“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。就算是全固態電池搞出來，就算是2030年產業化，要想替代液態鋰離子電池50%市場份額，至少需要二十到三十年。”

1月21日，中國全固態電池產學研協同創新平臺于北京正式成立，在大會的主題演講中，中科院院士歐陽明高再次提醒國內電池產學研同行，要對完全不使用液態電解質的全固態電池對于現有鋰離子電池的替代保持高度警惕。

對此，他以電動車對燃油車的替代為例，“國內電動車現在對燃油車也就只替代了30%，全球就驚呼中國車要領先了。2016年左右，我國的新能源汽車市場占有率達到1%的時候，全球開始向電動汽車轉向。”歐陽明高說。“不需要到50%，到1%就已經預警了。”

在歐陽明高看來，“對于汽車技術而言，1%是很重要的市場份額，所以全固態電池的市占份額不需要替代到50%，替代1%就已經具有突破性意義。”

根據全球資訊機構SNE research去年發布的報告，到2030年，全球液態鋰離子電池供應量將從2023年的687GWh增加到2943GWh，增加4.3倍，占電池市場的95%以上，全固態電池的供應量則會從2025年開始的0.2GWh，增加到131GWh，市場滲透率將達到4%左右。

全固態電池為何具有技術顛覆潛力？

據介紹，全球關于固態電解質的基礎研究始于上世紀70年代。近十年來，以硫化物固態電解質為代表的新型固態電解質發展迅猛，電解質的離子電導率趕上甚至超過液態電解質。

標志性事件是2011年東京工業大學的Kanno教授發明硫化物固態電解質。2016年，Kanno將離子電導率提升至25mS/cm，2023年最高達到32mS/cm。而在2012年，日本豐田試制了全固態電池，隨后不斷有企業加入從而引發了這一輪全固態電池的全球競爭。

“現在大家越來越有共識，全固態電池是下一代電池的首選方案之一，被列入中國、美國、歐盟、日韓等主要國家的發展戰略，也成為下一代電池技術競爭的關鍵制高點。”歐陽明高說。

在歐陽明高看來，全固態電池具有技術顛覆的潛力，首先是由于高安全性。硫化物固態電解質的熱穩定性可以保持到300°C，液態電解質是100°C就要蒸發。

其次是高能量密度。不僅從單體電池，而且從電池模組的角度也有潛力，因為全固態電池可以做成雙極板，不需要太多電池外殼，就像燃料電池一樣串疊起來就可以，因此能夠從單體和模組兩個方面都可以提升能量密度。

再次是高功率特性。歐陽明高介紹，現在液態鋰離子電池的離子傳導是運載模式，需要溶劑化，再要脫溶劑化。“通俗講就是離子在液態電解質中移動需要‘坐船’，但是鋰離子在固態電解質中是跳躍模式，傳遞速率更高，從而導致充電速度可以大幅度提高。”歐陽明高說。

其后是溫度適應性。現有的液態鋰離子電池在低溫環境下續航里程不理想。液態電解質的鋰離子導率和溫度直接相關，而全固態電池的電解質在-30°C和100°C的范圍內都不會凝固，不會氣化，所以溫度適應性很好，也不需要很復雜的熱管理，不會在冬天容量大幅下降。

最后是材料的選擇范圍更廣，因為固態電池的電化學窗口寬，例如鹵化物抗氧化特性非常好，可以適應高壓，硫化物適應低電壓，把這兩種材料配合起來，就可以做成電化學窗口很寬的電池，把電壓進一步提升。

最重要的是，這樣一些特性在固態電池中可以同時滿足。因此歐陽明高認為，全固態電池是動力電池重要的發展方向之一。

中日韓美全固態電池競爭現狀，中國為何還要發力？

2023年以來，全球全固態電池技術的競爭日趨激烈。據歐陽明高介紹，從全球固態電池產業布局來看，中國的企業最多。其次是日本，日本企業雖然不多，但是實力很強。

“日本是舉國家之力推動全固態電池商業化。日本有官-產-學聯盟，豐田、本田、日產三家車企，既做全固態電池研發又做整車生產，在電池與整車性能匹配結合方面比較有優勢。其中豐田起步最早、研發最深，日產、本田近期發布了各自試生產和產品上線的時間節點。

韓國的研發以國內三大電池商為主，LG新能源、sk on、三星SDI。三家電池商在全固態電池技術方面也取得了實質性的進展，尤其是三星。美國以初創電池企業為主，以資本市場和歐洲車廠為支撐。例如Solid Power和寶馬合作，Quantum Scape和大眾合作。基本產業化時間都是在2027-2030。

而在中國國內，據介紹，目前業內固態電池技術路線跟日、韓、美不同，技術是以固液混合電解質為主，即氧化物和聚合物電解質等結合，硫化物全固態電解質在國內并不是主導技術路線。

在歐陽明高看來，半固態電池中，固液混合的電化學原理與液態鋰離子電池是相同的，不屬于顛覆性技術。“半固態電池正在試裝車，但是良品率、電池成本、充電倍率、循環壽命這些問題還需要解決。即便大規模生產，還需要提高良品率、降低電池成本，而且充電倍率一般會有所下降，循環壽命也會很難跟液態鋰電池比較。”歐陽明高說。

不僅如此，在全固態電池專利技術方面，目前國內外專利的布局差距較大，據介紹，豐田汽車目前有全固態電池專利1300多項。根據 “智慧芽全球專利數據庫”數據，截止2023年10月，中國國內公司有關全固態電池的專利，不足一百項。

歐陽明高認為，從全行業看，中國既要發展這種漸近性的半固態技術路線，又要防范激進型全固態技術路線帶來的顛覆性風險。

“這種風險在哪里？就像十幾年前汽車電動化轉型時期，就是在選擇是混合動力還是純電驅動，”歐陽明高說，“后來我國的國家汽車戰略選擇了純電驅動，包括了純電動和插電混動，而把油電混動不作為主要的方式，這個情形和今天是類似的。全固態電池產業化面臨材料提升等難題，需要協同創新

歐陽明高坦言，目前國內發展全固態電池產業面臨的挑戰是巨大的，具有跨學科的特性、技術門檻極高，包括材料界面、工藝、產業鏈、設備等。

首先是全固態電池的科學技術挑戰。

在科學方面，全固態電池產業化仍然面臨一系列的科學難題，需要從關鍵材料、界面、復合電極、單體電池不同層面進行解決。“例如材料層面，硫化物電解質化學穩定性、空氣穩定性很差，批量生產很難，基礎硫化鋰很貴，需要壓低價格。此外，硅碳負極體積膨脹大，而鋰金屬負極現在還不成熟。”歐陽明高說。

在界面層面，電極材料、固態電解質的界面相容性，包括界面的副反應，固-固界面機械接觸和體積變化等，要尋找新的材料作為過渡層，這些都要材料的創新。

在電極層面，高面載復合電極應變條件下的電荷輸運緩慢，此外還有機械失效等問題。

在電芯層面，電池制作的環境控制成本高，因為空氣穩定性問題，目前電芯只能在手套箱里面做，制作效率比較低。此外，全固態電池電芯做大做厚很難，最后車載工況下的電芯性能綜合評估目前也沒有相關的評價標準。

其次是全固態電池的工藝設備挑戰。

據歐陽明高介紹，在制作工藝上，如果全固態電池制造用濕法工藝，大概能保留一半的現有液體鋰離子電池制造設備。如果用干法工藝，三分之二的現有設備都不能用，要用新設備。這就需要電池設備廠商同步。

再次是電池產業鏈挑戰。

“中國電池產業鏈是全球最強大的。但是現在如果做全固態電池，那么從原料到基材生產、電芯/電池包裝配、電池生產應用到電池回收，全生命周期的產業鏈都會造成巨大的沖擊。”歐陽明高說。

“這些問題都需要一個個解決。當然也不要被這些困難所壓倒，雖然它面臨一系列技術挑戰。但中國全固態電池的研發目前來看認識還不統一、力量比較分散、產學研不協調，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。”歐陽明高說。

而也就是在1月21日，中國產學研合作促進會的支持指導下的中國全固態電池產學研協同創新平臺成立，來自“政－產－學－研－金”各界重要代表200余人參加成立大會。

其中包括全國政協常委、經濟委員會副主任苗圩，寧德時代首席科學家吳凱，上汽集團副總裁祖似杰，比亞迪首席科學家廉玉波，以及多位重量級中國科學院、中國工程院院士等。

據歐陽明高介紹，這個平臺包括三個子平臺：科研服務平臺、基礎研發平臺、產業協作平臺。

其中科研服務平臺主要工作包括政策研究、公眾宣傳、資金籌措、成果轉化等；基礎研發的平臺包括基礎研究、建立合作數據庫等；產業協作平臺包括工藝裝備、測試平臺合作等。

在歐陽明高看來，人工智能正在改變材料的研發范式，將大幅度加速全固態電池的研發速度，會對2030左右實現全固態電池產業化突破增加了確定性。    

“展望中國動力電池材料體系的研發和產業化發展趨勢，低成本電池很重要，這是產業主體，但是同時我們也要高比能電池。”歐陽明高說。“我們要兩頭發力，光一頭不行。高比能電池中， 2030年左右全固態電池產業化突破的可能性極大，我們要敲響警鐘，全力以赴，只爭朝夕。”