全球逐鹿全固态电池 2030年有望实现产业化

□ 李宗品 张小宝

 

2023年以来，作为新能源发展关键支撑的储能业务炙手可热。同时，作为储能行业创新增长点的全固态电池受到了业界空前关注。“中国全固态电池产学研协同创新平台”成立大会暨中国全固态电池创新发展高峰论坛日前在京举行。与会众多业界人士认为，全固态电池将是下一代电池技术竞争的关键制高点，预计2030年有望实现产业化。目前，日、韩、美、欧等国家和地区均已加速布局全固态电池，我国需加快技术攻关，继续保持全球动力电池领导者地位。

会上，国家能源局能源节约与科技装备司副司长徐继林表示，“十四五”以来，我国新型储能行业持续快速发展，技术路线百花齐放，吉瓦时级锂电池储能、百兆瓦级液流电池储能和压缩空气储能、兆瓦级飞轮储能等技术陆续落地应用，固态电池以其高安全性、高能量密度特点已经成为多元化发展的技术路线之一，希望能强化产学研交流融合，不断促进新型储能技术进步。截至2023年11月底，全国新型储能装机规模超2500万千瓦，较“十三五”增长超过2200万千瓦。

我国动力电池稳居世界第一

当前，我国在主流液态锂离子电池领域已形成较强的竞争优势，动力电池产业化规模迅速扩大。最新数据显示，2023年我国动力电池装车量达到387.7GWh，同比增长31.6%，持续稳居世界第一。在全球动力电池装机量前十名的企业中，我国企业占据了六席，市场份额超过60%。从动力电池装车量排名来看，2023年宁德时代以43.11%的市占率排名第一，比亚迪、中创新航、亿纬锂能和国轩高科分别位列第二名、第五名。

不过业内普遍认为，锂离子电池已经到达极限，全固态电池将成为取代锂离子电池的“下一代电池”技术。“10年来，中国动力电池能量密度提升3倍，成本下降80%以上，电池产量也接近全球70%，值得骄傲和肯定，但目前电池行业也面临产能过剩、行业内卷。”中国科学院院士、清华大学教授欧阳明高表示，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、日韩等主要国家的发展战略，也成为下一代电池技术竞争的关键制高点。据他介绍，在全球范围内，现阶段固态电池主要以全固态电池为主导，其中硫化物电解质占据主导地位。我国固态电池技术路线呈现多元化特点，以固液混合为主要特点。

国家动力电池创新中心副主任、国联汽车动力电池研究院有限责任公司副总经理王建涛认为，固态电池正在向产业化加速迈进，产业链急需协同攻关，从材料、电极膜、界面、固态电池的角度，材料方面目前可以形成小批量稳定供货，但是它的成熟度以及是否满足未来对于界面以及电池的需求，仍还需要进一步提升。

全固态电池需加快攻关

“相较于液态锂离子电池、全固态电池具有更高的安全性、较强的循环寿命和更高的能量密度，我国需加快攻关全固态电池。”在上述全固态电池产学研协同创新平台成立大会上，工业和信息化部装备工业一司副司长郭守刚表示，随着消费者对新能源汽车安全性能、续驶里程、使用条件等需求的持续增强，以全固态电池为代表的新一代动力电池成为全球动力电池产业未来发展的重要方向。日、韩、美、欧等国家和地区，在纷纷加大力度、加紧布局，力图率先取得优势。

郭守刚称，在全固态电池方面需要加强攻关，建立先发优势。“全固态电池有诸多优势，但在固态电解质材料、固固界面接触等方面存在一系列亟待突破的科学问题和技术难题，急需产学研各方、上下游企业通力合作，以创新联合体、创新联盟等形式研究突破。”他认为，一体化布局基础研究和关键核心技术攻关，解决关键材料结构稳定性差、界面接触失效等关键技术卡点，为全固态电池发展扫清技术障碍十分重要。

“新能源汽车正在高速发展，但这个过程中大家都有安全焦虑、里程焦虑、成本焦虑，从产品端来讲，从动力电池角度既希望高安全，又希望长续航、长寿命，保持率还要高。”清陶能源发展有限公司总经理、高级工程师李峥表示，可以采用更多高锰材料进一步降低正极材料成本，用这种方式可以进一步降低整个电池成本，降本之后希望未来成本能做到现在电池成本的40%~50%。

东风汽车集团有限公司研发总院副院长史建鹏认为，全固态电池目前存在四大挑战：一是高性能的正极材料，目前各个主机厂是在三元锂电池正极材料体系上做增量或补充，真正固态电池的正极材料比这个要更复杂；二是复合电解质膜，这是非常复杂的技术难题；三是负极材料，至少现在有硅负极、金属锂负极等，对整个固态电池的发展提出了更高要求；四是固态电池的工艺问题。

2030年有望实现产业化突破

技术瓶颈突破之后，距离全固态电池量产仍需要很长时间。业界呼吁，要冷静地、科学地对待全固态电池的量产时间，否则将给整车企业、电池企业带来很大压力。“全固态电池在一些领域还没有真正实现产业化，变成商品化的产品，比如拓展应用到车上面，到2027~2030年之间可能会达到一定程度小规模的、小批量的产业化。”弗迪电池首席技术官孙华军指出。

中国要不要发展全固态电池？“中国是目前电池的领先国家，好像也不用担心，就算是全固态电池搞出来，就算是2030年产业化，要想替代液态锂离子电池50%市场份额至少需要20~30年。”欧阳明高指出，电动车现在也就只替代了30%，全球就惊呼中国车要领先了，当年中国新能源汽车市场占有率达到1%的时候，2016年全球开始向电动汽车转向。他认为，对于汽车技术而言1%是很重要的市场份额，占市场份额不需要替代到50%，替代1%就已经具有突破性意义。

“电池行业的下一个10年，我认为是材料换代，发展方向就是低碳化、智能化、固态化三个方向。”欧阳明高预测，新一轮材料创新周期在2030年左右，也就是全固态电池有可能2030年左右实现产业化，而且突破的可能性极大。人工智能正在改变材料研发范式，将大幅加速全固态电池研发速度，助力全固态电池2030年实现产业化突破。

“从全球固态电池产业布局来看，中国的企业最多，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。”欧阳明高说，日本是举国家之力推动全固态电池商业化，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。在全固态路线方面，丰田和美国QS公司处于全球领先地位。欧阳明高称，目前全球走全固态电池产业路线的实力企业，基本上产业化时间都是在2027~2030年，是有一定共识的。

“目前，整车企业对全固态电池的需求十分迫切。”一汽研究院院长王德平认为，电动车目前的三个痛点还没有从根本上解决：安全、续驶里程、充电便利性，全固态电池恰恰在安全性上是能根本上解决的技术方案，而且能量密度还比较高，单次充电的续驶里程很长，充电次数也大大减少。