在动力电池发展历史上,液态锂电池出现过磷酸铁锂、三元材料锂电池、锰酸锂、钛酸锂等多种技术路线,三元材料曾一度占据乘用车90%以上的份额,最终,磷酸铁锂取得市场竞争优势。
当前,固态电池被全球公认是动力电池发展的终极目标之一,各国都在努力实现突破。固态电池也有多种技术路线,氧化物、硫化物、聚合物、卤化物等技术路线分别有不同的机构涉及,哪种技术路线最有前景?
2025年2月15日~16日,第二届中国全固态电池创新发展高峰论坛在北京召开,300多位专家聚首共商全固态电池发展。中国科学院院士、中国全固态电池产学研协同创新平台理事长欧阳明高的演讲传递出明确的信息:2025年,全固态电池的发展将确定主攻技术路线。
重点防范全固态技术路线带来的颠覆性风险
日本在全固态电池上的研发比较早,积累了丰富的经验,其布局思路对我国全固态电池发展有一定的参考作用。
欧阳明高院士回顾了日本全固态电池技术路线图2020,聚焦全固态电池,固态电解质硫化物为主、正极材料三元为主、体积比能量为标志性参数指标。
日本的计划是2025年实现第一代全固态电池(硫化物系)的量产,2030年实现第二代全固态电池(高离子传导性硫化物或氧化物系)的推广应用。
相比于国外,目前,我国动力电池企业和机构以半固态(固液混合)为特色。在动力电池发展过程中,半固态不失为一种过渡策略,能够提升动力电池的安全性。但是,半固态电池的良品率、充电倍率、循环寿命等都不令人满意,最根本的原因是半固态电池不是颠覆性技术。
我国动力电池企业和机构对全固态电池的认知不一,投入也不充足。“从行业全局看,要重点防范全固态技术路线带来的颠覆性风险。”欧阳明高说,“全固态电池到了关键时期,需要确立技术路线,这关系到我国新能源汽车产业持续健康发展。”
从全球范围来看,全固态电池逐渐聚焦到硫化物技术路线,并且投入持续增加。记者仔细数了一下,全球约32家企业和机构聚焦于硫化物技术路线,不超过10家研发氧化物固态电池,7家研发聚合物固态电池。其中有些企业重点聚焦硫化物路线,但没有放弃氧化物和聚合物的路线。
梳理全球固态电池的发展,可以看到,大家的共识是2030年前重点突破500Wh/kg以内电池,三元正极不变,主要改变负极,2030年后改变正极。
正负极材料是关键
在全固态电池领域,正极、负极材料非常关键,欧阳明高提出,电池企业既是电池产品生产企业,也是材料企业。
在负极材料中,石墨/低硅、高硅硅碳、锂金属三类都受到人们的关注,2030年前硅碳是重点。日本NEDO SOLiD-Next项目(2023-2027)采用高镍三元石墨负极体系,重量能量密度200~300Wh/kg,重点攻关高功率、长寿命全固态电池。锂负极的挑战主要体现在枝晶生长和体积膨胀,形成锂枝晶就变成了“死锂”,体积膨胀降低了界面的高反应活性。
据介绍,全球已有众多企业布局硫化物固态电解质,建立了小批量供应能力,正在重点攻克大规模生产工艺。丰田合作企业出光兴产即是其中之一,开始设计年产百吨级硫化物固态电解质大规模中试装置,2027-2028年实现商业化,2030年达万吨规模。国内企业中,赛科动力、中科固能、瑞逍科技等也在发力,赛科动力硫化物固态电解质实现公斤级稳定出料,2025年将建设年产百吨级制备及整形中试线;中科固能于2024年底宣布建成百吨级连续自动化硫化物固态电解质生产线;瑞逍科技预计2025年建成硫化物固态电解质生产基地并达到百吨级生产能力,2028年实现年产6000吨的目标。
欧阳明高指出,确立固态电池技术路线,需要回答3个问题:
1、 硫化物、氧化物、聚合物、卤化物,哪种是主要的技术路线?
2、 量产的时间是什么时候?
3、 用什么手段实现量产?
他进一步表示,什么时候可以投入量产是最难预测的事情,有时一个难题长期没能得到解决,量产时间不得不推迟,有时也许在某个时间节点实现一个重大突破,量产过程很顺利。即便如此,欧阳明高院士团队根据历史经验给出了他们的预测。
2025~2027年,石墨/低硅负极硫化物全固态电池以200~300Wh/kg为目标,攻克硫化物固态电解质,打通全固态电池的技术链,三元正极和石墨/低硅负极基本不变,向长寿命大倍率方向发展。
2027~2030年,高硅负极硫化物全固态电池以400Wh/kg和800Wh/kg为目标,重点攻关高容量硅碳负极,三元正极和硫化物固态电解质仍为主流材料体系,面向下一代乘用车电池。
2030~2035年,锂负极硫化物全固态电池以500Wh/kg和1000Wh/kg为目标,重点攻关锂负极,逐步向复合电解质(主体电解质+补充电解质)、高电压高比容量正极发展(高镍、富锂、硫等)。
据介绍,清华大学-四川新能源汽车创新中心研究团队持续研发硫化物固态电解质,取得系列进展,系列硫化物固态电解质产品的基础型离子电导率>11 mS/cm;小粒径型材料D50<500nm,离子电导率>4.5 mS/cm;分别针对正负极材料进行界面优化,显著提升复合电极循环稳定性。超薄电解质膜可实现20μm电解质膜的连续化制备,转印前后均具有良好的柔韧性和加工性能,离子电导率达1.4 mS/cm,可实现软包电池良好的循环性能。在产业化方面,创新中心已实现批次稳定性优异,2025年推向产业化,并对头部企业进行小批量销售和送样测试。
欧阳明高公开了技术细节,高镍正极通过前驱体原位掺杂改善一次颗粒尺寸及取向,倍率性能大幅提升(1C容量218 mAh/g),同时通过简易干法实现正极表面包覆,改善循环,室温1180周循环容量保持率81.1%。通过活性材料、电解质等尺寸及比例设计,复合正极压实密度达3.5 g/cm³活性材料占比285 wt%,载量23.5 mAh/cm²,设计能量密度及1C容量发挥率均优于现有研究水平。
在负极材料方面,创新中心采用高离子导率、低电子导率的材料进行界面修饰,提升硅碳负极材料和硫化物电解质之间的界面稳定性,改善硅碳负极的循环性能。首充比容量1350 mAh/g,首效89%,1024次循环容量保持率为80%,循环性能优于硅烷沉积多孔碳代表性企业产品,采用湿法工艺制备的极片循环更加稳定。
AI助力固态电池研发
我们已进入了AI时代,欧阳明高说,要善于运用AI强大的计算、推理能力助力固态电池研发。“DeepSeek火遍全球,我们既要看到DeepSeek在电池知识问答和电池文本挖掘任务上均表现优异,在电池设计任务上具备初步的总结能力,尚欠缺科学分析能力,仍需要垂直领域大模型解决问题。”欧阳明高说。
AI时代,科研从仿真方法逐步过渡为智能化全自动研发新模式,通过智能化方法实现电池设计全流程自动化,实现多变量高维空间快速寻优,加速设计迭代。
智能化全自动研发包括交互模式、检索模式、计算模式的革新。固态电池创新平台将构建基于人工智能的能源材料研发平台,一是基于大语言模型建立智能化的大型材料数据库;二是基于材料文献数据库与大语言模型开发能源材料垂直领域大语言模型;三是垂直领域大语言模型接入专家智能体,获得专业计算能力。
欧阳明高提到,电池设计正从第二代的仿真驱动向第三代基于AI的电池智能设计(BDA)技术方向发展,电池智能设计技术可将电池研发效率提升1~2个数量级,节省研发费用70%~80%。
为了实现AI的电池智能设计,固态电池创新平台制定了时间表,2025年1月实现平台内测数据积累及交互,2025年12月,固态电池创新平台将有智能研发平台发布版本,战略目标是上线全固态电池智能研发平台。
文:万仁美 编辑:薛亚培 版式:王琨
在动力电池发展历史上,液态锂电池出现过磷酸铁锂、三元材料锂电池、锰酸锂、钛酸锂等多种技术路线,三元材料曾一度占据乘用车90%以上的份额,最终,磷酸铁锂取得市场竞争优势。
当前,固态电池被全球公认是动力电池发展的终极目标之一,各国都在努力实现突破。固态电池也有多种技术路线,氧化物、硫化物、聚合物、卤化物等技术路线分别有不同的机构涉及,哪种技术路线最有前景?
2025年2月15日~16日,第二届中国全固态电池创新发展高峰论坛在北京召开,300多位专家聚首共商全固态电池发展。中国科学院院士、中国全固态电池产学研协同创新平台理事长欧阳明高的演讲传递出明确的信息:2025年,全固态电池的发展将确定主攻技术路线。
重点防范全固态技术路线带来的颠覆性风险
日本在全固态电池上的研发比较早,积累了丰富的经验,其布局思路对我国全固态电池发展有一定的参考作用。
欧阳明高院士回顾了日本全固态电池技术路线图2020,聚焦全固态电池,固态电解质硫化物为主、正极材料三元为主、体积比能量为标志性参数指标。
日本的计划是2025年实现第一代全固态电池(硫化物系)的量产,2030年实现第二代全固态电池(高离子传导性硫化物或氧化物系)的推广应用。
相比于国外,目前,我国动力电池企业和机构以半固态(固液混合)为特色。在动力电池发展过程中,半固态不失为一种过渡策略,能够提升动力电池的安全性。但是,半固态电池的良品率、充电倍率、循环寿命等都不令人满意,最根本的原因是半固态电池不是颠覆性技术。
我国动力电池企业和机构对全固态电池的认知不一,投入也不充足。“从行业全局看,要重点防范全固态技术路线带来的颠覆性风险。”欧阳明高说,“全固态电池到了关键时期,需要确立技术路线,这关系到我国新能源汽车产业持续健康发展。”
从全球范围来看,全固态电池逐渐聚焦到硫化物技术路线,并且投入持续增加。记者仔细数了一下,全球约32家企业和机构聚焦于硫化物技术路线,不超过10家研发氧化物固态电池,7家研发聚合物固态电池。其中有些企业重点聚焦硫化物路线,但没有放弃氧化物和聚合物的路线。
梳理全球固态电池的发展,可以看到,大家的共识是2030年前重点突破500Wh/kg以内电池,三元正极不变,主要改变负极,2030年后改变正极。
正负极材料是关键
在全固态电池领域,正极、负极材料非常关键,欧阳明高提出,电池企业既是电池产品生产企业,也是材料企业。
在负极材料中,石墨/低硅、高硅硅碳、锂金属三类都受到人们的关注,2030年前硅碳是重点。日本NEDO SOLiD-Next项目(2023-2027)采用高镍三元石墨负极体系,重量能量密度200~300Wh/kg,重点攻关高功率、长寿命全固态电池。锂负极的挑战主要体现在枝晶生长和体积膨胀,形成锂枝晶就变成了“死锂”,体积膨胀降低了界面的高反应活性。
据介绍,全球已有众多企业布局硫化物固态电解质,建立了小批量供应能力,正在重点攻克大规模生产工艺。丰田合作企业出光兴产即是其中之一,开始设计年产百吨级硫化物固态电解质大规模中试装置,2027-2028年实现商业化,2030年达万吨规模。国内企业中,赛科动力、中科固能、瑞逍科技等也在发力,赛科动力硫化物固态电解质实现公斤级稳定出料,2025年将建设年产百吨级制备及整形中试线;中科固能于2024年底宣布建成百吨级连续自动化硫化物固态电解质生产线;瑞逍科技预计2025年建成硫化物固态电解质生产基地并达到百吨级生产能力,2028年实现年产6000吨的目标。
欧阳明高指出,确立固态电池技术路线,需要回答3个问题:
1、 硫化物、氧化物、聚合物、卤化物,哪种是主要的技术路线?
2、 量产的时间是什么时候?
3、 用什么手段实现量产?
他进一步表示,什么时候可以投入量产是最难预测的事情,有时一个难题长期没能得到解决,量产时间不得不推迟,有时也许在某个时间节点实现一个重大突破,量产过程很顺利。即便如此,欧阳明高院士团队根据历史经验给出了他们的预测。
2025~2027年,石墨/低硅负极硫化物全固态电池以200~300Wh/kg为目标,攻克硫化物固态电解质,打通全固态电池的技术链,三元正极和石墨/低硅负极基本不变,向长寿命大倍率方向发展。
2027~2030年,高硅负极硫化物全固态电池以400Wh/kg和800Wh/kg为目标,重点攻关高容量硅碳负极,三元正极和硫化物固态电解质仍为主流材料体系,面向下一代乘用车电池。
2030~2035年,锂负极硫化物全固态电池以500Wh/kg和1000Wh/kg为目标,重点攻关锂负极,逐步向复合电解质(主体电解质+补充电解质)、高电压高比容量正极发展(高镍、富锂、硫等)。
据介绍,清华大学-四川新能源汽车创新中心研究团队持续研发硫化物固态电解质,取得系列进展,系列硫化物固态电解质产品的基础型离子电导率>11 mS/cm;小粒径型材料D50<500nm,离子电导率>4.5 mS/cm;分别针对正负极材料进行界面优化,显著提升复合电极循环稳定性。超薄电解质膜可实现20μm电解质膜的连续化制备,转印前后均具有良好的柔韧性和加工性能,离子电导率达1.4 mS/cm,可实现软包电池良好的循环性能。在产业化方面,创新中心已实现批次稳定性优异,2025年推向产业化,并对头部企业进行小批量销售和送样测试。
欧阳明高公开了技术细节,高镍正极通过前驱体原位掺杂改善一次颗粒尺寸及取向,倍率性能大幅提升(1C容量218 mAh/g),同时通过简易干法实现正极表面包覆,改善循环,室温1180周循环容量保持率81.1%。通过活性材料、电解质等尺寸及比例设计,复合正极压实密度达3.5 g/cm³活性材料占比285 wt%,载量23.5 mAh/cm²,设计能量密度及1C容量发挥率均优于现有研究水平。
在负极材料方面,创新中心采用高离子导率、低电子导率的材料进行界面修饰,提升硅碳负极材料和硫化物电解质之间的界面稳定性,改善硅碳负极的循环性能。首充比容量1350 mAh/g,首效89%,1024次循环容量保持率为80%,循环性能优于硅烷沉积多孔碳代表性企业产品,采用湿法工艺制备的极片循环更加稳定。
AI助力固态电池研发
我们已进入了AI时代,欧阳明高说,要善于运用AI强大的计算、推理能力助力固态电池研发。“DeepSeek火遍全球,我们既要看到DeepSeek在电池知识问答和电池文本挖掘任务上均表现优异,在电池设计任务上具备初步的总结能力,尚欠缺科学分析能力,仍需要垂直领域大模型解决问题。”欧阳明高说。
AI时代,科研从仿真方法逐步过渡为智能化全自动研发新模式,通过智能化方法实现电池设计全流程自动化,实现多变量高维空间快速寻优,加速设计迭代。
智能化全自动研发包括交互模式、检索模式、计算模式的革新。固态电池创新平台将构建基于人工智能的能源材料研发平台,一是基于大语言模型建立智能化的大型材料数据库;二是基于材料文献数据库与大语言模型开发能源材料垂直领域大语言模型;三是垂直领域大语言模型接入专家智能体,获得专业计算能力。
欧阳明高提到,电池设计正从第二代的仿真驱动向第三代基于AI的电池智能设计(BDA)技术方向发展,电池智能设计技术可将电池研发效率提升1~2个数量级,节省研发费用70%~80%。
为了实现AI的电池智能设计,固态电池创新平台制定了时间表,2025年1月实现平台内测数据积累及交互,2025年12月,固态电池创新平台将有智能研发平台发布版本,战略目标是上线全固态电池智能研发平台。
文:万仁美 编辑:薛亚培 版式:王琨