泰達論壇|展望未來十年，我國固態電池如何“破局”？

（文/周盛明 編輯/高莘）

“2035年以500Wh/kg和1000Wh/L為目標，進一步發展高電壓高比容量富鋰正極；2040年以700Wh/kg為目標，發展鋰硫和鋰空氣電池”。

日前，在第二十屆中國汽車產業發展（泰達）國際論壇（以下簡稱“泰達汽車論壇”）上，中國科學院院士、清華大學教授歐陽明高針對固態電池的發展提出了自己的見解。

從新能源汽車市場與行業背景來看，整個電池的發展始終圍繞着高比能、高安全的痛點在不斷迭代。而目前實現產業化的液態鋰離子電池的能量密度極限是300Wh/kg左右。

不論是對於新能源汽車的發展還是和“低空經濟”強相關的電動垂直起降飛行器（eVTOL），他們的未來發展都需要借力我國動力電池的進步。

據悉，目前主流的磷酸鐵鋰電池的能量密度大約在200Wh/kg以下，而三元鋰電池的能量密度則在250Wh/kg左右。如果歐陽明高的“預言”成真，那麼在下一個十年裏，我們不僅能看到動輒續航里程破1000km的純電動汽車大量普及，並且電動載人飛行器也有希望能夠走入日常生活。

固態電池不是“空中樓閣”

固態電池的高能量密度、高安全性等特性讓其看上去好比“皇冠上的明珠”，但從技術上而言，將其收入囊中絕非是一日之功。

“我認為固態電池的發展需要分三步，首先重點攻關固態電解質，第二步重點攻關高容量複合負極，第三步重點攻關高容量複合正極”，歐陽明高如此拆解固態電池未來的發展規劃。

顧名思義，“固態電池”最顯著的特徵是其使用了固態電解質。從技術路線上來看，目前國內固態電池的電解質路線主要包括聚合物、氧化物、硫化物。

相比傳統的鋰離子電池使用的可燃、有機的電解液，固態電池理論上具有更好的安全性。但值得注意的是，“固態”的電解質也是一把雙刃劍。

國家動力電池創新中心副主任王建濤表示，由於固態電池沒有電解液，那麼“固-固”接觸的界面會造成很多問題。據悉，與傳統動力電池的“固-液界面”相比，“固-固”界面的接觸性和穩定性更差，容易導致電池性能的下降。

由此，對於國內的相關企業來説，採用“半固態電池”和“全固態電池”兩條路線並行的策略比較常見。通過加入少量的液態電解質，半固態電池可以避免出現“固-固”界面接觸的問題。但由於技術指標仍不及全固態電池，這種方案往往被認為是動力電池發展中過渡技術。

對於全固態電池，國內的相關企業也正在研發相關技術攻克電解質難題。北京衞藍新能源科技有限公司董事長兼總經理俞會根介紹，其公司研發了包括固態電解質拆混技術、固態電解質包覆技術等方法以解決問題。

不過，俞會根也表示：“如果我們僅僅是有了完善的構想卻沒有產業鏈的支撐，那麼我們的產業是難以發展起來的”。除了企業自身佈局上下游技術鏈條之外，歐陽明高認為，2025年的目標是“打通全固態電池技術鏈”，並且希望實現200Wh/kg和400Wh/L的電池能量密度目標。

在解決了電解質的問題之後，固態電池的複合負極、複合正極同樣是兼具挑戰和收穫的研究方向。

歐陽明高介紹，通過發展高比容量高硅基負極，2030年固態電池的能量密度目標為400Wh/kg和800Wh/L；通過發展高電壓高比容量富鋰正極，2035年固態電池的能量密度目標為500Wh/kg和1000Wh/L；通過發展鋰-硫和鋰-空氣電池，2040年固態電池的能量密度目標為700Wh/kg。

不過，需要注意的是，在固態電池尚未大規模落地的時間節點，新舊能源轉型的重任仍然需要傳統的半固態電池、鋰離子電池來承擔。而讓人欣慰的是，雖然固態電池的爆發期目前看仍需5年左右，但傳統鋰離子電池的能量密度、安全性、成本等核心指標也處在快速進步的過程中。

歐陽明高舉例，比如在安全性上，技術進步讓現有的純液態鋰離子電池就可以完全避免自燃：“工信部5月份頒發新的電池安全要求就是要完全杜絕燃燒，在300Wh/kg以內，目前的技術是完全可以做到的，主要是靠熱方面的加大冷卻、煙氣分離、避免絕緣被破壞引起電火花等實現”。

全球的技術競賽悄然開始

從全球範圍內來看，固態電池技術作為新能源變革中的“制勝點”，包括日本、韓國等在內的多個國家也在暗中發力。

根據《日本經濟新聞》2022年7月的報道，其與專利調查公司Patent Result發起聯合調查，通過梳理向日美歐中等10個國家和地區以及世界知識產權組織（WIPO）等2個機構提出申請的全固態電池相關專利，結果顯示，在自2000年至2022年3月的專利申請總數中，日企在前五中佔據四席。

在技術的落地方面，豐田汽車計劃2030年開始銷售搭載全固態電池的電動汽車，目標是充電10分鐘以內，續航達到約1200公里。日產汽車計劃在2028年向市場投放搭載全固態電池的電動汽車，本田也計劃在2030年前投放相關車型。

韓國方面，其電池企業如LG、SK On、三星SDI等也均宣佈將在2027-2030年實現全固態電池的量產。其中，三星SDI計劃在2027年開始量產全固態電池，SK On目標則是在2028年實現固態電池的商業化，LG則表示在2030年實現全固態電池量產。

在激烈競爭的態勢之下，我國正在該領域和日韓“暗中角逐”——截至2023年5月，全球固態電池關鍵技術專利申請量為20798項，其中中國有7640項，佔比達36.7%；近5年，我國固態電池全球專利申請量年均增長20.8%，增速位列全球第一。

此外，從宏觀來看，全力發展固態電池已經上升到國家戰略的層面。2020年10月，國務院發佈的《新能源汽車產業發展規劃（2021—2035年）》首次將固態電池列入行業重點發展對象並提出加快研發和產業化進程。

2023年1月，工信部等六部門聯合發佈的《關於推動能源電子產業發展的指導意見》，進一步提出加強固態電池標準體系研究，政策的發佈也為固態電池行業的發展提供了明確、廣闊的市場前景。

除了政策上的明確重視，我國也將在固態電池領域給予資金支持。此前有媒體報道稱，我國或將投入約60億元用於全固態電池研發，包括寧德時代、比亞迪、一汽、上汽、衞藍新能源和吉利共六家企業可能會獲得政府基礎研發支持。

但需要注意的是，固態電池的發展之路並不能做到一蹴而就。從電解質到正負極，從電池設計到製造工藝，雖然固態電池發展路徑已經初步清晰，但展望下一個十年，我國固態電池的“破局”之路仍是一場技術創新和產業協同的挑戰之路。

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