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如何克服硫化物固态电池高压力难题—全球技术路线深度解析【SMM分析】

来源：SMM2026-09-07 08:49

【SMM分析：如何克服硫化物固态电池高压力难题—全球技术路线深度解析】2026年9月1日，中国一汽联合东方理工大学在硫化物全固态电池低压力运行领域取得重大技术突破，相关成果以“离子弹性体界面实现低压力高稳定固态电池”为题发表于国际顶级期刊《Advanced Energy Materials》。针对全固态电池普遍需要20MPa以上工作压力的行业瓶颈，双方通过材料形貌调控、电芯低压结构设计及制备工艺优化，成功实现大容量硫化物全固态电芯在5MPa低压力条件下稳定循环。这一突破标志着我国在硫化物全固态电池实用化关键核心技术上迈出关键一步。

SMM09月03日讯：

要点：硫化物全固态电池高压（需20MPa以上）是行业瓶颈。全球四大降压力技术路径中，中国团队表现突出：一汽×东方理工实现5MPa大容量电芯突破，中科院物理所黄学杰团队实现零外压运行。核心技术思路是在刚性固-固界面引入弹性自适应界面层，替代外部机械加压。压力从“高压”向“低压”“零压”持续下探，硫化物全固态电池产业化进程显著加速。

引言：2026年9月1日，中国一汽联合东方理工大学在硫化物全固态电池低压力运行领域取得重大技术突破，相关成果以“离子弹性体界面实现低压力高稳定固态电池”为题发表于国际顶级期刊《Advanced Energy Materials》。针对全固态电池普遍需要20MPa以上工作压力的行业瓶颈，双方通过材料形貌调控、电芯低压结构设计及制备工艺优化，成功实现大容量硫化物全固态电芯在5MPa低压力条件下稳定循环。这一突破标志着我国在硫化物全固态电池实用化关键核心技术上迈出关键一步。

一、为什么硫化物全固态电池需要高压？
硫化物固态电解质具有接近液态电解质的高离子电导率，部分材料可达10⁻²S/cm量级，但其本质为脆性材料。充放电过程中，电极体积发生膨胀与收缩，可能导致固‑固界面产生缝隙、接触恶化。为维持离子和电子传输路径，实验室及早期工程验证中通常需要施加较高外部堆叠压力，常见范围约为3–12MPa，部分场景可达20MPa左右，相当于每平方厘米承受约200公斤压力。
这种高压需求带来一系列工程难题：电池包需要厚重的加压机构、系统能量密度被严重拉低、规模化量产成本急剧上升。因此，如何将工作压力从20MPa以上降至个位数甚至零压力，成为全球固态电池研究的核心命题。
二、全球技术路线全景扫描
目前，全球范围内降低硫化物固态电池工作压力的技术路径可归纳为四大方向：界面工程、电解质改性、电极结构设计、电芯结构创新。
2.1界面工程路线
这是目前成果最密集、突破最显著的路线，核心思路是在电极与电解质之间引入功能性界面层，自适应地补偿体积变化、维持接触稳定。
（1）离子弹性体界面（中国一汽×东方理工大学）
技术名称：离子弹性体界面（IonicElastomerInterface）
核心团队：中国一汽研发总院×东方理工大学
技术特点：通过材料形貌调控、电芯低压结构设计及制备工艺优化，在固-固界面构建具有离子传导能力和弹性自适应功能的界面层。该界面能够改善循环过程中固-固界面的接触稳定性，大幅降低电芯对外部压力的依赖。成果指标：大容量全固态电芯在5MPa低压力下稳定循环。
行业意义：这是目前大容量电芯级别最具工程化可行性的突破之一，已明确指向规模化量产应用。
（2）阴离子调控技术（中科院物理所×华中科大×中科院宁波所）
技术名称：阴离子调控（AnionRegulation）
核心团队：中国科学院物理研究所黄学杰研究员团队、华中科技大学张恒教授团队、中国科学院宁波材料技术与工程研究所姚霞银研究员团队
技术特点：通过在电解质和锂电极之间构建一层“特殊胶水”——碘离子调控的动态界面层，能够自适应锂负极体积变化，在低外部压力甚至零压力下保持“刚性”电解质与锂负极紧密贴合。该技术被比喻为“界面修复术”，是国际上首次报道的零外压硫化物电解质全固态锂金属电池。相关成果发表于《自然-可持续发展》。
专家评价：美国马里兰大学固态电池专家王春生教授评价称，该研究解决了制约全固态电池商业化的关键瓶颈问题。
成果指标：零外压条件下实现稳定运行。
（3）机械自适应聚轮烷界面（CoskunGroup等）
技术名称：机械自适应聚轮烷界面（MechanicallyAdaptivePolyrotaxaneInterlayers）
核心团队：国际研究团队（JangWookChoi等）
技术特点：设计了一种基于弹性聚合物和机械互锁聚轮烷（PR）的机械自适应阳极界面。聚轮烷的“滑轮”效应使界面层在受力时能够自适应形变，维持稳定的固-固接触。相关成果发表于《AngewandteChemie》。
成果指标：实现低堆压条件下高能量密度硫化物全固态电池稳定运行。
（4）有机离子塑晶涂层（ScienceDirect）
技术名称：有机离子塑晶涂层（OrganicIonicPlasticCrystalCoatings）
核心团队：国际研究团队
技术特点：通过对高镍正极（LiNi₀.₉Co₀.₀₅Mn₀.₀₅O₂）进行四甲基铵双（三氟甲磺酰）亚胺（TMATFSI）表面改性，降低硫化物全固态电池的堆压需求。
成果指标：实现低堆压条件下的稳定运行。
（5）原位聚合凝胶界面层（中科院物理所吴凡团队）
技术名称：DOL原位聚合凝胶界面层
核心团队：中国科学院物理研究所吴凡研究员团队
技术特点：在正极界面处引入DOL原位聚合的凝胶界面层，改善界面接触。
成果指标：组装的LFP/硫化物电解质全电池在极低外部压力（0.5MPa）和室温下以高倍率（2C）实现超过300次稳定循环。
2.2电解质改性路线
核心思路是让电解质本身变得更“柔软”、更易变形，从而在低压力下也能与电极保持良好接触。
（1）自限型多功能复合硫化物电解质（中科院物理所吴凡团队）
技术名称：自限型电解质设计/多功能复合硫化物电解质（M-CSE）
核心团队：中国科学院物理研究所吴凡研究员团队
技术特点：提出自限型电解质设计理念，开发出多功能复合硫化物电解质M-CSE，成功解决了锂金属界面不稳定和锂枝晶生长问题。同时结合3D打印技术实现低堆压软包电池制备。
成果指标：硫化物软包电池运行堆压降至2MPa，能量密度达219Wh/kg，500次循环容量保持率95.04%。另有研究通过PEVA-LiDFOB界面胶策略，使软包电池在2MPa压力下循环100次容量保持率达90.6%。
（2）硼氢化物取代硫化物电解质
技术名称：硼氢化物取代硫化物电解质（Li₃PS₄-xLiBH₄，LPSBH）
核心团队：国际研究团队
技术特点：通过机械研磨方法合成具有高变形能力的硫化物电解质，能够在低堆压下形成稳定的物理界面接触。
成果指标：实现低堆压条件下的优异性能。
（3）弹性电解质（南京大学何平/周豪慎团队）
技术名称：弹性电解质（ElasticElectrolyte）
核心团队：南京大学现代工程与应用科学学院何平教授、周豪慎教授团队
技术特点：设计了一种基于双单体共聚物和深共晶混合物的弹性电解质，具有高室温离子电导率（2×10⁻³S/cm）。
成果指标：实现了在零外加压力、仅依靠电池内建压力条件下固态电池的稳定运行。
2.3电极结构设计路线
（1）自预应力硅碳负极
技术名称：自预应力硅碳负极（Self-PressureSilicon-CarbonAnode）
技术特点：通过在负极内部引入预应力设计，使电极在循环过程中自发维持界面接触。
成果指标：硫化物固态电解质半电池实现700次循环、容量保持率79.2%，最低堆压达2MPa。
（2）高镍正极结构/界面调控（综述）
核心团队：张亚娟、黎晋良、张希、李悦、孙鹏、徐昊、潘丽坤等
技术特点：针对高镍层状正极，通过精确控制颗粒尺寸、组成梯度掺杂、孔结构设计以及界面涂层，缓解压力引起的机械降解。该综述发表于《物理化学学报》。
2.4电芯结构创新路线
（1）各向同性电池设计
技术名称：各向同性电池设计（IsotropicCellDesign）
核心团队：国际研究团队
技术特点：通过使用流体加压介质，确保电池受到完全均匀的压力（各向同性加压），从而以更小的总压力实现稳定的界面接触。
成果指标：锂金属固态软包电池在仅2MPa的低压下实现卓越的极速充电性能。
（2）应变协调策略
技术名称：应变协调策略
核心团队：光年固科（苏州）科技有限公司等
技术特点：以FeS₂正极与预锂化硅负极为模型体系，通过应变协调设计应对体积变化。
成果指标：实现15MPa下的稳定长循环，软包电池可稳定循环500次以上。
三、技术路线对比总结
当前硫化物固态电池低压化已形成界面工程、电解质改性、结构设计等多路径突破。中国团队在零外压（黄学杰等）及5MPa大容量电芯（一汽×东方理工）等关键指标上居国际领先。压力从20MPa以上大幅降至个位数乃至零，工程化进程显著加速，为全固态电池规模化量产奠定了坚实基础。

四、产业启示
从上述技术全景可以看出，降低硫化物固态电池工作压力已形成多路径并进的格局：
第一，中国处于领先地位。在上述八条主要技术路线中，中国团队主导或参与的超过半数，且在最关键的零外压（黄学杰团队）和大容量电芯5MPa（中国一汽×东方理工大学）两个标志性指标上均实现突破。
第二，界面工程是当前最活跃的方向。无论是离子弹性体界面、阴离子调控还是聚轮烷界面，核心都是让“刚性的”固-固界面变得“有弹性”——能够自适应体积变化而不依赖外部压力。
第三，从“高压”到“低压”再到“零压”的阶梯式突破正在发生。5MPa（中国一汽）、2MPa（吴凡团队、各向同性设计）、0.5MPa（原位聚合界面）、零外压（黄学杰团队、南京大学弹性电解质）——压力数值的持续下降，正在将全固态电池从“实验室奢侈品”推向“工业化产品”。
第四，工程化是下一阶段的关键战场。中国一汽的突破之所以备受关注，不仅因为5MPa的指标，更因为其明确指向大容量电芯和规模化量产。从材料突破到电芯突破，再到系统集成突破，硫化物全固态电池的产业化正在加速驶入快车道。

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