“双碳”背景下，全球能源结构加速向清洁化转型，新能源汽车产业在其中扮演了重要角色，发展势头迅猛。而作为其核心部件的动力电池也进入了快速增长期，产能过剩等问题同步出现，给行业发展造成困扰。近日，有专家指出，动力电池产业正处于新一轮材料创新周期，固态电池已成为行业破局焦点，但固态电池技术还面临一系列挑战，需各方力量协同攻克。
电池产业进入材料创新周期 全固态电池成破局焦点
据中南大学胡国荣教授预计，到2025年，我国新能源车销量将达1125万辆，渗透率达40%。近日发布的《中共中央国务院关于全面推进美丽中国建设的意见》提出，到2027年，新增汽车中新能源汽车占比力争达到45%。
“动力电池是新能源汽车的核心部件，是推动新能源汽车产业发展的关键所在。党的十八大以来，我国动力电池产业发展取得了显著成效。”工业和信息化部装备工业一司副司长郭守刚介绍说，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6席，市场份额超过60%。
中国科学院院士、清华大学车辆与运载学院教授欧阳明高表示，我国液态锂离子电池产业发展成就辉煌，10年来能量密度提升3倍，成本下降80%以上，电池产量占全球近70%，可是如今电池行业也面临产能过剩、产业内卷等问题。他认为，目前产业正处于新一轮材料创新周期，将向低碳化、智能化和固态化方向发展。
“全固态电池具有颠覆性的性能潜力，首先是高安全性，其二是高能量密度，其三是高功率特性，其四是温度适应性强。”欧阳明高说，“而且，全固态电池的电化学窗口较宽，材料选择范围更广，因此成为动力电池的重要发展方向之一。”
郭守刚则指出，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、欧等国家和地区纷纷加紧布局，力图抢占发展先机。
全固态电池技术面临痛点 或对产业链造成挑战
欧阳明高指出，目前我国固态电池技术路线呈现多元化特征，以固液混合为主。他解释说，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，目前国内很多主流电池厂都在做固液混合和半固态电池，有些企业正在尝试装车，但是良品率、电池成本、充电倍率、循环寿命等问题还有待解决。
而全固态电池研究方面，目前主要有4类技术路线，包括氧化物全固态电池、聚合物全固态电池、卤化物全固态电池和硫化物全固态电池。其中，氧化物和聚合物技术路线都已转向固液混合，卤化物路线正处于实验验证阶段，国际上各大电池厂商多以硫化物全固态电池为主要研究方向，但该技术路线也存在空气稳定性和化学稳定性较差等问题。
中国工程院院士、中国科学院物理研究所研究员陈立泉表示，为了提升全固态电池能量密度、倍率性能和循环寿命，不仅要关注全固态锂电池的基础科学问题，如新型电解质材料、界面改性和电池失效的机制；同时，也要重视全固态电池的关键技术问题，如电解质的批量生产制备技术、大面积固态电解质薄膜连续制备技术、全固态电池一体化制备技术等。
“从行业全局看，既要发展渐进性半固态技术路线，又要防范激进型全固态技术路线带来的颠覆性风险。”欧阳明高说，“我国电池产业链全球领先，现在如果做全固态电池，对从原料到基材生产、电芯/电池包装配、电池生产应用、电池回收的全生命周期的产业链都会造成巨大冲击。”
国内外专利布局差距较大 亟待补齐短板加强攻关
欧阳明高认为，目前看来，我国全固态电池的研发还存在认识不统一、力量较分散、产学研不协调等问题。
据悉，在全固态电池技术方面，目前国内外专利布局差距较大。全球固态电池专利申请前5名中，有4家日本企业和1家韩国企业，丰田排名第一，拥有1300多项。我国近5年来专利布局加速，但据“智慧芽全球专利数据库”统计，截至2023年10月，国内公司有关专利最高未超过100项，急需加强研发力度。
对此，郭守刚提出3条建议。一是加强一体化布局基础研究和关键核心技术攻关；二是补齐支撑技术和共性平台发展的短板，持续提升基础支撑能力；三是持续优化应用环境，持续构建和谐共生的产业生态，加速全固态电池产业化应用。
欧阳明高则认为，行业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。日前，“中国全固态电池产学研协同创新平台”(CASIP)在北京举行揭牌仪式。据介绍，该创新平台定位于科研服务、基础研发、产业协作3方面，将加速固态电池科研成果向现实生产力的转化，提升科技创新，同时强化固态电池行业共性关键技术的研究与推广应用，加快推动固态电池技术产业化进程。
“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年左右实现全固态电池产业化突破增加了确定性。”欧阳明高说。
