動力電池何時走向固態化？
文章來源：中國化工報 更新時間：2024-01-26 15:57:37
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“雙碳”背景下，全球能源結構加速向清潔化轉型，新能源汽車產業在其中扮演了重要角色，發展勢頭迅猛。而作為其核心部件的動力電池也進入了快速增長期，產能過剩等問題同步出現，給行業發展造成困擾。近日，有專家指出，動力電池產業正處于新一輪材料創新周期，固態電池已成為行業破局焦點，但固態電池技術還面臨一系列挑戰，需各方力量協同攻克。
電池產業進入材料創新周期 全固態電池成破局焦點
據中南大學胡國榮教授預計，到2025年，我國新能源車銷量將達1125萬輛，滲透率達40%。近日發布的《中共中央國務院關于全面推進美麗中國建設的意見》提出，到2027年，新增汽車中新能源汽車占比力爭達到45%。
“動力電池是新能源汽車的核心部件，是推動新能源汽車產業發展的關鍵所在。黨的十八大以來，我國動力電池產業發展取得了顯著成效。”工業和信息化部裝備工業一司副司長郭守剛介紹說，2023年，我國動力電池裝車量達到387.7GWh，同比增長31.6%，持續穩居世界第一。在全球動力電池裝機量前十名的企業中，我國企業占據了6席，市場份額超過60%。
中國科學院院士、清華大學車輛與運載學院教授歐陽明高表示，我國液態鋰離子電池產業發展成就輝煌，10年來能量密度提升3倍，成本下降80%以上，電池產量占全球近70%，可是如今電池行業也面臨產能過剩、產業內卷等問題。他認為，目前產業正處于新一輪材料創新周期，將向低碳化、智能化和固態化方向發展。
“全固態電池具有顛覆性的性能潛力，首先是高安全性，其二是高能量密度，其三是高功率特性，其四是溫度適應性強。”歐陽明高說，“而且，全固態電池的電化學窗口較寬，材料選擇范圍更廣，因此成為動力電池的重要發展方向之一。”
郭守剛則指出，隨著消費者對新能源汽車安全性能、續駛里程、使用條件等需求的持續增強，以全固態電池為代表的新一代動力電池成為全球動力電池產業未來發展的重要方向。日、韓、美、歐等國家和地區紛紛加緊布局，力圖搶占發展先機。
全固態電池技術面臨痛點 或對產業鏈造成挑戰
歐陽明高指出，目前我國固態電池技術路線呈現多元化特征，以固液混合為主。他解釋說，固液混合電化學原理與液態鋰離子電池相同，不屬于顛覆性技術，是提升安全性的技術之一，目前國內很多主流電池廠都在做固液混合和半固態電池，有些企業正在嘗試裝車，但是良品率、電池成本、充電倍率、循環壽命等問題還有待解決。
而全固態電池研究方面，目前主要有4類技術路線，包括氧化物全固態電池、聚合物全固態電池、鹵化物全固態電池和硫化物全固態電池。其中，氧化物和聚合物技術路線都已轉向固液混合，鹵化物路線正處于實驗驗證階段，國際上各大電池廠商多以硫化物全固態電池為主要研究方向，但該技術路線也存在空氣穩定性和化學穩定性較差等問題。
中國工程院院士、中國科學院物理研究所研究員陳立泉表示，為了提升全固態電池能量密度、倍率性能和循環壽命，不僅要關注全固態鋰電池的基礎科學問題，如新型電解質材料、界面改性和電池失效的機制；同時，也要重視全固態電池的關鍵技術問題，如電解質的批量生產制備技術、大面積固態電解質薄膜連續制備技術、全固態電池一體化制備技術等。
“從行業全局看，既要發展漸進性半固態技術路線，又要防范激進型全固態技術路線帶來的顛覆性風險。”歐陽明高說，“我國電池產業鏈全球領先，現在如果做全固態電池，對從原料到基材生產、電芯/電池包裝配、電池生產應用、電池回收的全生命周期的產業鏈都會造成巨大沖擊。”
國內外專利布局差距較大 亟待補齊短板加強攻關
歐陽明高認為，目前看來，我國全固態電池的研發還存在認識不統一、力量較分散、產學研不協調等問題。
據悉，在全固態電池技術方面，目前國內外專利布局差距較大。全球固態電池專利申請前5名中，有4家日本企業和1家韓國企業，豐田排名第一，擁有1300多項。我國近5年來專利布局加速，但據“智慧芽全球專利數據庫”統計，截至2023年10月，國內公司有關專利最高未超過100項，急需加強研發力度。
對此，郭守剛提出3條建議。一是加強一體化布局基礎研究和關鍵核心技術攻關；二是補齊支撐技術和共性平臺發展的短板，持續提升基礎支撐能力；三是持續優化應用環境，持續構建和諧共生的產業生態，加速全固態電池產業化應用。
歐陽明高則認為，行業需要聯合起來建立協同創新平臺，共同突破全固態電池產業化的關鍵技術。日前，“中國全固態電池產學研協同創新平臺”(CASIP)在北京舉行揭牌儀式。據介紹，該創新平臺定位于科研服務、基礎研發、產業協作3方面，將加速固態電池科研成果向現實生產力的轉化，提升科技創新，同時強化固態電池行業共性關鍵技術的研究與推廣應用，加快推動固態電池技術產業化進程。
“人工智能正在改變材料的研發范式，將大幅度加速全固態電池的研發速度，這為2030年左右實現全固態電池產業化突破增加了確定性。”歐陽明高說。
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