全固態(tài)電池最新預(yù)測(cè)：2025年將確定主攻技術(shù)路線
在動(dòng)力電池發(fā)展歷史上，液態(tài)鋰電池出現(xiàn)過(guò)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
當(dāng)前，固態(tài)電池被全球公認(rèn)是動(dòng)力電池發(fā)展的終極目標(biāo)之一，各國(guó)都在努力實(shí)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(guó)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(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)全固態(tài)電池產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新平臺(tái)理事長(zhǎng)歐陽(yáng)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(diǎn)防范全固態(tài)技術(shù)路線帶來(lái)的顛覆性風(fēng)險(xiǎn)
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(yàn)，其布局思路對(duì)我國(guó)全固態(tài)電池發(fā)展有一定的參考作用。
歐陽(yáng)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(jì)劃是2025年實(shí)現(xiàn)第一代全固態(tài)電池（硫化物系）的量產(chǎn)，2030年實(shí)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(guó)外，目前，我國(guó)動(dòng)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(dòng)力電池發(fā)展過(guò)程中，半固態(tài)不失為一種過(guò)渡策略，能夠提升動(dòng)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(guó)動(dòng)力電池企業(yè)和機(jī)構(gòu)對(duì)全固態(tài)電池的認(rèn)知不一，投入也不充足。“從行業(yè)全局看，要重點(diǎn)防范全固態(tài)技術(shù)路線帶來(lái)的顛覆性風(fēng)險(xiǎn)?！睔W陽(yáng)明高說(shuō)，“全固態(tài)電池到了關(guān)鍵時(shí)期，需要確立技術(shù)路線，這關(guān)系到我國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展。”
從全球范圍來(lái)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(guò)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(diǎn)聚焦硫化物路線，但沒(méi)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(shí)是2030年前重點(diǎn)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(yáng)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(diǎn)。日本NEDO SOLiD-Next項(xiàng)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(diǎn)攻關(guān)高功率、長(zhǎng)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(zhǎng)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(diǎn)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(jì)年產(chǎn)百噸級(jí)硫化物固態(tài)電解質(zhì)大規(guī)模中試裝置，2027-2028年實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，2030年達(dá)萬(wàn)噸規(guī)模。國(guó)內(nèi)企業(yè)中，賽科動(dòng)力、中科固能、瑞逍科技等也在發(fā)力，賽科動(dòng)力硫化物固態(tài)電解質(zhì)實(shí)現(xiàn)公斤級(jí)穩(wěn)定出料，2025年將建設(shè)年產(chǎn)百噸級(jí)制備及整形中試線；中科固能于2024年底宣布建成百噸級(jí)連續(xù)自動(dòng)化硫化物固態(tài)電解質(zhì)生產(chǎn)線；瑞逍科技預(yù)計(jì)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(jí)生產(chǎn)能力，2028年實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)6000噸的目標(biāo)。
歐陽(yáng)明高指出，確立固態(tài)電池技術(shù)路線，需要回答3個(gè)問(wèn)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(shí)間是什么時(shí)候？
3、 用什么手段實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)？
他進(jìn)一步表示，什么時(shí)候可以投入量產(chǎn)是最難預(yù)測(cè)的事情，有時(shí)一個(gè)難題長(zhǎng)期沒(méi)能得到解決，量產(chǎn)時(shí)間不得不推遲，有時(shí)也許在某個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)一個(gè)重大突破，量產(chǎn)過(guò)程很順利。即便如此，歐陽(yáng)明高院士團(tuán)隊(duì)根據(jù)歷史經(jīng)驗(yàn)給出了他們的預(yù)測(cè)。
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(zhǎng)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(diǎn)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(diǎn)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(duì)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(duì)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(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)批次穩(wěn)定性優(yōu)異，2025年推向產(chǎn)業(yè)化，并對(duì)頭部企業(yè)進(jìn)行小批量銷售和送樣測(cè)試。
歐陽(yáng)明高公開了技術(shù)細(xì)節(jié)，高鎳正極通過(guò)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(shí)通過(guò)簡(jiǎn)易干法實(shí)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(guò)活性材料、電解質(zhì)等尺寸及比例設(shè)計(jì)，復(fù)合正極壓實(shí)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(jì)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(shí)代，歐陽(yáng)明高說(shuō)，要善于運(yùn)用AI強(qiáng)大的計(jì)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(shí)問(wèn)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(jì)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(wèn)題?！睔W陽(yáng)明高說(shuō)。
AI時(shí)代，科研從仿真方法逐步過(guò)渡為智能化全自動(dòng)研發(fā)新模式，通過(guò)智能化方法實(shí)現(xiàn)電池設(shè)計(jì)全流程自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)多變量高維空間快速尋優(yōu)，加速設(shè)計(jì)迭代。
智能化全自動(dòng)研發(fā)包括交互模式、檢索模式、計(jì)算模式的革新。固態(tài)電池創(chuàng)新平臺(tái)將構(gòu)建基于人工智能的能源材料研發(fā)平臺(tái)，一是基于大語(yǔ)言模型建立智能化的大型材料數(shù)據(jù)庫(kù)；二是基于材料文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)與大語(yǔ)言模型開發(fā)能源材料垂直領(lǐng)域大語(yǔ)言模型；三是垂直領(lǐng)域大語(yǔ)言模型接入專家智能體，獲得專業(yè)計(jì)算能力。
歐陽(yáng)明高提到，電池設(shè)計(jì)正從第二代的仿真驅(qū)動(dòng)向第三代基于AI的電池智能設(shè)計(jì)(BDA)技術(shù)方向發(fā)展，電池智能設(shè)計(jì)技術(shù)可將電池研發(fā)效率提升1~2個(gè)數(shù)量級(jí)，節(jié)省研發(fā)費(fèi)用70%~80%。
為了實(shí)現(xiàn)AI的電池智能設(shè)計(jì)，固態(tài)電池創(chuàng)新平臺(tái)制定了時(shí)間表，2025年1月實(shí)現(xiàn)平臺(tái)內(nèi)測(cè)數(shù)據(jù)積累及交互，2025年12月，固態(tài)電池創(chuàng)新平臺(tái)將有智能研發(fā)平臺(tái)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(tái)。
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