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（文/周盛明 編輯/高莘）

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

日前，在第二十屆中國汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展（泰達(dá)）國際論壇（以下簡稱“泰達(dá)汽車論壇”）上，中國科學(xué)院院士、清華大學(xué)教授歐陽明高針對(duì)固態(tài)電池的發(fā)展提出了自己的見解。

從新能源汽車市場與行業(yè)背景來看，整個(gè)電池的發(fā)展始終圍繞著高比能、高安全的痛點(diǎn)在不斷迭代。而目前實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的液態(tài)鋰離子電池的能量密度極限是300Wh/kg左右。

不論是對(duì)于新能源汽車的發(fā)展還是和“低空經(jīng)濟(jì)”強(qiáng)相關(guān)的電動(dòng)垂直起降飛行器（eVTOL），他們的未來發(fā)展都需要借力我國動(dòng)力電池的進(jìn)步。

據(jù)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(yù)言”成真，那么在下一個(gè)十年里，我們不僅能看到動(dòng)輒續(xù)航里程破1000km的純電動(dòng)汽車大量普及，并且電動(dòng)載人飛行器也有希望能夠走入日常生活。

固態(tài)電池不是“空中樓閣”

固態(tài)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(shù)上而言，將其收入囊中絕非是一日之功。

“我認(rèn)為固態(tài)電池的發(fā)展需要分三步，首先重點(diǎn)攻關(guān)固態(tài)電解質(zhì)，第二步重點(diǎn)攻關(guān)高容量復(fù)合負(fù)極，第三步重點(diǎn)攻關(guān)高容量復(fù)合正極”，歐陽明高如此拆解固態(tài)電池未來的發(fā)展規(guī)劃。

顧名思義，“固態(tài)電池”最顯著的特征是其使用了固態(tài)電解質(zhì)。從技術(shù)路線上來看，目前國內(nèi)固態(tài)電池的電解質(zhì)路線主要包括聚合物、氧化物、硫化物。

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

國家動(dòng)力電池創(chuàng)新中心副主任王建濤表示，由于固態(tài)電池沒有電解液，那么“固-固”接觸的界面會(huì)造成很多問題。據(jù)悉，與傳統(tǒng)動(dòng)力電池的“固-液界面”相比，“固-固”界面的接觸性和穩(wěn)定性更差，容易導(dǎo)致電池性能的下降。

由此，對(duì)于國內(nèi)的相關(guān)企業(yè)來說，采用“半固態(tài)電池”和“全固態(tài)電池”兩條路線并行的策略比較常見。通過加入少量的液態(tài)電解質(zhì)，半固態(tài)電池可以避免出現(xiàn)“固-固”界面接觸的問題。但由于技術(shù)指標(biāo)仍不及全固態(tài)電池，這種方案往往被認(rèn)為是動(dòng)力電池發(fā)展中過渡技術(shù)。

對(duì)于全固態(tài)電池，國內(nèi)的相關(guān)企業(yè)也正在研發(fā)相關(guān)技術(shù)攻克電解質(zhì)難題。北京衛(wèi)藍(lán)新能源科技有限公司董事長兼總經(jīng)理俞會(huì)根介紹，其公司研發(fā)了包括固態(tài)電解質(zhì)拆混技術(shù)、固態(tài)電解質(zhì)包覆技術(shù)等方法以解決問題。

不過，俞會(huì)根也表示：“如果我們僅僅是有了完善的構(gòu)想?yún)s沒有產(chǎn)業(yè)鏈的支撐，那么我們的產(chǎn)業(yè)是難以發(fā)展起來的”。除了企業(yè)自身布局上下游技術(shù)鏈條之外，歐陽明高認(rèn)為，2025年的目標(biāo)是“打通全固態(tài)電池技術(shù)鏈”，并且希望實(shí)現(xiàn)200Wh/kg和400Wh/L的電池能量密度目標(biāo)。

在解決了電解質(zhì)的問題之后，固態(tài)電池的復(fù)合負(fù)極、復(fù)合正極同樣是兼具挑戰(zhàn)和收獲的研究方向。

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

不過，需要注意的是，在固態(tài)電池尚未大規(guī)模落地的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，新舊能源轉(zhuǎn)型的重任仍然需要傳統(tǒng)的半固態(tài)電池、鋰離子電池來承擔(dān)。而讓人欣慰的是，雖然固態(tài)電池的爆發(fā)期目前看仍需5年左右，但傳統(tǒng)鋰離子電池的能量密度、安全性、成本等核心指標(biāo)也處在快速進(jìn)步的過程中。

歐陽明高舉例，比如在安全性上，技術(shù)進(jìn)步讓現(xiàn)有的純液態(tài)鋰離子電池就可以完全避免自燃：“工信部5月份頒發(fā)新的電池安全要求就是要完全杜絕燃燒，在300Wh/kg以內(nèi)，目前的技術(shù)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(shí)現(xiàn)”。

全球的技術(shù)競賽悄然開始

從全球范圍內(nèi)來看，固態(tài)電池技術(shù)作為新能源變革中的“制勝點(diǎn)”，包括日本、韓國等在內(nèi)的多個(gè)國家也在暗中發(fā)力。

根據(jù)《日本經(jīng)濟(jì)新聞》2022年7月的報(bào)道，其與專利調(diào)查公司Patent Result發(fā)起聯(lián)合調(diào)查，通過梳理向日美歐中等10個(gè)國家和地區(qū)以及世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織（WIPO）等2個(gè)機(jī)構(gòu)提出申請(qǐng)的全固態(tài)電池相關(guān)專利，結(jié)果顯示，在自2000年至2022年3月的專利申請(qǐng)總數(shù)中，日企在前五中占據(jù)四席。

在技術(shù)的落地方面，豐田汽車計(jì)劃2030年開始銷售搭載全固態(tài)電池的電動(dòng)汽車，目標(biāo)是充電10分鐘以內(nèi)，續(xù)航達(dá)到約1200公里。日產(chǎn)汽車計(jì)劃在2028年向市場投放搭載全固態(tài)電池的電動(dòng)汽車，本田也計(jì)劃在2030年前投放相關(guān)車型。

韓國方面，其電池企業(yè)如LG、SK On、三星SDI等也均宣布將在2027-2030年實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池的量產(chǎn)。其中，三星SDI計(jì)劃在2027年開始量產(chǎn)全固態(tài)電池，SK On目標(biāo)則是在2028年實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池的商業(yè)化，LG則表示在2030年實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池量產(chǎn)。

在激烈競爭的態(tài)勢(shì)之下，我國正在該領(lǐng)域和日韓“暗中角逐”——截至2023年5月，全球固態(tài)電池關(guān)鍵技術(shù)專利申請(qǐng)量為20798項(xiàng)，其中中國有7640項(xiàng)，占比達(dá)36.7%；近5年，我國固態(tài)電池全球?qū)＠暾?qǐng)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(fā)展固態(tài)電池已經(jīng)上升到國家戰(zhàn)略的層面。2020年10月，國務(wù)院發(fā)布的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021—2035年）》首次將固態(tài)電池列入行業(yè)重點(diǎn)發(fā)展對(duì)象并提出加快研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

2023年1月，工信部等六部門聯(lián)合發(fā)布的《關(guān)于推動(dòng)能源電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》，進(jìn)一步提出加強(qiáng)固態(tài)電池標(biāo)準(zhǔn)體系研究，政策的發(fā)布也為固態(tài)電池行業(yè)的發(fā)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(tài)電池領(lǐng)域給予資金支持。此前有媒體報(bào)道稱，我國或?qū)⑼度爰s60億元用于全固態(tài)電池研發(fā)，包括寧德時(shí)代、比亞迪、一汽、上汽、衛(wèi)藍(lán)新能源和吉利共六家企業(yè)可能會(huì)獲得政府基礎(chǔ)研發(fā)支持。

但需要注意的是，固態(tài)電池的發(fā)展之路并不能做到一蹴而就。從電解質(zhì)到正負(fù)極，從電池設(shè)計(jì)到制造工藝，雖然固態(tài)電池發(fā)展路徑已經(jīng)初步清晰，但展望下一個(gè)十年，我國固態(tài)電池的“破局”之路仍是一場技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)協(xié)同的挑戰(zhàn)之路。

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