欧阳明高：全固态电池研发现状与产学研协同创新前景展望

1月21日，中国全固态电池产学研协同创新平台在北京举行揭牌仪式。中国科学院院士、清华大学教授欧阳明高分享了题为全固态电池的研发现状与产学研协同创新的前景展望的报告，他提出，我国需要跨越创新周期，迎接国际新一轮电池技术竞争。

欧阳明高首先讲述了全球全固态电池的研发背景，1992年液态锂离子电池发明后迅速产业化，并在2000年后逐步应用于电动汽车，引发了新能源汽车革命。近十年来，以硫化物固态电解质为代表的新型固态电解质发展迅猛，离子电导率赶上甚至超过液态电解质。行业共识普遍认为，全固态电池是公认的下一代电池首选方案之一，被列入中国、美国、欧盟、日韩等主要国家发展战略，也成为下一代电池技术竞争的关键制高点。

从全球固态电池产业布局来看，中国企业最多，日本和韩国企业虽然不多，但实力很强。美国主要是一些创业企业。欧洲主要是和美国的创业企业合作。

欧阳明高介绍，日本正举国家之力推动全固态电池商业化，形成官-产-学联盟，丰田、本田、日产目前在全球既做全固态电池研发，又搞整车生产，在电池与整车性能匹配结合方面比较有优势，基本可以看作是整体行动。韩国三大电池厂在全固态电池方面也取得了实质性进展。尤其是三星，现在国内还有很多单位在复现其做出的全固态电池。

总体上，目前全固态电池产业路线图不是一家公司布局，是很多公司，且是具有实力的公司，产业化时间都是在2027-2030年。

那么，中国要不要发展全固态电池？这是欧阳明高阐释的关键问题。

中国目前是电池发展的领先国家，就算全固态电池2030年能产业化，要想替代液态锂离子电池50%市场份额也至少需要二十到三十年。但是电动车现在也就只替代了30%，全球就惊呼中国车要领先了，不需要到50%，到1%就已经预警了。2016年，新能源汽车市场占有率达到1%的时候，全球开始向电动汽车转向，对于汽车技术而言，1%是很重要的市场份额，不需要替代到50%，替代1%就已具有突破性意义。欧阳明高表示，现在，中国液态锂离子电池产业发展成就辉煌，十年来能量密度提升3倍，成本下降80%以上，电池产量接近全球70%，可是如今电池行业也面临产能过剩、行业内卷。

一方面是低成本电池的成本不断下降，技术门槛比较低，涌进来的人就多，但并没有完全满足电动车客户的需求，比如超级快充350千瓦以上，怎么在全寿命周期内不析锂、不影响寿命、不发生安全事故，这是很大的挑战。低温续航则是另一个挑战。还有体积能量密度要进一步提升。当然，不是没有技术方案，而是面临技术门槛不断提高的挑战。

另外，锂离子电池技术创新周期大概是30年。第一个十年，从手机电池到动力电池，安全问题现在还在继续解决。近十年来，智能化技术逐步在电池行业应用，行业内卷急需提质降本增效，办法是数字化转型，就是电池全生命周期全链条智能化。

下一个十年，或者现在已经开始的十年，欧阳明高认为是材料换代，由于磷酸铁锂和三元电池材料创新，锂离子电池成为动力电池的主流，现在又到了新一轮材料创新周期，这个周期要到2030年左右，也就是说，全固态电池有可能2030年左右实现产业化。

面临国内外竞争加剧，更要居安思危。欧阳明高认为，电池行业发展方向是低碳化、智能化、固态化。

为什么要搞全固态电池？因为全固态电池具有技术颠覆的性能潜力，不是说它有这个能力，是有这个潜力。首先是高安全性。从液态到固态，硫化物固态电解质的热稳定性可以保持到300deg;C，液态电解质100deg;C就要蒸发，所以它增加了200deg;C的安全空间，对正常工作范围有安全保障。

第二是高能量密度，现在虽然并没有实现高能量密度，但是全固态电池有这个潜力。不仅从单体电池，而且从电池模组的角度也有这个潜力，因为可以做成双极板，从单体和模组两方面都可以提升能量密度。

第三是高功率特性。现在液态锂离子电池的离子传导是叫运载模式，要溶剂化，再要脱溶剂化，通俗讲就是离子在液态电解质中移动需要坐船，但是锂离子在固态电解液中间是跳跃模式，传递速率更高，导致充电速度大幅度提高，这就是高功率特性，这种快充和现在的快充大不一样。

第四是温度适应性。现在液态电池在低温环境下续航里程不理想。液态电解质，锂离子导率和温度直接相关，全固态电池的电解质在-30deg;C和100deg;C范围内都不会凝固，不会气化，所以温度适应性很好，不需要搞很复杂的热管理，也不会因为冬天容量大幅下降。

最后是材料选择范围更广，因为固态电池的电化学窗口宽。以上这样一些特性可以同时满足，所以全固态电池是动力电池重要的发展方向之一。

欧阳明高指出，当前中国固态电池技术路线多元化，以固液混合为主，国际上是以全固态为主。固液混合是氧化物和聚合物电解质等结合为主，硫化物在国内并不是主导技术路线。现在国内固态电池产业链比较完整，好多主流电池厂都在做固液混合、半固态，有些企业也在尝试装车。半固态电池的特点是固液混合电化学原理与液态锂离子电池相同，不属于颠覆性技术，是提升安全性的技术之一。半固态电池正在试装车，但是良品率、电池成本、充电倍率、循环寿命这些问题还需要解决。

从全行业看，既要发展渐近性半固态技术路线，又要防范激进型全固态技术路线带来的颠覆性风险。

全固态电池目前面临的挑战是巨大的，具有跨学科特性，技术门槛极高。首先是全固态电池产业化仍然面临一系列的科学难题，需要从关键材料、界面、复合电极、单体电池不同层面进行解决。其次是全固态电池的工艺设备挑战，必须与设备厂商同步。第三个问题是产业链挑战，中国电池产业链是全球最强大的，现在如果做全固态电池，从原料到基材生产、电芯/电池包装配、电池生产应用到电池回收，全生命周期的产业链都会造成巨大冲击。中国全固态电池的研发目前来看认识还不统一、力量比较分散、产学研不协调，需要联合起来建立协同创新平台，共同突破全固态电池产业化的关键技术。

展望未来，欧阳明高表示，人工智能正在改变材料的研发范式，将大幅度加速全固态电池的研发速度，这为2030左右实现全固态电池产业化突破增加了确定性。

中国动力电池材料体系的研发和产业化发展趋势，低成本电池很重要，这是现在的产业主体，但是同时也要高比能电池，我们要两头发力。高比能电池在2030年左右全固态电池产业化突破的可能性极大，我们要全力以赴，只争朝夕，要有紧迫感，共同努力实现中国电池产业持续引领全球。