了有效抑制。 我们还将包覆改性后的正极材料搭配硅碳负极组装成全电池，测试下来整体循环性能同样提升显著。 在硅碳负极的研发上，我们也沿用了这套思路：将纳米氧化物固体电解质和硅负极做界面融合，再复合碳材料制成硅碳负极。硅材料表面本身带有氧化亚硅、硅氧基团，而锂镧锆氧呈碱性，二者接触后会生成锂硅氧过渡层，这层过渡层能极大加快锂离子扩散。 对比电芯测试数据能直观看到，改性后的电池倍率、循环性能都有进步。归根结底，还是优化后的界面提升了离子传输效率，同时也有效缓解了电池反复充放电过程中极片的体积膨胀问题。 除了正负极改性，我们还把固体电解质用到了隔膜上。选用表面涂有氧化铝陶瓷的基膜，再在正极一侧涂布锂镧锆氧，成品隔膜的各项物化性能都得到优化：固液混合体系里离子电导率上升、面电阻下降，热收缩率也明显降低。 电芯中加入纳米固体电解质后，不管是初始状态，还是经过多次循环，内阻都能维持在较低水平。在3C大倍率充放电工况下，倍率性能提升尤为突出；经过上百次、两百次循环后，涂覆氧化物电解质的隔膜，对应的电池容量保持率也远优于普通产品。 后续我们和深圳科晶的公共试验平台展开合作，用2Ah规格电芯做测试，这种小电芯也方便我们验证不同氧化物固体电解质的使用效果。 给大家汇总一下测试结果：正极采用三元523、负极搭配石墨，我们分别在正极、隔膜、负极三个位置添加固体电解质做对比。在3C高倍率放电测试中，负极和正极添加纳米固体电解质的提升效果最突出；低温性能测试里，三个位置添加材料均有改善；循环性能方面，三处添加也都能实现明显优化，其中负极添加的效果反而最好。 之后我们又和合肥超电合作，改用45Ah大容量电芯测试，这款电芯主打大倍率充电。在不改动原有生产工艺的前提下，加入我们的纳米固体电解质后，电池在6.5C倍率下放电，容量保持率达到98.7%，工作时表面温度仅50.7℃；低温环境下，-40℃、1C倍率放电，容量保持率也能达到62.9%。目前来看，纳米氧化物固体电解质和固液混合电池的适配性非常好。 三、超薄、高离子电导率、稳定固态电解质膜与固态电池 当下全固态电池是行业重点研发方向，我们也希望研发成果能尽早落地，于是着手把纳米氧化物固体电解质做成全固态电解质膜。我们采用长程-短程-微区多级构筑的思路，结合聚合物、氧化物、锂盐、支撑体等多种材料，从界面设计入手，研发有机-无机复合电解质膜，并持续优化性能。 早期做基础研究时，我们重点研究了渗流结构，让膜体内部形成有机、无机交织的渗流界面，搭建起锂离子快速传输通道。 对于有机无机复合膜来说，致密度控制也尤为关键。我们通过均匀分散纳米材料、利用材料表面特性触发固化聚合等多种方式，实现膜体致密化调控。同时我们也研究了锂盐解离规律，优化界面去溶剂化效果，进一步加快离子传输。 目前我们已经实现无支撑体电解质膜的卷对卷量产，25℃常温环境下，膜体离子电导率可达3mS/cm，厚度能控制在十几微米，而且材料失重率几乎可以忽略不计。 我们也将这款电解质膜搭配磷酸铁锂制作全固态电池，和业内专家交流探讨后发现，磷酸铁锂路线的全固态电池落地可行性很高，目前我们的样品已经稳定循环数百次。若是搭配三元622材料，充电电压控制在4.2V以内，也能实现正常循环；但继续提升电压，就会遇到不少技术难题，这也是我们接下来要攻克的方向。 四、总结和展望 氧化物固态电解质体系，应用在固液混合电池、全固态电池中，是现阶段产业化发展的主流方向，接下来，还需重点攻克几大难题：研发高电导、高柔韧性的氧化物固体电解质；研发高电导、性能稳定的聚合物固态电解质；做好有机无机复合电解质的界面设计。除此之外，负极材料、整机电芯的配套研发也不能松懈。 最后，感谢我的整个研发团队，也感谢多年来和我们携手合作的各位伙伴。同时特别感谢科技部、工信部的重大专项项目，给我们全固态电池膜相关研发工作提供了大力支持。 我们成立了融固新材料科技（绍兴）有限公司，专业深耕氧化物固体电解质领域，主营粉体、浆料以及电解质膜三类产品，期待未来能和各位多多交流、展开合作。