展望未来十年，我国固态电池如何“破局”？
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从电解质到正负极，从电池设计到制造工艺，虽然固态电池发展路径已经初步清晰，但展望下一个十年，我国固态电池的“破局”之路仍是一场技术创新和产业协同的挑战之路。

周盛明

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“2035年以500Wh/kg和1000Wh/L为目标，进一步发展高电压高比容量富锂正极；2040年以700Wh/kg为目标，发展锂硫和锂空气电池”。

日前，在第二十届中国汽车产业发展（泰达）国际论坛（以下简称“泰达汽车论坛”）上，中国科学院院士、清华大学教授欧阳明高针对固态电池的发展提出了自己的见解。

从新能源汽车市场与行业背景来看，整个电池的发展始终围绕着高比能、高安全的痛点在不断迭代。而目前实现产业化的液态锂离子电池的能量密度极限是300Wh/kg左右。

不论是对于新能源汽车的发展还是和“低空经济”强相关的电动垂直起降飞行器（eVTOL），他们的未来发展都需要借力我国动力电池的进步。

据悉，目前主流的磷酸铁锂电池的能量密度大约在200Wh/kg以下，而三元锂电池的能量密度则在250Wh/kg左右。如果欧阳明高的“预言”成真，那么在下一个十年里，我们不仅能看到动辄续航里程破1000km的纯电动汽车大量普及，并且电动载人飞行器也有希望能够走入日常生活。

固态电池不是“空中楼阁”

固态电池的高能量密度、高安全性等特性让其看上去好比“皇冠上的明珠”，但从技术上而言，将其收入囊中绝非是一日之功。

“我认为固态电池的发展需要分三步，首先重点攻关固态电解质，第二步重点攻关高容量复合负极，第三步重点攻关高容量复合正极”，欧阳明高如此拆解固态电池未来的发展规划。

顾名思义，“固态电池”最显著的特征是其使用了固态电解质。从技术路线上来看，目前国内固态电池的电解质路线主要包括聚合物、氧化物、硫化物。

相比传统的锂离子电池使用的可燃、有机的电解液，固态电池理论上具有更好的安全性。但值得注意的是，“固态”的电解质也是一把双刃剑。

国家动力电池创新中心副主任王建涛表示，由于固态电池没有电解液，那么“固-固”接触的界面会造成很多问题。据悉，与传统动力电池的“固-液界面”相比，“固-固”界面的接触性和稳定性更差，容易导致电池性能的下降。

由此，对于国内的相关企业来说，采用“半固态电池”和“全固态电池”两条路线并行的策略比较常见。通过加入少量的液态电解质，半固态电池可以避免出现“固-固”界面接触的问题。但由于技术指标仍不及全固态电池，这种方案往往被认为是动力电池发展中过渡技术。

对于全固态电池，国内的相关企业也正在研发相关技术攻克电解质难题。北京卫蓝新能源科技有限公司董事长兼总经理俞会根介绍，其公司研发了包括固态电解质拆混技术、固态电解质包覆技术等方法以解决问题。

不过，俞会根也表示：“如果我们仅仅是有了完善的构想却没有产业链的支撑，那么我们的产业是难以发展起来的”。除了企业自身布局上下游技术链条之外，欧阳明高认为，2025年的目标是“打通全固态电池技术链”，并且希望实现200Wh/kg和400Wh/L的电池能量密度目标。

在解决了电解质的问题之后，固态电池的复合负极、复合正极同样是兼具挑战和收获的研究方向。

欧阳明高介绍，通过发展高比容量高硅基负极，2030年固态电池的能量密度目标为400Wh/kg和800Wh/L；通过发展高电压高比容量富锂正极，2035年固态电池的能量密度目标为500Wh/kg和1000Wh/L；通过发展锂-硫和锂-空气电池，2040年固态电池的能量密度目标为700Wh/kg。

不过，需要注意的是，在固态电池尚未大规模落地的时间节点，新旧能源转型的重任仍然需要传统的半固态电池、锂离子电池来承担。而让人欣慰的是，虽然固态电池的爆发期目前看仍需5年左右，但传统锂离子电池的能量密度、安全性、成本等核心指标也处在快速进步的过程中。

欧阳明高举例，比如在安全性上，技术进步让现有的纯液态锂离子电池就可以完全避免自燃：“工信部5月份颁发新的电池安全要求就是要完全杜绝燃烧，在300Wh/kg以内，目前的技术是完全可以做到的，主要是靠热方面的加大冷却、烟气分离、避免绝缘被破坏引起电火花等实现”。

全球的技术竞赛悄然开始

从全球范围内来看，固态电池技术作为新能源变革中的“制胜点”，包括日本、韩国等在内的多个国家也在暗中发力。

根据《日本经济新闻》2022年7月的报道，其与专利调查公司Patent Result发起联合调查，通过梳理向日美欧中等10个国家和地区以及世界知识产权组织（WIPO）等2个机构提出申请的全固态电池相关专利，结果显示，在自2000年至2022年3月的专利申请总数中，日企在前五中占据四席。

在技术的落地方面，丰田汽车计划2030年开始销售搭载全固态电池的电动汽车，目标是充电10分钟以内，续航达到约1200公里。日产汽车计划在2028年向市场投放搭载全固态电池的电动汽车，本田也计划在2030年前投放相关车型。

韩国方面，其电池企业如LG、SK On、三星SDI等也均宣布将在2027-2030年实现全固态电池的量产。其中，三星SDI计划在2027年开始量产全固态电池，SK On目标则是在2028年实现固态电池的商业化，LG则表示在2030年实现全固态电池量产。

在激烈竞争的态势之下，我国正在该领域和日韩“暗中角逐”——截至2023年5月，全球固态电池关键技术专利申请量为20798项，其中中国有7640项，占比达36.7%；近5年，我国固态电池全球专利申请量年均增长20.8%，增速位列全球第一。

此外，从宏观来看，全力发展固态电池已经上升到国家战略的层面。2020年10月，国务院发布的《新能源汽车产业发展规划（2021—2035年）》首次将固态电池列入行业重点发展对象并提出加快研发和产业化进程。

2023年1月，工信部等六部门联合发布的《关于推动能源电子产业发展的指导意见》，进一步提出加强固态电池标准体系研究，政策的发布也为固态电池行业的发展提供了明确、广阔的市场前景。

除了政策上的明确重视，我国也将在固态电池领域给予资金支持。此前有媒体报道称，我国或将投入约60亿元用于全固态电池研发，包括宁德时代、比亚迪、一汽、上汽、卫蓝新能源和吉利共六家企业可能会获得政府基础研发支持。

但需要注意的是，固态电池的发展之路并不能做到一蹴而就。从电解质到正负极，从电池设计到制造工艺，虽然固态电池发展路径已经初步清晰，但展望下一个十年，我国固态电池的“破局”之路仍是一场技术创新和产业协同的挑战之路。

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