“中国要不要发展全固态电池？中国是目前液态锂离子电池的领先国家，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，至少需要二十到三十年。”
1月21日，中国全固态电池产学研协同创新平台于北京正式成立，在大会的主题演讲中，中科院院士欧阳明高再次提醒国内电池产学研同行，要对完全不使用液态电解质的全固态电池对于现有锂离子电池的替代保持高度警惕。
对此，他以电动车对燃油车的替代为例，“国内电动车现在对燃油车也就只替代了30%，全球就惊呼中国车要领先了。2016年左右，我国的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。”欧阳明高说。“不需要到50%，到1%就已经预警了。”
在欧阳明高看来，“对于汽车技术而言，1%是很重要的市场份额，所以全固态电池的市占份额不需要替代到50%，替代1%就已经具有突破性意义。”
根据全球资讯机构SNE research去年发布的报告，到2030年，全球液态锂离子电池供应量将从2023年的687GWh增加到2943GWh，增加4.3倍，占电池市场的95%以上，全固态电池的供应量则会从2025年开始的0.2GWh，增加到131GWh，市场渗透率将达到4%左右。
全固态电池为何具有技术颠覆潜力？
据介绍，全球关于固态电解质的基础研究始于上世纪70年代。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，电解质的离子电导率赶上甚至超过液态电解质。
标志性事件是2011年东京工业大学的Kanno教授发明硫化物固态电解质。2016年，Kanno将离子电导率提升至25mS/cm，2023年最高达到32mS/cm。而在2012年，日本丰田试制了全固态电池，随后不断有企业加入从而引发了这一轮全固态电池的全球竞争。
“现在大家越来越有共识，全固态电池是下一代电池的首选方案之一，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。”欧阳明高说。
在欧阳明高看来，全固态电池具有技术颠覆的潜力，首先是由于高安全性。硫化物固态电解质的热稳定性可以保持到300°C，液态电解质是100°C就要蒸发。
其次是高能量密度。不仅从单体电池，而且从电池模组的角度也有潜力，因为全固态电池可以做成双极板，不需要太多电池外壳，就像燃料电池一样串叠起来就可以，因此能够从单体和模组两个方面都可以提升能量密度。
再次是高功率特性。欧阳明高介绍，现在液态锂离子电池的离子传导是运载模式，需要溶剂化，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质中是跳跃模式，传递速率更高，从而导致充电速度可以大幅度提高。”欧阳明高说。
其后是温度适应性。现有的液态锂离子电池在低温环境下续航里程不理想。液态电解质的锂离子导率和温度直接相关，而全固态电池的电解质在-30°C和100°C的范围内都不会凝固，不会气化，所以温度适应性很好，也不需要很复杂的热管理，不会在冬天容量大幅下降。
最后是材料的选择范围更广，因为固态电池的电化学窗口宽，例如卤化物抗氧化特性非常好，可以适应高压，硫化物适应低电压，把这两种材料配合起来，就可以做成电化学窗口很宽的电池，把电压进一步提升。
最重要的是，这样一些特性在固态电池中可以同时满足。因此欧阳明高认为，全固态电池是动力电池重要的发展方向之一。
中日韩美全固态电池竞争现状，中国为何还要发力？
2023年以来，全球全固态电池技术的竞争日趋激烈。据欧阳明高介绍介绍，从全球固态电池产业布局来看，中国的企业最多。其次是日本，日本企业虽然不多，但是实力很强。
“日本是举国家之力推动全固态电池商业化。日本有官-产-学联盟，丰田、本田、日产三家车企，既做全固态电池研发又做整车生产，在电池与整车性能匹配结合方面比较有优势。其中丰田起步最早研发最深，日产、本田近期发布了各自试生产和产品上线的时间节点。
韩国的研发以国内三大电池商为主，LG新能源、sk on、三星SDI。三家电池商在全固态电池技术方面也取得了实质性的进展，尤其是三星。美国以初创电池企业为主，以资本市场和欧洲车厂支撑。例如Solid Power和宝马合作，Quantum Scape和大众合作。基本产业化时间都是在2027-2030。
而在中国国内，据介绍，目前业内固态电池技术路线跟日、韩、美不同，技术是以固液混合电解质为主，即氧化物和聚合物电解质等结合，硫化物全固态电解质在国内并不是主导技术路线。
在欧阳明高看来，半固态电池中，固液混合的电化学原理与液态锂离子电池是相同的，不属于颠覆性技术。“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。即便大规模生产，还需要提高良品率、降低电池成本，而且充电倍率一般会有所下降，循环寿命也会很难跟液态锂电池比较。”欧阳明高说。
不仅如此，在全固态电池专利技术方面，目前国内外专利的布局差距较大，据介绍，丰田汽车目前用有全固态电池专利1300多项。根据 “智慧芽全球专利数据库”数据，截止2023年10月，中国国内公司有关全固态电池的专利，不足一百项。
欧阳明高认为，从全行业看，中国既要发展这种渐近性的半固态技术路线，又要防范激进型全固态技术路线带来的颠覆性风险。
“这种风险在哪里？就像十几年前汽车电动化转型时期，就是在选择是混合动力还是纯电驱动，”欧阳明高说，“后来我国的国家汽车战略选择了纯电驱动，包括了纯电动和插电混动，而把油电混动不作为主要的方式，这个情形和今天是类似的。全固态电池产业化面临材料提升等难题，需要协同创新
欧阳明高坦言，目前国内发展全固态电池产业面临的挑战是巨大的，具有跨学科的特性、技术门槛极高，包括材料界面、工艺、产业链、设备等。
首先是全固态电池的科学技术挑战。
在科学方面，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。“例如材料层面，硫化物电解质化学稳定性、空气稳定性很差，批量生产很难，基础硫化锂很贵，需要压低价格。此外，硅碳负极体积膨胀大，而锂金属负极现在还不成熟。”欧阳明高瘦。
在界面层面，电极材料、固态电解质的界面相容性，包括界面的副反应，固-固界面机械接触和体积变化等，要寻找新的材料作为过渡层，这些都要材料的创新。
在电极层面，高面载复合电极应变条件下的电荷输运缓慢，此外还有机械失效等问题。
在电芯层面，电池制作的环境控制成本高，因为空气稳定性问题，目前电芯只能在手套箱里面做，制作效率比较低。此外，全固态电池电芯做大做厚很难，最后车载工况下的电芯性能综合评估目前也没有相关的评价标准。
其次是全固态电池的工艺设备挑战。
据欧阳明高介绍，在制作工艺上，如果全固态电池制造用湿法工艺，大概能保留一半的现有液体锂离子电池制造设备。如果用干法工艺，三分之二的现有设备都不能用，要用新设备。这就需要电池设备厂商同步。
再次是电池产业链挑战。
“中国电池产业链是全球最强大的。但是现在如果做全固态电池，那么从原料到基材生产、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的冲击。”欧阳明高说。
“这些问题都需要一个个解决。当然也不要被这些困难所压倒，虽然它面临一系列技术挑战。但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。”欧阳明高说。
而也就是在1月21日，中国产学研合作促进会的支持指导下的中国全固态电池产学研协同创新平台成立，来自“政－产－学－研－金”各界重要代表200余人参加成立大会。
其中包括全国政协常委、经济委员会副主任苗圩，宁德时代首席科学家吴凯，上汽集团副总裁祖似杰，比亚迪首席科学家廉玉波，以及多位多位重量级中国科学院、中国工程院院士等。
据欧阳明高介绍，这个平台包括三个子平台：科研服务平台、基础研发平台、产业协作平台。
其中科研服务平台主要工作包括政策研究、公众宣传、资金筹措、成果转化等；基础研发的平台包括基础研究、建立合作数据库等；产业协作平台包括工艺装备、测试平台合作等。
在欧阳明高看来，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，会对2030左右实现全固态电池产业化突破增加了确定性。
“展望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，这是产业主体，但是同时我们也要高比能电池。”欧阳明高说。“我们要两头发力，光一头不行。高比能电池中， 2030年左右全固态电池产业化突破的可能性极大，我们要敲响警钟，全力以赴，只争朝夕。”
