在動力電池發(fā)展歷史上，液態(tài)鋰電池出現(xiàn)過磷酸鐵鋰、三元材料鋰電池、錳酸鋰、鈦酸鋰等多種技術(shù)路線，三元材料曾一度占據(jù)乘用車90%以上的份額，最終，磷酸鐵鋰取得市場競爭優(yōu)勢。
當(dāng)前，固態(tài)電池被全球公認(rèn)是動力電池發(fā)展的終極目標(biāo)之一，各國都在努力實現(xiàn)突破。固態(tài)電池也有多種技術(shù)路線，氧化物、硫化物、聚合物、鹵化物等技術(shù)路線分別有不同的機(jī)構(gòu)涉及，哪種技術(shù)路線最有前景？
2025年2月15日～16日，第二屆中國全固態(tài)電池創(chuàng)新發(fā)展高峰論壇在北京召開，300多位專家聚首共商全固態(tài)電池發(fā)展。中國科學(xué)院院士、中國全固態(tài)電池產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新平臺理事長歐陽明高的演講傳遞出明確的信息：2025年，全固態(tài)電池的發(fā)展將確定主攻技術(shù)路線。
重點防范全固態(tài)技術(shù)路線帶來的顛覆性風(fēng)險
日本在全固態(tài)電池上的研發(fā)比較早，積累了豐富的經(jīng)驗，其布局思路對我國全固態(tài)電池發(fā)展有一定的參考作用。
歐陽明高院士回顧了日本全固態(tài)電池技術(shù)路線圖2020，聚焦全固態(tài)電池，固態(tài)電解質(zhì)硫化物為主、正極材料三元為主、體積比能量為標(biāo)志性參數(shù)指標(biāo)。
日本的計劃是2025年實現(xiàn)第一代全固態(tài)電池（硫化物系）的量產(chǎn)，2030年實現(xiàn)第二代全固態(tài)電池（高離子傳導(dǎo)性硫化物或氧化物系）的推廣應(yīng)用。
相比于國外，目前，我國動力電池企業(yè)和機(jī)構(gòu)以半固態(tài)（固液混合）為特色。在動力電池發(fā)展過程中，半固態(tài)不失為一種過渡策略，能夠提升動力電池的安全性。但是，半固態(tài)電池的良品率、充電倍率、循環(huán)壽命等都不令人滿意，最根本的原因是半固態(tài)電池不是顛覆性技術(shù)。
我國動力電池企業(yè)和機(jī)構(gòu)對全固態(tài)電池的認(rèn)知不一，投入也不充足?！皬男袠I(yè)全局看，要重點防范全固態(tài)技術(shù)路線帶來的顛覆性風(fēng)險?！睔W陽明高說，“全固態(tài)電池到了關(guān)鍵時期，需要確立技術(shù)路線，這關(guān)系到我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展。”
從全球范圍來看，全固態(tài)電池逐漸聚焦到硫化物技術(shù)路線，并且投入持續(xù)增加。記者仔細(xì)數(shù)了一下，全球約32家企業(yè)和機(jī)構(gòu)聚焦于硫化物技術(shù)路線，不超過10家研發(fā)氧化物固態(tài)電池，7家研發(fā)聚合物固態(tài)電池。其中有些企業(yè)重點聚焦硫化物路線，但沒有放棄氧化物和聚合物的路線。
梳理全球固態(tài)電池的發(fā)展，可以看到，大家的共識是2030年前重點突破500Wh/kg以內(nèi)電池，三元正極不變，主要改變負(fù)極，2030年后改變正極。
正負(fù)極材料是關(guān)鍵
在全固態(tài)電池領(lǐng)域，正極、負(fù)極材料非常關(guān)鍵，歐陽明高提出，電池企業(yè)既是電池產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)，也是材料企業(yè)。
在負(fù)極材料中，石墨/低硅、高硅硅碳、鋰金屬三類都受到人們的關(guān)注，2030年前硅碳是重點。日本NEDO SOLiD-Next項目(2023-2027)采用高鎳三元石墨負(fù)極體系，重量能量密度200~300Wh/kg，重點攻關(guān)高功率、長壽命全固態(tài)電池。鋰負(fù)極的挑戰(zhàn)主要體現(xiàn)在枝晶生長和體積膨脹，形成鋰枝晶就變成了“死鋰”，體積膨脹降低了界面的高反應(yīng)活性。
據(jù)介紹，全球已有眾多企業(yè)布局硫化物固態(tài)電解質(zhì)，建立了小批量供應(yīng)能力，正在重點攻克大規(guī)模生產(chǎn)工藝。豐田合作企業(yè)出光興產(chǎn)即是其中之一，開始設(shè)計年產(chǎn)百噸級硫化物固態(tài)電解質(zhì)大規(guī)模中試裝置，2027-2028年實現(xiàn)商業(yè)化，2030年達(dá)萬噸規(guī)模。國內(nèi)企業(yè)中，賽科動力、中科固能、瑞逍科技等也在發(fā)力，賽科動力硫化物固態(tài)電解質(zhì)實現(xiàn)公斤級穩(wěn)定出料，2025年將建設(shè)年產(chǎn)百噸級制備及整形中試線；中科固能于2024年底宣布建成百噸級連續(xù)自動化硫化物固態(tài)電解質(zhì)生產(chǎn)線；瑞逍科技預(yù)計2025年建成硫化物固態(tài)電解質(zhì)生產(chǎn)基地并達(dá)到百噸級生產(chǎn)能力，2028年實現(xiàn)年產(chǎn)6000噸的目標(biāo)。
歐陽明高指出，確立固態(tài)電池技術(shù)路線，需要回答3個問題：
1、 硫化物、氧化物、聚合物、鹵化物，哪種是主要的技術(shù)路線？
2、 量產(chǎn)的時間是什么時候？
3、 用什么手段實現(xiàn)量產(chǎn)？
他進(jìn)一步表示，什么時候可以投入量產(chǎn)是最難預(yù)測的事情，有時一個難題長期沒能得到解決，量產(chǎn)時間不得不推遲，有時也許在某個時間節(jié)點實現(xiàn)一個重大突破，量產(chǎn)過程很順利。即便如此，歐陽明高院士團(tuán)隊根據(jù)歷史經(jīng)驗給出了他們的預(yù)測。
2025~2027年，石墨/低硅負(fù)極硫化物全固態(tài)電池以200~300Wh/kg為目標(biāo)，攻克硫化物固態(tài)電解質(zhì)，打通全固態(tài)電池的技術(shù)鏈，三元正極和石墨/低硅負(fù)極基本不變,向長壽命大倍率方向發(fā)展。
2027~2030年，高硅負(fù)極硫化物全固態(tài)電池以400Wh/kg和800Wh/kg為目標(biāo)，重點攻關(guān)高容量硅碳負(fù)極，三元正極和硫化物固態(tài)電解質(zhì)仍為主流材料體系，面向下一代乘用車電池。
2030~2035年，鋰負(fù)極硫化物全固態(tài)電池以500Wh/kg和1000Wh/kg為目標(biāo)，重點攻關(guān)鋰負(fù)極，逐步向復(fù)合電解質(zhì)(主體電解質(zhì)+補(bǔ)充電解質(zhì))、高電壓高比容量正極發(fā)展(高鎳、富鋰、硫等)。
據(jù)介紹，清華大學(xué)-四川新能源汽車創(chuàng)新中心研究團(tuán)隊持續(xù)研發(fā)硫化物固態(tài)電解質(zhì)，取得系列進(jìn)展，系列硫化物固態(tài)電解質(zhì)產(chǎn)品的基礎(chǔ)型離子電導(dǎo)率>11 mS/cm;小粒徑型材料D50<500nm,離子電導(dǎo)率>4.5 mS/cm;分別針對正負(fù)極材料進(jìn)行界面優(yōu)化，顯著提升復(fù)合電極循環(huán)穩(wěn)定性。超薄電解質(zhì)膜可實現(xiàn)20μm電解質(zhì)膜的連續(xù)化制備，轉(zhuǎn)印前后均具有良好的柔韌性和加工性能，離子電導(dǎo)率達(dá)1.4 mS/cm，可實現(xiàn)軟包電池良好的循環(huán)性能。在產(chǎn)業(yè)化方面，創(chuàng)新中心已實現(xiàn)批次穩(wěn)定性優(yōu)異，2025年推向產(chǎn)業(yè)化，并對頭部企業(yè)進(jìn)行小批量銷售和送樣測試。
歐陽明高公開了技術(shù)細(xì)節(jié)，高鎳正極通過前驅(qū)體原位摻雜改善一次顆粒尺寸及取向，倍率性能大幅提升(1C容量218 mAh/g)，同時通過簡易干法實現(xiàn)正極表面包覆，改善循環(huán)，室溫1180周循環(huán)容量保持率81.1%。通過活性材料、電解質(zhì)等尺寸及比例設(shè)計，復(fù)合正極壓實密度達(dá)3.5 g/cm3活性材料占比285 wt%，載量23.5 mAh/cm2，設(shè)計能量密度及1C容量發(fā)揮率均優(yōu)于現(xiàn)有研究水平。
在負(fù)極材料方面，創(chuàng)新中心采用高離子導(dǎo)率、低電子導(dǎo)率的材料進(jìn)行界面修飾，提升硅碳負(fù)極材料和硫化物電解質(zhì)之間的界面穩(wěn)定性，改善硅碳負(fù)極的循環(huán)性能。首充比容量1350 mAh/g，首效89%，1024次循環(huán)容量保持率為80%，循環(huán)性能優(yōu)于硅烷沉積多孔碳代表性企業(yè)產(chǎn)品，采用濕法工藝制備的極片循環(huán)更加穩(wěn)定。
AI助力固態(tài)電池研發(fā)
我們已進(jìn)入了AI時代，歐陽明高說，要善于運用AI強(qiáng)大的計算、推理能力助力固態(tài)電池研發(fā)?！癉eepSeek火遍全球，我們既要看到DeepSeek在電池知識問答和電池文本挖掘任務(wù)上均表現(xiàn)優(yōu)異，在電池設(shè)計任務(wù)上具備初步的總結(jié)能力，尚欠缺科學(xué)分析能力，仍需要垂直領(lǐng)域大模型解決問題。”歐陽明高說。
AI時代，科研從仿真方法逐步過渡為智能化全自動研發(fā)新模式，通過智能化方法實現(xiàn)電池設(shè)計全流程自動化，實現(xiàn)多變量高維空間快速尋優(yōu)，加速設(shè)計迭代。
智能化全自動研發(fā)包括交互模式、檢索模式、計算模式的革新。固態(tài)電池創(chuàng)新平臺將構(gòu)建基于人工智能的能源材料研發(fā)平臺，一是基于大語言模型建立智能化的大型材料數(shù)據(jù)庫；二是基于材料文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫與大語言模型開發(fā)能源材料垂直領(lǐng)域大語言模型；三是垂直領(lǐng)域大語言模型接入專家智能體，獲得專業(yè)計算能力。
歐陽明高提到，電池設(shè)計正從第二代的仿真驅(qū)動向第三代基于AI的電池智能設(shè)計(BDA)技術(shù)方向發(fā)展，電池智能設(shè)計技術(shù)可將電池研發(fā)效率提升1~2個數(shù)量級，節(jié)省研發(fā)費用70%~80%。
為了實現(xiàn)AI的電池智能設(shè)計，固態(tài)電池創(chuàng)新平臺制定了時間表，2025年1月實現(xiàn)平臺內(nèi)測數(shù)據(jù)積累及交互，2025年12月，固態(tài)電池創(chuàng)新平臺將有智能研發(fā)平臺發(fā)布版本，戰(zhàn)略目標(biāo)是上線全固態(tài)電池智能研發(fā)平臺。
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