每日經濟新聞 2024-12-09 10:07:32
2024年，全球新能源汽車行業(yè)的快速發(fā)展推動了鋰離子電池向固態(tài)電池技術的迭代創(chuàng)新，中科固能董事長吳凡在接受《每日經濟新聞》采訪時指出，全固態(tài)電池以其高能量密度、高安全性和長壽命等特點，在新能源汽車和儲能市場展現出巨大潛力。然而，固態(tài)電解質的離子電導率低、固-固界面穩(wěn)定性差及鋰枝晶生長等問題仍是技術發(fā)展的主要障礙。吳凡預計，中國全固態(tài)電池將在未來幾年逐步實現商業(yè)化，中國在硫化物電解質路線上進展迅速，有望引領全球固態(tài)電池技術的發(fā)展。政府的支持和大規(guī)模投資進一步加速了這一進程，預計到2030年，全固態(tài)鋰電池將在電動汽車市場占據重要份額，推動新能源汽車及相關產業(yè)的革新。
每經記者｜苗詩雨 每經編輯｜孫磊
2024年，新能源汽車的快速發(fā)展帶動了以鋰離子電池為代表的電池產業(yè)快速迭代創(chuàng)新，全球掀起了一場半固態(tài)電池、全固態(tài)電池的技術爭奪戰(zhàn)，各家企業(yè)爭先發(fā)布固態(tài)電池落地時間表。
對比當前鋰離子電池，全固態(tài)電池擁有能量密度高、安全性高、壽命長、適用范圍廣等諸多優(yōu)勢，在當前新能源產業(yè)快速發(fā)展之下，被看作是電池產業(yè)的重要發(fā)展方向。而從應用場景看，在新能源汽車、儲能等領域，全固態(tài)電池應用前景廣泛。
但目前，固-固界面建構不穩(wěn)定、多場耦合下的失效和失控機制等方面仍存在難點，全固態(tài)電池何時實現規(guī)模化應用成為各界關注的話題。
對此，中科固能董事長、共青團常州市委副書記、中科院物理所博士生導師吳凡日前在接受《每日經濟新聞》記者采訪時表示，國內全固態(tài)電池的研發(fā)目前正處于快速發(fā)展階段，預計在未來幾年內將逐步實現商業(yè)化。
全固態(tài)電池在新能源汽車與儲能場景應用有巨大潛力
NBD：目前多家企業(yè)布局全固態(tài)電池賽道，從技術層面看，當前面對的主要挑戰(zhàn)是什么？
吳凡：目前全固態(tài)電池大概面臨六方面的難題。第一是固態(tài)電解質的離子電導率需要提升，全固態(tài)電池需要具有高離子電導率的固態(tài)電解質，以保證電池的充放電性能。目前，提升固態(tài)電解質的離子電導率是技術發(fā)展的關鍵之一。
第二是全固態(tài)電池仍需要與鋰金屬和高比能電極材料良好匹配，以實現電池的高能量密度和穩(wěn)定性，匹配方面也有待提升。
第三是“固-固界面”構筑的穩(wěn)定性。在全固態(tài)電池中，電極與固態(tài)電解質之間的界面穩(wěn)定性對電池性能至關重要。目前，如何構筑相對穩(wěn)定的固-固界面是技術發(fā)展中的一個挑戰(zhàn)。
第四個難題是，全固態(tài)電池中的鋰枝晶生長可能導致電池失效或安全問題，因此控制鋰枝晶的生長是技術發(fā)展中的一個重要問題。
第五個難題是，全固態(tài)電池在多場耦合（如電場、溫度場等）的影響下可能出現失效或失控，研究這些機制對于電池的安全和穩(wěn)定性至關重要。
最后，推動固態(tài)電池技術的健康發(fā)展需要跨越技術研發(fā)和產業(yè)化的雙重難關包括能量密度、成本和產能等方面的挑戰(zhàn)。綜上所述，全固態(tài)電池技術的發(fā)展需要克服多個技術挑戰(zhàn)。
NBD：從全固態(tài)電池的特性來看，您認為哪些場景具備應用潛力？
吳凡：全固態(tài)電池技術憑借其在安全性、能量密度和循環(huán)壽命方面的顯著優(yōu)勢，被認為在新能源汽車和儲能市場領域具有巨大的市場潛力。
對新能源汽車來說，全固態(tài)電池的高能量密度、卓越的安全性和長久的循環(huán)壽命使其成為電動汽車領域的理想能源解決方案。預計到2030年，全固態(tài)鋰電池在電動汽車市場的滲透率將顯著提升，市場規(guī)模有望實現爆炸性增長。此外，全固態(tài)電池的結構設計和高穩(wěn)定性也有助于簡化電池管理系統(tǒng)并提高電池包整體的能量密度。
從儲能領域來看，全固態(tài)電池高能量密度和卓越的安全性能預示著其在儲能市場具有廣泛的應用前景。固態(tài)電解質的引入解決了液態(tài)電解質在充放電過程中可能出現的問題，從而延長了電池的循環(huán)使用壽命。
隨著全固態(tài)電池實現大規(guī)模商業(yè)應用，新能源汽車和儲能市場也將發(fā)生根本性的變革。
NBD：全固態(tài)電池的應用，還將推動哪些產業(yè)的發(fā)展？將產生哪些影響？
吳凡：未來全固態(tài)電池聚焦硅基負極和金屬鋰負極，針對這兩種技術路線的項目成果將應用于全固態(tài)電池領域，有望在能量密度、循環(huán)壽命、充電效率、安全性、穩(wěn)定性等方面較傳統(tǒng)液態(tài)鋰離子電池實現質的飛躍。助力我國的新能源電動車、無人機、軌道交通、儲能電站、消費電子等領域的發(fā)展。
目前，中科固能基于兩種技術路線也開發(fā)了兩種適用于硫化物基全固態(tài)電池的新型負極體系：硬碳穩(wěn)定的鋰硅負極以及軟碳界面修飾的金屬鋰負極，電池在20C倍率下循環(huán)24000周，容量沒有明顯衰減，且電池可以在50C倍率(71.5mA/cm2)下充放電無鋰枝晶生長。這是目前世界范圍內已報道的循環(huán)壽命、倍率性能、電流密度和面容量最高的硫化物全固態(tài)電池。
全固態(tài)電池的研發(fā)對國家也有重要的戰(zhàn)略意義。在全固態(tài)電池技術上的突破，將有力推進我國在高端制造領域擁有更多知識產權和核心科技，實現新能源電動車的彎道超車。
中國全固態(tài)電池研發(fā)處于產業(yè)化的關鍵機遇期
NBD：目前，從全球全固態(tài)電池研發(fā)的方向看，技術路線不盡相同，您認為何種技術路線將占主導地位？
吳凡：在固態(tài)電解質材料的選擇上，目前全固態(tài)電池的技術路線主要包括聚合物、氧化物和硫化物三大類。在全固態(tài)電池的研發(fā)和應用方面，中國與全球其他主要研發(fā)全固態(tài)電池的國家在技術路徑和研發(fā)進度上存在一些差異。
中國在硫化物路線上進展較快，有望率先實現量產。而全球范圍內，硫化物電解質也占據主導地位。從技術路線上看，中國市場固態(tài)電池技術路線呈現多元化特點，以固液混合為主要特點，同時積極探索全固態(tài)電池技術。
目前，中國政府對全固態(tài)電池的研發(fā)給予了高度重視和支持，計劃投資約60億元用于全固態(tài)電池的研發(fā)，并支持相關企業(yè)進行技術突破，類似大規(guī)模的投入在全球范圍內的全固態(tài)電池研發(fā)領域也是較為罕見的。
NBD：從全球范圍看，中國全固態(tài)電池的研發(fā)處在何種水平？
吳凡：目前，中國在全固態(tài)電池的研發(fā)進度上已經取得了一定成果，正處于產業(yè)化的關鍵機遇期。具體來說，中國在全固態(tài)電池的研發(fā)層面已經實現了超長循環(huán)壽命、半固態(tài)電池量產、新型固態(tài)電池研發(fā)、關鍵技術等方面的突破。
半固態(tài)電池方面，2022年以來，中國企業(yè)的半固態(tài)電池已經實現了量產裝車，這標志著半固態(tài)電池技術已經進入實際應用階段；在全固態(tài)模具電池的研發(fā)上，中科固能已經實現了超長循環(huán)壽命（62500圈），全固態(tài)軟包電池的循環(huán)壽命也在500圈以上，顯示出中國在提升電池性能方面取得了顯著進展。
根據目前掌握的信息，中國的研發(fā)團隊已研發(fā)出能量密度高達400Wh/kg的新型固態(tài)電池，我們在固態(tài)電池能量密度的提升上也取得了重要進展。此外，關鍵技術層面如提升續(xù)航能力和延長使用壽命方面也有明顯進展。
整體來看，全固態(tài)電池的研發(fā)和產業(yè)化正處于關鍵的機遇期，中國正積極把握這一機遇，推動固態(tài)電池技術的發(fā)展和應用。
封面圖片來源：每經記者 孔澤思 攝（資料圖）
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