在日前舉行的2025中國全固態(tài)電池產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新平臺年會上，中國科學(xué)院院士、中國電動汽車百人會副理事長歐陽明高預(yù)計，“全固態(tài)電池2027年開始裝車驗(yàn)證，真正形成規(guī)模可能需要5年到10年時間，預(yù)計2030年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)”。
掀起爭搶研制熱潮
固態(tài)電池并非一項(xiàng)全新技術(shù)。
豐田汽車早在2006年便已開展固態(tài)電池研發(fā)工作，近期宣布將于2026年小批量試產(chǎn)，2030年后將大規(guī)模生產(chǎn)；本田汽車宣布2025年1月起試生產(chǎn)純電動汽車全固態(tài)電池；日產(chǎn)計劃今年開始在橫濱工廠試生產(chǎn)固態(tài)電池，到2028年推出配備全固態(tài)電池的電動汽車。
在固態(tài)電池上搶跑的日系車企，已然靠近量產(chǎn)的邊界。形勢緊迫，國內(nèi)電池制造商和汽車企業(yè)紛紛啟動加速模式。
寧德時代2024年公布3項(xiàng)固態(tài)電池專利，并且透露了“2027年小規(guī)模量產(chǎn)全固態(tài)電池”的時間表。據(jù)了解，寧德時代已建成全固態(tài)電池中試生產(chǎn)線，正進(jìn)行工藝優(yōu)化與產(chǎn)品驗(yàn)證，若能在這一階段解決安全和性能難題，接下來就能進(jìn)入生產(chǎn)技術(shù)探索階段。
華為在去年年底公布了一項(xiàng)最新硫化物固態(tài)電池專利，名稱為《摻雜硫化物材料及其制備方法、鋰離子電池》。歐陽明高表示，“2024年是中國全固態(tài)電池的里程碑年份，去年下半年以來，我國申請的全固態(tài)電池專利數(shù)量快速增長”。
比亞迪鋰電池有限公司首席技術(shù)官孫華軍介紹，比亞迪2013年開始全固態(tài)電池研發(fā)，已啟動固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化可行性驗(yàn)證，涵蓋關(guān)鍵材料技術(shù)攻堅、電芯系統(tǒng)開發(fā)和產(chǎn)線建設(shè)。預(yù)計2027年啟動全固態(tài)電池批量示范裝車應(yīng)用，2030年后實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化落地。
新能源車企也在緊追慢趕。廣汽埃安宣布將在2026年實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池量產(chǎn)裝車，率先搭載于旗下高端品牌昊鉑；奇瑞汽車計劃在2026年實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池上車，2027年規(guī)模化量產(chǎn)；上汽集團(tuán)宣稱2026年全固態(tài)電池實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)交付，2027年搭載全固態(tài)電池的智己新車實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)交付；長安汽車計劃到2030年推出液態(tài)、半固態(tài)、固態(tài)等8款自研電芯。
隨著固態(tài)電池風(fēng)口漸盛，越來越多企業(yè)開始“上桌”。一汽集團(tuán)首席科學(xué)家兼研發(fā)總院(科技創(chuàng)新管理部)高端汽車集成與控制全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任王德平說，經(jīng)過近幾年發(fā)展，我國全固態(tài)電池關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)取得突破，目前正處于原型樣機(jī)階段。能量密度達(dá)400瓦時/千克的全固態(tài)電池，有望在未來2年至3年內(nèi)實(shí)現(xiàn)小批量裝車應(yīng)用。
技術(shù)路線逐漸聚焦
固態(tài)電池之所以至今未成為主流技術(shù)方案，并非企業(yè)們“不想做”，而是“做不到”。固態(tài)電池采用全新結(jié)構(gòu)和材料，其生產(chǎn)工藝、材料體系更加復(fù)雜，成本也高出不少。
“固態(tài)電池的研究已取得重要進(jìn)展，但還需解決諸多基礎(chǔ)科學(xué)問題和工程技術(shù)難題。”中國科學(xué)院院士、中國全固態(tài)電池產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新平臺專家委員會副主任孫世剛分析，挑戰(zhàn)主要來自如何進(jìn)一步提升固態(tài)電解質(zhì)的離子導(dǎo)電率、與鋰金屬和高比能電極材料的匹配性，并構(gòu)筑相容穩(wěn)定的固固界面。在材料方面，尋找合適的固態(tài)電解質(zhì)是關(guān)鍵。理想狀態(tài)下的固態(tài)電解質(zhì)需要具備高離子電導(dǎo)率、良好的化學(xué)穩(wěn)定性及機(jī)械強(qiáng)度。另外，界面問題也是不容忽視的一環(huán)。固態(tài)電池中電極與電解質(zhì)之間的界面接觸不良會導(dǎo)致電池內(nèi)阻增加，影響電池的整體性能。
除了技術(shù)和工藝外，成本高的問題同樣限制了固態(tài)電池大規(guī)模應(yīng)用。當(dāng)前，液態(tài)鋰離子電池單體成本為每瓦時0.5元左右。固態(tài)電池在沒有大規(guī)模量產(chǎn)的前提下，成本相對較高，材料成本每瓦時在2元以上。一個100千瓦時的電池包僅材料成本已經(jīng)超過20萬元，遠(yuǎn)高于現(xiàn)有液態(tài)電池。
目前，固態(tài)電池領(lǐng)域技術(shù)路徑多元。其中，聚合物固態(tài)電池、氧化物固態(tài)電池以及硫化物固態(tài)電池是三大主流技術(shù)路線。
“從全球范圍來看，全固態(tài)電池研制逐漸聚焦到硫化物技術(shù)路線上，投入持續(xù)增加。”歐陽明高建議，全固態(tài)電池的技術(shù)路線要聚焦以硫化物電解質(zhì)為主體電解質(zhì)，匹配高鎳三元正極和硅碳負(fù)極的技術(shù)路線，以比能量每公斤400瓦時、循環(huán)壽命1000次以上為性能目標(biāo)，確保2027年實(shí)現(xiàn)轎車小批量裝車。
“在硫化物固態(tài)電解質(zhì)方面，國內(nèi)眾多企業(yè)已經(jīng)擁有了小批量供應(yīng)能力，還需要重點(diǎn)攻克大規(guī)模生產(chǎn)工藝。”歐陽明高說。
智能應(yīng)用驅(qū)動創(chuàng)新
當(dāng)前，正值全球人工智能技術(shù)快速迭代關(guān)鍵時期，大語言模型和科學(xué)智能結(jié)合，升級研發(fā)平臺，成為全固態(tài)電池關(guān)鍵材料體系創(chuàng)新與構(gòu)建的加速器。
傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室研發(fā)流程中存在時間、物料、電能和人力浪費(fèi)問題。蘇州易來科得科技有限公司首席執(zhí)行官陳新虹說，公司正在經(jīng)歷從實(shí)驗(yàn)試錯到智能自動設(shè)計的變革。今年電池設(shè)計效率將提升2倍至5倍，智能設(shè)計將再提升兩個數(shù)量級。
寧德時代新能源科技股份有限公司研發(fā)總裁歐陽楚英介紹，公司從系統(tǒng)維度進(jìn)行創(chuàng)新，通過多尺度集成仿真將材料、電芯和系統(tǒng)設(shè)計耦合優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)正向與逆向設(shè)計反饋，提升產(chǎn)品性能。“公司基于應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)構(gòu)建物理圖像，從工程問題中提煉科學(xué)問題，并借助AI和實(shí)驗(yàn)形成閉環(huán)。”
“以前電池材料研發(fā)以試錯型為主，耗費(fèi)大量人力，周期長、效率低。現(xiàn)在人工智能改變了以前的研發(fā)模式。”歐陽明高說，現(xiàn)在已實(shí)現(xiàn)全過程自動材料設(shè)計，比如自動化的實(shí)驗(yàn)、表征、仿真、制備，實(shí)現(xiàn)全流程智能化。
借助人工智能技術(shù)，對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘和分析，為固態(tài)電池的研發(fā)工作提供了便利。歐陽明高介紹，全固態(tài)電池AI大模型，提供各類專家智能體與智能設(shè)計工具，實(shí)現(xiàn)材料體系智能匹配、設(shè)計參數(shù)、智能選優(yōu)、制備工藝、智能推薦等研發(fā)服務(wù)，可以讓電池研發(fā)效率提升1個至2個數(shù)量級，節(jié)省70%至80%的研發(fā)費(fèi)用。
全固態(tài)電池是下一代電池技術(shù)競爭的關(guān)鍵制高點(diǎn)。可以預(yù)見，在人工智能驅(qū)動下，研發(fā)模式的變革，必將加速全固態(tài)電池在關(guān)鍵技術(shù)、成本、量產(chǎn)應(yīng)用等方面的突破。
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