中國儲能網(wǎng)訊：作為下一代動力電池的重要技術(shù)路線，全固態(tài)電池正面臨產(chǎn)業(yè)化發(fā)展難點和日益激烈的國際競爭，如何破解難題，是中國鋰電池產(chǎn)業(yè)、乃至中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)能否持續(xù)領(lǐng)先全球的關(guān)鍵。
1月21日，中國全固態(tài)電池產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新平臺成立，為打破這一瓶頸提供了重要保障。“在國外已經(jīng)取得一些進(jìn)展的情況下，國內(nèi)全固態(tài)電池研發(fā)目前仍然存在認(rèn)識不統(tǒng)一、力量比較分散、產(chǎn)學(xué)研不協(xié)調(diào)等問題，迫切需要建立全固態(tài)電池產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新平臺，聯(lián)合起來共同突破全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵技術(shù)?！碑?dāng)日，中國科學(xué)院院士、清華大學(xué)教授歐陽明高在接受《中國汽車報》記者專訪時，圍繞全固態(tài)電池產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新提出了見解和觀點。
成為世界競爭的焦點
全固態(tài)電池正在成為世界競爭的焦點，這是行業(yè)有目共睹的事實。數(shù)據(jù)顯示，2011年以來，世界全固態(tài)電池相關(guān)論文呈現(xiàn)爆發(fā)式增長，與以往相比增長了10倍?！叭虘B(tài)電池是公認(rèn)的下一代電池的首選方案之一，被列入中國、美國、歐盟、日韓等主要國家和地區(qū)的發(fā)展戰(zhàn)略，也成為下一代電池技術(shù)競爭的關(guān)鍵制高點?！睔W陽明高表示，全球固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)布局呈現(xiàn)一系列新特點，如中國企業(yè)數(shù)量最多，日韓企業(yè)數(shù)量較少但實力較強(qiáng)，美國基本是創(chuàng)業(yè)企業(yè)，而歐洲主要是與美國創(chuàng)業(yè)企業(yè)進(jìn)行合作等。
日本正以舉國之力推動全固態(tài)電池商業(yè)化，已經(jīng)有官-產(chǎn)-學(xué)聯(lián)盟，豐田、本田、日產(chǎn)等既開展全固態(tài)電池研發(fā)，也從事整車生產(chǎn)，在電池與整車性能匹配方面有優(yōu)勢。其中，豐田在全固態(tài)電池研究上時間較早積累較深，目前日產(chǎn)、本田也已發(fā)布了其試生產(chǎn)和產(chǎn)品上線的時間節(jié)點。所以，日本的全固態(tài)電池研發(fā)已經(jīng)是全行業(yè)在行動。
韓國是位居全球第二位的電池產(chǎn)業(yè)大國，盡管汽車企業(yè)在全固態(tài)電池研發(fā)上不夠積極，但韓國三大電池企業(yè)實力較強(qiáng)，并在全固態(tài)電池研究方面取得了實質(zhì)性進(jìn)展，特別是三星已率先開發(fā)出全固態(tài)電池。
美國全固態(tài)電池研究基本由創(chuàng)業(yè)公司主導(dǎo)，本土企業(yè)并沒有太多介入，多是與歐洲車企合作開發(fā)。例如，Solid Power與寶馬合作、Quantum Scape與大眾汽車合作，近來都發(fā)布了固態(tài)電池研究最新進(jìn)展，其中，Quantum Scape已發(fā)布了固態(tài)電池新產(chǎn)品，推動其股價的上揚。
世界全固態(tài)電池行業(yè)的競爭正日趨升溫?！霸谀壳叭虘B(tài)電池產(chǎn)業(yè)路線圖上，不是一家公司，而是很多公司，并且是有實力的公司，其產(chǎn)業(yè)化時間基本都定于2027～2030年，這種共識并非偶然?！睔W陽明高說，這也表明了全固態(tài)電池的世界競爭態(tài)勢。
警惕激進(jìn)式發(fā)展
目前，中國動力電池產(chǎn)業(yè)處于全球領(lǐng)先地位，在液態(tài)鋰離子電池產(chǎn)業(yè)上取得顯著進(jìn)步：近10年來動力電池能量密度提升3倍，成本下降80％以上，產(chǎn)量占全球份額近70％?！暗缃裰袊姵匦袠I(yè)也面臨產(chǎn)能過剩、行業(yè)內(nèi)卷?！睔W陽明高分析，由于鋰電池成本不斷下降，技術(shù)門檻較低，很多企業(yè)蜂擁而入，而高端產(chǎn)品并沒有滿足電動汽車用戶需求，如350千瓦以上的超級快充，在全壽命周期內(nèi)如何不發(fā)生析鋰、不影響壽命、不出現(xiàn)安全事故，仍是亟待解決的問題?？傮w上，國內(nèi)電池企業(yè)仍要不斷提升技術(shù)門檻。而全固態(tài)電池是解決這些問題的路徑之一。
在歐陽明高看來，2016年中國新能源汽車市場占有率1％之時，全球已經(jīng)開始重視發(fā)展電動汽車。目前中國電動汽車市場滲透率只有約30％，全球就已經(jīng)對中國電動汽車感到驚訝。因此，對于汽車技術(shù)而言，即使中國全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化率只有1％，也具備突破性意義。
“為什么中國需要全固態(tài)電池？因為全固態(tài)電池具有技術(shù)顛覆的潛力?！睔W陽明高表示，全固態(tài)電池有高安全性、高能量密度、高功率以及溫度適應(yīng)性寬等特點。“我們的實驗表明，全固態(tài)電池1C充電循環(huán)可以達(dá)到1000次，5C充電循環(huán)反而可以達(dá)到1萬次，這也是全固態(tài)電池成為未來動力電池重要發(fā)展方向的原因。”歐陽明高表示。
在全固態(tài)電池研究上，中外之間存在差異?！芭c國外基本都是全固態(tài)電池研究不同的是，當(dāng)前國內(nèi)的固態(tài)電池技術(shù)路線是多元化、并以固液混合的半固態(tài)電池為主?！睔W陽明高談到，半固態(tài)電池中電解質(zhì)是固液混合形態(tài)，與液態(tài)鋰離子電池有同樣的電化學(xué)原理，是提升安全性的技術(shù)之一，但不屬于顛覆性技術(shù)。目前，國內(nèi)的半固態(tài)電池正在試裝車，但其良品率、電池成本、充電倍率、循環(huán)壽命等都還存在瓶頸。
歐陽明高提出，從全行業(yè)角度看，國內(nèi)既要漸進(jìn)式發(fā)展半固態(tài)電池技術(shù)，也要防范激進(jìn)式全固態(tài)電池技術(shù)路線帶來的顛覆性風(fēng)險。當(dāng)前，國內(nèi)外在全固態(tài)電池技術(shù)專利布局方面差距較大，截至2023年10月，豐田有1300余項，國內(nèi)還沒有一家企業(yè)超過100項。
據(jù)了解，歐陽明高所率領(lǐng)的研究團(tuán)隊，正聚焦電池安全研究與新型電池開發(fā)。他向記者透露，該團(tuán)隊正在進(jìn)行的研究包括被動安全研究與高安全電池開發(fā)、主動安全研究與智能型電池開發(fā)、本征安全研究與全固態(tài)電池開發(fā)。其中，高安全電池和智能型電池研究為全固態(tài)電池技術(shù)演進(jìn)奠定了基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，他們提出了硫化物復(fù)合電極制備新方法，正極容量高的可以達(dá)到235mAh/g。而新提出的硅負(fù)極低成本制備方法，容量可以達(dá)到2400mAh/g。同時還研發(fā)安時級硫化物全固態(tài)電池樣品，初步打通硫化物全固態(tài)電池裝配流程，目前已進(jìn)入樣品階段，正在逐步攻克技術(shù)和工程瓶頸。
力爭2030年實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化突破
中國全固態(tài)電池產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新平臺的成立，對于打破全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展瓶頸，具有重要意義。“全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化仍然面臨一系列科學(xué)難題，既需要從關(guān)鍵材料、界面、復(fù)合電極、單體電池等不同層面解決現(xiàn)有難題，也需要應(yīng)對全固態(tài)電池的工藝設(shè)備挑戰(zhàn)，以及產(chǎn)業(yè)鏈挑戰(zhàn)?！睔W陽明高認(rèn)為，面對諸多挑戰(zhàn)，要統(tǒng)一認(rèn)識、集中力量、協(xié)同產(chǎn)學(xué)研等工作，亟需全固態(tài)電池產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新平臺發(fā)揮作用。
歐陽明高表示，在中國產(chǎn)學(xué)研合作促進(jìn)會支持指導(dǎo)下建立中國全固態(tài)電池產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新平臺，將為行業(yè)做好服務(wù)性和協(xié)調(diào)性工作，主要包括3個平臺，即科研服務(wù)平臺、基礎(chǔ)研發(fā)平臺、產(chǎn)業(yè)協(xié)作平臺。
例如在科研服務(wù)方面，針對政策研究，平臺收集、整理和研究國外前沿信息，并提供給政府主管部門，供決策參考。同時，要向主管部門及產(chǎn)業(yè)界傳遞正確信息，要以科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度來對待全固態(tài)電池技術(shù)，既不能過于焦慮，也不能過于樂觀，這是國內(nèi)技術(shù)研究和政策制定的基礎(chǔ)。此外，平臺還將致力于資金的籌措以及成果轉(zhuǎn)化等，幫助地方、企業(yè)做產(chǎn)業(yè)化落地。
在基礎(chǔ)研發(fā)方面，對于沒有進(jìn)入專利保護(hù)的技術(shù)可以聯(lián)合研發(fā)，還要解決數(shù)據(jù)庫缺失、不集中、不一致、沒有統(tǒng)一的評價流程和方法等問題。此外，還可以在材料研發(fā)的仿真、算力等方面進(jìn)行合作。
在產(chǎn)業(yè)協(xié)作方面，全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)鏈及其新設(shè)備、新工藝等無法從傳統(tǒng)渠道獲得，需要重新構(gòu)建。同時，有了產(chǎn)學(xué)研協(xié)同，會減少內(nèi)部分歧，形成合力，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈不斷升級優(yōu)化。
歐陽明高認(rèn)為，人工智能正顛覆材料科學(xué)的研發(fā)范式，并將加快全固態(tài)電池的研發(fā)速度。將來是24小時的黑燈實驗室，還有大算力的計算平臺幫助計算，這會大大加速研發(fā)進(jìn)程，也給2030年左右實現(xiàn)全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化突破增加了確定性。他表示，新一代全固態(tài)電池走向應(yīng)用，不能一蹴而就，而是一步步提升市場占有率。即使樂觀地預(yù)測，全固態(tài)電池在2030年開始產(chǎn)業(yè)化，但市場份額何時達(dá)到5％～10％還很難說。所以，現(xiàn)有的電池體系不能丟掉，起碼未來20年仍將是主體。而且現(xiàn)有鋰電池成本已經(jīng)非常低，全固態(tài)電池也很難與其拼性價比。
展望中國全固態(tài)動力電池材料體系的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展趨勢，歐陽明高認(rèn)為，新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要低成本、高比能的動力電池。因此，研究上要兩頭發(fā)力，力爭在2030年左右實現(xiàn)全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化突破?！坝腥虘B(tài)電池產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新平臺的支撐，我們對中國電池產(chǎn)業(yè)持續(xù)引領(lǐng)全球充滿信心?！睔W陽明高強(qiáng)調(diào)。
