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在汽車產業鏈領域，被業內公認為“下一代電池技術”的固態電池，因具有更高的安全性、更長的循環壽命、更高的能量密度、高功率特性以及更強的溫度適應性等優點，正在快速“升溫”，形成多方競逐博弈的趨勢。

 

“現在行業內已經形成共識，全固態電池是公認的下一代電池的首選方案之一，被列入中國、美國、日韓等主要國家的發展戰略，成為下一代電池技術競爭的關鍵制高點。”近日，在中國全固態電池創新發展高峰論壇舉行期間，中國科學院院士、清華大學教授歐陽明高在接受《中國經營報》等媒體記者專訪時表示，全固態電池有可能在2030年左右實現產業化。

 

在目前主流的液態鋰電池體系中，我國在全球動力電池產業版圖上占據舉足輕重的地位，全球排名前十的動力電池企業有六家來自中國。美國、歐盟、日韓等國家和地區想要爭奪對動力電池的話語權，意圖從全固態電池切口進入，實現換道超車。其中，日本更是舉全國之力推動全固態電池的商業化，已形成官-產-學聯盟，豐田、本田、日產汽車等日系車企已在全固態電池方面進行深度布局。

 

相較于日韓等企業在全固態電池領域的深耕積淀，我國進入固態電池賽道的時間更晚，而且主要是以科研機構和院校為支撐，產業化的進程更慢。

 

歐陽明高認為，目前動力電池產業已經迎來新一輪材料創新周期，我國需要跨越創新周期，迎接國際新一輪動力電池技術之爭。

 

風口上的全固態電池：鮮花與荊棘并存

 

現階段，行業內正在大規模運用的動力電池為液態鋰離子電池，它存在一定的熱失控風險，有著里程焦慮，并且已接近能量密度上限，因此行業希望構建新一代動力電池。全固態電池被認為是滿足要求最好的選擇之一，是未來鋰電的理想形態。

 

液態鋰離子電池主要由正極、負極、電解液和隔膜組成。在固態電池中，固態電解質替代了電解液。固態電解質是實現高安全性、能量密度、循環壽命性能的關鍵。

 

固態電池并不是一個新事物，早在2008年左右，便已有汽車領域內的企業著手對全固態電池進行研發。

 

若按照電解質形態來劃分，動力電池主要可分為液態電池、半固態電池以及全固態電池。在全球范圍內，下一代電池技術的競爭制高點主要集中在全固態電池技術領域，其中硫化物電解質占據重要地位。

 

“近10年來，以硫化物固態電解質為代表的新型固態電解質發展迅猛，離子電導率趕上甚至超過液態電解質，推動固態電池研發進入新一輪熱潮。”歐陽明高說道。

 

安全被認為全固態電池最主要的優勢。歐陽明高認為，全固態電池具有技術顛覆的性能潛力，具備高安全性。“液態與固態電解質的差別在于，硫化物固態電解質的熱穩定性可以保持到300℃，而液態電解質達到100℃就會蒸發，因此全固態電池增加了200℃的安全空間，使得動力電池在正常的工作環境中有著更高的安全保障。”

 

此外，全固態電池在充電速度、溫度適應性等方面亦表現突出。

 

“當前，主流的液態鋰離子電池的離子傳導模式為運載模式，需要經過溶劑化、脫溶劑化等流程，通俗來講就是離子在液態電解質中移動需要‘坐船’。然而，鋰離子在固態電解質中是跳躍模式，它的傳遞速率更高，這就使其充電速度可以大幅度提高，這就是它的高功率特性。”歐陽明高表示，全固態電池具備的快充特性與當前行業內所提及的快充并不相同，目前電動汽車充電速度如果太快就會發生“析鋰”現象，但全固態電池有望解決這一問題。

 

在歐陽明高看來，全固態電池還具有較強的溫度適應性。“現有的液態鋰離子電池在低溫環境下的續航里程不理想，因為液態電解質的鋰離子電導率和溫度直接相關。然而，全固態電池的電解質在-30℃和100℃的范圍內都不會凝固和氣化，所以有著很好的溫度適應性，不需要進行很復雜的熱管理，也不會因為冬季氣溫低其容量就大幅下降。”

 

綜合種種優勢，歐陽明高認為，全固態電池是動力電池的重要發展方向之一。

 

不過，“理想很豐滿，現實卻很骨感”，全固態電池發展前景廣闊。但在產業化方面，全固態電池還有許多問題沒有解決，距離量產仍需要很長時間。

 

記者注意到，目前在行業內企業公布的全固態電池產業路線圖中，產業化時間基本上集中在2027—2030年。

 

歐陽明高認為，衡量全固態電池產業化的標準應當是這類電池的市場份額至少達到1%。“就算全固態電池在2030年實現產業化，它要想替代液態鋰離子電池50%的市場份額也需要20—30年時間。不過，我們要看到，電動車現在也就只替代了（燃油車）30%的市場份額，其他國家就已經驚呼中國品牌的車要領先了。這說明，市場份額不需要達到50%，達到1%就已經是一種預警了。對于汽車技術而言，1%是很重要的市場份額，全固態電池（對原有電池技術）替代1%就已經具有突破性意義。”

 

呼吁警惕“顛覆性風險”

 

全固態電池發展前景廣闊，圍繞著全固態電池技術的商業化落地，一場全球化競爭已不可避免。

 

“中國要不要發展全固態電池？中國是目前液態鋰離子電池的領先國家，好像也不用擔心。但是，需要注意的是，現在我們已經走到了新一輪材料創新周期。”歐陽明高認為，我國動力電池產業面臨國內外競爭加劇的現狀，需要居安思危，向低碳化、智能化、固態化方向發展。

 

在歐陽明高看來，中國全固態電池的研發目前來看存在認識還不統一、力量比較分散、產學研不協調等問題，需要聯合起來建立協同創新平臺，共同突破全固態電池產業化的關鍵技術。

 

與此同時，中國發展全固態電池還面臨產業鏈挑戰。“中國擁有全球最強大的動力電池產業鏈，如果我們現在發力全固態電池將面臨以下情況：從原料及基材生產、電芯及電池包裝配、電池生產應用到電池回收，全固態電池將對現有電池全生命周期產業鏈造成巨大沖擊。”歐陽明高說道。

 

全固態電池技術有不同技術路線，且各有利弊，國際上多以硫化物全固態電池為主要技術路線。而在中國，當前固態電池技術路線呈現多元化發展趨勢，半固態電池、全固態電池均有布局，發展重點是半固態（固/液混合）電池。

 

“我國對固/液混合電池布局早，產業鏈完整，各企業正在嘗試裝車。”歐陽明高強調，從行業全局看，我們既要發展漸近性半固態技術路線，又要防范激進型全固態技術路線帶來的顛覆性風險。

 

歐陽明高認為，目前全固態電池國內外專利布局差距較大，我國急需加強研發力度。“現階段，日本企業專利布局領先，全固態電池專利申請前5名企業有4家日本企業和1家韓國企業，豐田排名第一，申請專利1000項以上。我國近5年專利布局加速，各家企業在全固態電池方面開始加大投入，但與領先企業相比仍有較大差距，需要加大力度。”

 

記者注意到，中國電動汽車百人會理事長陳清泰在同一場論壇上談到，10多年來，我國在新能源汽車領域一直處于全球領先地位，其中一個重要的原因是，我國儲能電池技術和產業方面處于領先地位。換言之，沒有電池方面的領先地位就不可能有新能源汽車的領先地位。

 

歐陽明高認為，未來我國的動力電池產業既需要低成本產品，又需要高比能產品，需要兩頭發力。在高比能電池方面，他認為2030年左右全固態電池產業化突破的可能性極大，行業各方應全力以赴，共同推動中國電池產業的高質量發展，形成持續引領全球電池行業之勢。

 

“面對未來，我們既不要過于焦慮，也不要過于樂觀，我們需要用科學嚴謹的態度去對待全固態電池。具體而言，我們首先要做的是廣泛地進行交流。其次，要多做一些基礎的研究，積聚產學研的力量共同來推動，聯合起來就能形成一股力量。最后，我們要加強產業協作。現階段，要發展全固態電池，就意味著我們的產業鏈需要重新建設，很多設備、工藝、裝備以及供應鏈需要花時間重新‘搭建’，這個建立的過程需要產業協同，這樣的協同對大家都是有利的。”歐陽明高說道。