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康飛宇:從天然石墨到固態電池 中國先進電池材料的“代際突破”
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2026-10-24 09:19
稿件來源:香港新聞網
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香港新聞網10月24日電(記者 錢林霞)在以“APEC格局全球協作 數智領航未來能源”為主題的2026第六屆先進電池產業集群論壇上,世界低碳城市聯盟首任主席、清華大學深圳國際研究生院原院長康飛宇教授剛剛結束一場關於固態電池的學術報告。香港中通社、香港新聞網記者獨家專訪了他:過去三十餘年,他的名字與中國天然石墨深加工技術緊密相連;如今,他的目光投向了固態電池的塑性介面構築、水系鋅離子電池的產業化,以及那個困擾整個行業的成本難題。從天然石墨到固態電池,這位科學家走過的路,恰是中國電池材料從跟跑到並跑、再到尋求領跑的一個縮影。

從“賣原料”到“做負極”:天然石墨的產業化突圍

時間倒回上世紀八十年代末。那時的康飛宇還在清華大學材料系,課題組開始聚焦天然石墨的深加工技術。中國天然石墨儲量豐富,佔全球大約一半多,但長期停留在原材料出口或低端耐火材料應用層面。如何讓這種“黑金子”產生更高的附加值,是擺在研究者面前最樸素的問題。

“我早年從事天然石墨研究,這是中國的一種優勢資源。”康飛宇在採訪中反覆提及這一起點。九十年代初,鋰離子電池商業化大幕拉開,日本企業率先用人造石墨做負極。康飛宇團隊則把目光鎖定在天然石墨上:如果能把天然石墨成功應用於負極,成本將大幅降低。

世界低碳城市聯盟首任主席、清華大學深圳國際研究生院原院長康飛宇教授接受香港中通社、香港新聞網記者專訪。(記者 王豐鈴攝)

這條路並不輕松。天然石墨的層間結構需要精確調控,循環性能差、快充能力不足是攔路虎。團隊陸續發明了雙氧水-硫酸共插層技術、微膨化改性、球形化和包覆等技術,逐步解決了天然石墨應用於鋰離子電池的微觀結構調控和易解理難題。由他們的技術孵化出的翔豐華公司於2020年在深交所創業板上市,成為天然石墨負極產業化的重要註腳。

“我擁有200多項授權專利,至今完全實現技術轉移的只有50多項。”康飛宇語氣平實,“但是整個中國的專利轉化率平均約4%,我的轉化率還算高的。”在他看來,專利數字本身不是勳章,真正重要的是它們有沒有變成產線上跑起來的產品。

水系與固態:兩條腿走路的“安全”邏輯

天然石墨負極的產業化解決之後,康飛宇的團隊沒有停在原地。來到深圳後,完善的電池供應鏈和產業鏈讓他們如魚得水。團隊最初選擇研發“本徵安全型電池”——不是通過濫用管理來保障安全,而是從材料本身杜絕火災爆炸等風險。水系電解液代替有機電解液,是這一思路的典型產物。

“水系電池成本低,二氧化錳和鋅都資源豐富,成本低,電解液也便宜。安全性高,不會引發火災。”康飛宇並不諱言它的短板:能量密度低,達不到100 Wh/kg。但長時儲能場景對體積能量密度不敏感,對成本和安全性極其敏感,水系電池恰好切中這一需求。當前國家推動的風能和太陽能規模化存儲,正需要這樣價格低廉、安全性好的方案。

固態電池則是另一個故事。能量密度可達300-400Wh/kg,面向的是電動車、飛行器乃至具身機械人等。“液態電池、水系電池、固態電池,三條線並行。”康飛宇的表述清晰:儲能要便宜安全,動力要能量密度高,兩者不能混為一談。這種分層思維貫穿了他對材料技術演進的判斷——新材料是否構成“代際突破”,取決於它是否解決了前一代方案在特定場景下的根本矛盾,而非單純追求某個性能指標的刷新。

塑性SEI:一次介面設計的理念翻轉

固態電池被公認為下一代動力電池方向,但介面問題始終是攔路虎。傳統思路追求固態電解質介面膜的“高模量”——越硬越好,彷彿一層堅不可摧的盔甲。然而康飛宇和合作者發現了一個反直覺的事實:太硬的東西,反而容易碎。

“一般無機材料沒有塑性,在大電流下充幾次便裂開。”康飛宇解釋。脆性斷裂一旦發生,鋰離子傳輸受阻,枝晶生長加劇,電池壽命急劇衰減。2025年10月,康飛宇、賀艷兵團隊聯合天津大學楊全紅團隊在《自然》雜誌發表成果,提出了一條截然不同的路徑:給固態電池的介面穿上一件“塑性鎧甲”。他們利用人工智能加速篩選,發現硫化銀、氟化銀等材料兼具良好的塑性變形能力和低鋰離子擴散能壘,通過原位置換反應將脆性組分轉化為塑性組分,構建出“外柔內剛”的梯度結構。數據是硬邦邦的:室溫下,鋰金屬對稱電池在15 mA cm⁻²電流密度下穩定循環超過4500小時;即便在-30℃的低溫環境中,仍能穩定循環7000小時以上。

“當負極膨脹時,它也隨之膨脹,收縮時也隨之收縮。因此在大電流充放電時,壽命才夠長。”康飛宇把這項技術的邏輯講得很樸素。塑性,這個在傳統無機材料設計中幾乎被忽略的力學特徵,被他推到了篩選指標的核心位置。他同時指出,固態電池材料的卡點不止一個:降低膜與固態材料的接觸阻抗、實現塑性化本身,都是難點。“這是此問題的難點,但不會需要很長時間。”

三到五年,成本這道坎能不能邁過去?

談到固態電池的商業化時間表,康飛宇沒有給出激進的承諾。當前全固態電池的價格大約是傳統液態電池的數倍甚至十倍以上,這個數字讓普通消費者望而卻步。“如果想要全面商業化,讓多數使用者都有能力購買和使用,就需要降低成本。”

他的判斷是3-5年的時間。依據來自兩個層面:材料端,用低成本原料達到技術標準是可行的;產業鏈端,參與的企業多了,供應鏈建立起來,成本自然會往下走。他用鈉電做類比:寧德時代等企業入局後,鈉電的供應鏈迅速完善,成本隨之下降。

“現在你少用一些,人家不可能便宜賣給你。”但他對“裝車”和“商業化”做了嚴格區分。業內有人提出2027年裝車,他的回應是:“裝車可以,但這不意味著商業化。還需要考慮當地環境、極寒條件下的低溫性能。”他坦言,固態電池在-30℃下的大電流放電仍需進一步突破,1C、2C的倍率性能不是實驗室數據漂亮就夠的。

採訪臨近結束,話題回到那層“塑性SEI”。三十多年前,天然石墨從沒人看得上的“低級原料”變成鋰電負極的主力軍;十幾年前,水系鋅離子電池從一篇論文走向儲能樣機;如今,塑性介面從《自然》的紙面走向產業化嘗試。每一次跨越,背後是同一條邏輯:從中國的資源稟賦和產業需求出發,把實驗室里想明白的事,變成產線上跑得通的東西。

對於將來開電動車的人,康飛宇描繪的圖景很具體:續航輕松過1000公里,不必擔心爆炸或起火,極寒天氣下也安全。但他沒有把話說滿,因為科學家知道,從“可以做到”到“人人都買得起”,中間還隔著一條叫做成本的河。三到五年,是他給出的時間,也是他正在用塑性、用水系、用天然石墨的積累,一步一步去填的河。(完)

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