每經(jīng)20周年專題系列丨中科固能吳凡：2030年全固態(tài)鋰電池電動(dòng)汽車滲透率將顯著提升 商業(yè)化應(yīng)用趨勢(shì)初現(xiàn)

每經(jīng)記者 苗詩雨    每經(jīng)編輯 孫磊

2024年，新能源汽車的快速發(fā)展帶動(dòng)了以鋰離子電池為代表的電池產(chǎn)業(yè)快速迭代創(chuàng)新，全球掀起了一場(chǎng)半固態(tài)電池、全固態(tài)電池的技術(shù)爭奪戰(zhàn)，各家企業(yè)爭先發(fā)布固態(tài)電池落地時(shí)間表。

對(duì)比當(dāng)前鋰離子電池，全固態(tài)電池?fù)碛心芰棵芏雀?、安全性高、壽命長、適用范圍廣等諸多優(yōu)勢(shì)，在當(dāng)前新能源產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展之下，被看作是電池產(chǎn)業(yè)的重要發(fā)展方向。而從應(yīng)用場(chǎng)景看，在新能源汽車、儲(chǔ)能等領(lǐng)域，全固態(tài)電池應(yīng)用前景廣泛。

但目前，固-固界面建構(gòu)不穩(wěn)定、多場(chǎng)耦合下的失效和失控機(jī)制等方面仍存在難點(diǎn)，全固態(tài)電池何時(shí)實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用成為各界關(guān)注的話題。

中科固能董事長吳凡（圖片來源：企業(yè)供圖）

對(duì)此，中科固能董事長、共青團(tuán)常州市委副書記、中科院物理所博士生導(dǎo)師吳凡日前在接受《每日經(jīng)濟(jì)新聞》記者采訪時(shí)表示，國內(nèi)全固態(tài)電池的研發(fā)目前正處于快速發(fā)展階段，預(yù)計(jì)在未來幾年內(nèi)將逐步實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。

全固態(tài)電池在新能源汽車與儲(chǔ)能場(chǎng)景應(yīng)用有巨大潛力

NBD：目前多家企業(yè)布局全固態(tài)電池賽道，從技術(shù)層面看，當(dāng)前面對(duì)的主要挑戰(zhàn)是什么？

吳凡：目前全固態(tài)電池大概面臨六方面的難題。第一是固態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率需要提升，全固態(tài)電池需要具有高離子電導(dǎo)率的固態(tài)電解質(zhì)，以保證電池的充放電性能。目前，提升固態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率是技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵之一。

第二是全固態(tài)電池仍需要與鋰金屬和高比能電極材料良好匹配，以實(shí)現(xiàn)電池的高能量密度和穩(wěn)定性，匹配方面也有待提升。

第三是“固-固界面”構(gòu)筑的穩(wěn)定性。在全固態(tài)電池中，電極與固態(tài)電解質(zhì)之間的界面穩(wěn)定性對(duì)電池性能至關(guān)重要。目前，如何構(gòu)筑相對(duì)穩(wěn)定的固-固界面是技術(shù)發(fā)展中的一個(gè)挑戰(zhàn)。

第四個(gè)難題是，全固態(tài)電池中的鋰枝晶生長可能導(dǎo)致電池失效或安全問題，因此控制鋰枝晶的生長是技術(shù)發(fā)展中的一個(gè)重要問題。

第五個(gè)難題是，全固態(tài)電池在多場(chǎng)耦合（如電場(chǎng)、溫度場(chǎng)等）的影響下可能出現(xiàn)失效或失控，研究這些機(jī)制對(duì)于電池的安全和穩(wěn)定性至關(guān)重要。

最后，推動(dòng)固態(tài)電池技術(shù)的健康發(fā)展需要跨越技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的雙重難關(guān)包括能量密度、成本和產(chǎn)能等方面的挑戰(zhàn)。綜上所述，全固態(tài)電池技術(shù)的發(fā)展需要克服多個(gè)技術(shù)挑戰(zhàn)。

NBD：從全固態(tài)電池的特性來看，您認(rèn)為哪些場(chǎng)景具備應(yīng)用潛力？

吳凡：全固態(tài)電池技術(shù)憑借其在安全性、能量密度和循環(huán)壽命方面的顯著優(yōu)勢(shì)，被認(rèn)為在新能源汽車和儲(chǔ)能市場(chǎng)領(lǐng)域具有巨大的市場(chǎng)潛力。

對(duì)新能源汽車來說，全固態(tài)電池的高能量密度、卓越的安全性和長久的循環(huán)壽命使其成為電動(dòng)汽車領(lǐng)域的理想能源解決方案。預(yù)計(jì)到2030年，全固態(tài)鋰電池在電動(dòng)汽車市場(chǎng)的滲透率將顯著提升，市場(chǎng)規(guī)模有望實(shí)現(xiàn)爆炸性增長。此外，全固態(tài)電池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和高穩(wěn)定性也有助于簡化電池管理系統(tǒng)并提高電池包整體的能量密度。

從儲(chǔ)能領(lǐng)域來看，全固態(tài)電池高能量密度和卓越的安全性能預(yù)示著其在儲(chǔ)能市場(chǎng)具有廣泛的應(yīng)用前景。固態(tài)電解質(zhì)的引入解決了液態(tài)電解質(zhì)在充放電過程中可能出現(xiàn)的問題，從而延長了電池的循環(huán)使用壽命。

隨著全固態(tài)電池實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用，新能源汽車和儲(chǔ)能市場(chǎng)也將發(fā)生根本性的變革。

NBD：全固態(tài)電池的應(yīng)用，還將推動(dòng)哪些產(chǎn)業(yè)的發(fā)展？將產(chǎn)生哪些影響？

吳凡：未來全固態(tài)電池聚焦硅基負(fù)極和金屬鋰負(fù)極，針對(duì)這兩種技術(shù)路線的項(xiàng)目成果將應(yīng)用于全固態(tài)電池領(lǐng)域，有望在能量密度、循環(huán)壽命、充電效率、安全性、穩(wěn)定性等方面較傳統(tǒng)液態(tài)鋰離子電池實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍。助力我國的新能源電動(dòng)車、無人機(jī)、軌道交通、儲(chǔ)能電站、消費(fèi)電子等領(lǐng)域的發(fā)展。

目前，中科固能基于兩種技術(shù)路線也開發(fā)了兩種適用于硫化物基全固態(tài)電池的新型負(fù)極體系：硬碳穩(wěn)定的鋰硅負(fù)極以及軟碳界面修飾的金屬鋰負(fù)極，電池在20C倍率下循環(huán)24000周，容量沒有明顯衰減，且電池可以在50C倍率(71.5mA/cm2)下充放電無鋰枝晶生長。這是目前世界范圍內(nèi)已報(bào)道的循環(huán)壽命、倍率性能、電流密度和面容量最高的硫化物全固態(tài)電池。

全固態(tài)電池的研發(fā)對(duì)國家也有重要的戰(zhàn)略意義。在全固態(tài)電池技術(shù)上的突破，將有力推進(jìn)我國在高端制造領(lǐng)域擁有更多知識(shí)產(chǎn)權(quán)和核心科技，實(shí)現(xiàn)新能源電動(dòng)車的彎道超車。

中國全固態(tài)電池研發(fā)處于產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵機(jī)遇期

NBD：目前，從全球全固態(tài)電池研發(fā)的方向看，技術(shù)路線不盡相同，您認(rèn)為何種技術(shù)路線將占主導(dǎo)地位？

吳凡：在固態(tài)電解質(zhì)材料的選擇上，目前全固態(tài)電池的技術(shù)路線主要包括聚合物、氧化物和硫化物三大類。在全固態(tài)電池的研發(fā)和應(yīng)用方面，中國與全球其他主要研發(fā)全固態(tài)電池的國家在技術(shù)路徑和研發(fā)進(jìn)度上存在一些差異。

中國在硫化物路線上進(jìn)展較快，有望率先實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。而全球范圍內(nèi)，硫化物電解質(zhì)也占據(jù)主導(dǎo)地位。從技術(shù)路線上看，中國市場(chǎng)固態(tài)電池技術(shù)路線呈現(xiàn)多元化特點(diǎn)，以固液混合為主要特點(diǎn)，同時(shí)積極探索全固態(tài)電池技術(shù)。

目前，中國政府對(duì)全固態(tài)電池的研發(fā)給予了高度重視和支持，計(jì)劃投資約60億元用于全固態(tài)電池的研發(fā)，并支持相關(guān)企業(yè)進(jìn)行技術(shù)突破，類似大規(guī)模的投入在全球范圍內(nèi)的全固態(tài)電池研發(fā)領(lǐng)域也是較為罕見的。

NBD：從全球范圍看，中國全固態(tài)電池的研發(fā)處在何種水平？

吳凡：目前，中國在全固態(tài)電池的研發(fā)進(jìn)度上已經(jīng)取得了一定成果，正處于產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵機(jī)遇期。具體來說，中國在全固態(tài)電池的研發(fā)層面已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了超長循環(huán)壽命、半固態(tài)電池量產(chǎn)、新型固態(tài)電池研發(fā)、關(guān)鍵技術(shù)等方面的突破。

半固態(tài)電池方面，2022年以來，中國企業(yè)的半固態(tài)電池已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)裝車，這標(biāo)志著半固態(tài)電池技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用階段；在全固態(tài)模具電池的研發(fā)上，中科固能已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了超長循環(huán)壽命（62500圈），全固態(tài)軟包電池的循環(huán)壽命也在500圈以上，顯示出中國在提升電池性能方面取得了顯著進(jìn)展。

根據(jù)目前掌握的信息，中國的研發(fā)團(tuán)隊(duì)已研發(fā)出能量密度高達(dá)400Wh/kg的新型固態(tài)電池，我們?cè)诠虘B(tài)電池能量密度的提升上也取得了重要進(jìn)展。此外，關(guān)鍵技術(shù)層面如提升續(xù)航能力和延長使用壽命方面也有明顯進(jìn)展。

整體來看，全固態(tài)電池的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化正處于關(guān)鍵的機(jī)遇期，中國正積極把握這一機(jī)遇，推動(dòng)固態(tài)電池技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。

封面圖片來源：每經(jīng)記者 孔澤思 攝（資料圖）