2月24日，梅賽德斯-奔馳開(kāi)啟全固態(tài)電池路測(cè)，此次測(cè)試車搭載的固態(tài)電池能量密度達(dá)到450瓦時(shí)/千克。作為最具潛力的“下一代動(dòng)力電池”，固態(tài)電池行業(yè)不斷升溫，多家企業(yè)密集更新量產(chǎn)時(shí)間表。
在日前舉行的2025中國(guó)全固態(tài)電池產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新平臺(tái)年會(huì)上，中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)副理事長(zhǎng)歐陽(yáng)明高預(yù)計(jì)，“全固態(tài)電池2027年開(kāi)始裝車驗(yàn)證，真正形成規(guī)?？赡苄枰?年到10年時(shí)間，預(yù)計(jì)2030年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)”。
掀起爭(zhēng)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(kāi)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(dòng)汽車全固態(tài)電池；日產(chǎn)計(jì)劃今年開(kāi)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(dòng)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(shì)緊迫，國(guó)內(nèi)電池制造商和汽車企業(yè)紛紛啟動(dòng)加速模式。
寧德時(shí)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(shí)間表。據(jù)了解，寧德時(shí)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(lái)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(yáng)明高表示，“2024年是中國(guó)全固態(tài)電池的里程碑年份，去年下半年以來(lái)，我國(guó)申請(qǐng)的全固態(tài)電池專利數(shù)量快速增長(zhǎng)”。
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(kāi)始全固態(tài)電池研發(fā)，已啟動(dòng)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(jiān)、電芯系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和產(chǎn)線建設(shè)。預(yù)計(jì)2027年啟動(dòng)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(jì)劃在2026年實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池上車，2027年規(guī)?；慨a(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(zhǎng)安汽車計(jì)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(lái)越多企業(yè)開(kāi)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(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任王德平說(shuō)，經(jīng)過(guò)近幾年發(fā)展，我國(guó)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(shí)/千克的全固態(tài)電池，有望在未來(lái)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(wèn)題和工程技術(shù)難題?！敝袊?guó)科學(xué)院院士、中國(guó)全固態(tài)電池產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新平臺(tái)專家委員會(huì)副主任孫世剛分析，挑戰(zhàn)主要來(lái)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(wèn)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(huì)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(wèn)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(shí)0.5元左右。固態(tài)電池在沒(méi)有大規(guī)模量產(chǎn)的前提下，成本相對(duì)較高，材料成本每瓦時(shí)在2元以上。一個(gè)100千瓦時(shí)的電池包僅材料成本已經(jīng)超過(guò)20萬(wàn)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(lái)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(yáng)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(shí)、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(guó)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?！睔W陽(yáng)明高說(shuō)。
智能應(yīng)用驅(qū)動(dòng)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(shí)期，大語(yǔ)言模型和科學(xué)智能結(jié)合，升級(jí)研發(fā)平臺(tái)，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(shí)間、物料、電能和人力浪費(fèi)問(wèn)題。蘇州易來(lái)科得科技有限公司首席執(zhí)行官陳新虹說(shuō)，公司正在經(jīng)歷從實(shí)驗(yàn)試錯(cuò)到智能自動(dòng)設(shè)計(jì)的變革。今年電池設(shè)計(jì)效率將提升2倍至5倍，智能設(shè)計(jì)將再提升兩個(gè)數(shù)量級(jí)。
寧德時(shí)代新能源科技股份有限公司研發(fā)總裁歐陽(yáng)楚英介紹，公司從系統(tǒng)維度進(jìn)行創(chuàng)新，通過(guò)多尺度集成仿真將材料、電芯和系統(tǒng)設(shè)計(jì)耦合優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)正向與逆向設(shè)計(jì)反饋，提升產(chǎn)品性能?！肮净趹?yīng)用經(jīng)驗(yàn)構(gòu)建物理圖像，從工程問(wèn)題中提煉科學(xué)問(wèn)題，并借助AI和實(shí)驗(yàn)形成閉環(huán)?！?/p>
“以前電池材料研發(fā)以試錯(cuò)型為主，耗費(fèi)大量人力，周期長(zhǎng)、效率低?，F(xiàn)在人工智能改變了以前的研發(fā)模式?！睔W陽(yáng)明高說(shuō)，現(xiàn)在已實(shí)現(xiàn)全過(guò)程自動(dòng)材料設(shè)計(jì)，比如自動(dòng)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(duì)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(yáng)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(jì)工具，實(shí)現(xiàn)材料體系智能匹配、設(shè)計(jì)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(gè)至2個(gè)數(shù)量級(jí)，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(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵制高點(diǎn)。可以預(yù)見(jiàn)，在人工智能驅(qū)動(dòng)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。(本報(bào)記者 劉瑾 潘卓然)
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