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“固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化仍需解決技術(shù)、工藝和成本的問題?！?/strong>
“全固態(tài)電池量產(chǎn)”什么時(shí)候能實(shí)現(xiàn)？這不但是2024年行業(yè)營銷的焦點(diǎn)，也是行業(yè)的疑問點(diǎn)。在此起彼伏的聲浪中，迎來了2025年。
一個(gè)冷靜的聲音說到，“固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化仍需解決技術(shù)、工藝和成本的問題?！边@是全國政協(xié)常委、經(jīng)濟(jì)委員會(huì)副主任，工信部原部長(zhǎng)苗圩最近在論壇上的權(quán)威論斷。這也為2024年的喧囂劃上了休止符。
苗圩還澄清了一個(gè)事實(shí)和概念，“半固態(tài)電池仍然屬于液態(tài)電池的范疇，不能與固態(tài)電池混為一談。絕不是液態(tài)電池隨著電解液液體的減少就可以發(fā)展成為固態(tài)電池，這是完全兩個(gè)不同的概念?！?/p>
這也是在強(qiáng)調(diào)，行業(yè)需要摒棄浮躁，更加理智。全固態(tài)電池的發(fā)展方向不變，但是，路還很長(zhǎng)。
不過，我們也欣喜地看到，隨著DEEPSEEK的崛起，私有化部署成為可能后，也為全固態(tài)電池的研發(fā)插上了“AI翅膀”。全行業(yè)的研發(fā)速度也將提升好幾個(gè)數(shù)量級(jí)，這對(duì)于全固態(tài)電池量產(chǎn)的盡快落地，無疑做到了“神助攻”。
01、硫化物電解質(zhì)成為共識(shí)
作為下一代的“終極”電池技術(shù)，全固態(tài)電池的概念已經(jīng)炒作了好幾年。
用一句話來說，全固態(tài)電池就是使用固態(tài)電解質(zhì)替換傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池中的電解液和隔膜。作為預(yù)期，理想狀態(tài)下，其具有高能量密度、高安全性和長(zhǎng)壽命等優(yōu)勢(shì)，但是，目前仍處于理論研究+材料體系發(fā)展階段。
再說，現(xiàn)階段傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池的能量密度已經(jīng)接近350Wh/kg 的理論極限，且存在電池?zé)崾Э氐劝踩[患。所以，全固態(tài)電池被視為下一代的電池技術(shù)，日韓美歐都在發(fā)力，甚至有“賭國運(yùn)”般的競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)。
目前，固態(tài)電解質(zhì)主要有三大技術(shù)路線：硫化物電解質(zhì)、聚合物電解質(zhì)、氧化物電解質(zhì)。
根據(jù)中國全固態(tài)電池產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新平臺(tái)理事長(zhǎng)歐陽明高院士的統(tǒng)計(jì)，硫化物技術(shù)路線已經(jīng)成為行業(yè)共識(shí)的主要聚焦發(fā)展方向，并且投入持續(xù)增加。
按照歐陽院士的統(tǒng)計(jì)，目前全球約32家企業(yè)和機(jī)構(gòu)聚焦于硫化物技術(shù)路線，包括豐田、本田、寧德時(shí)代、比亞迪、吉利等。不超過10家研發(fā)氧化物固態(tài)電池，7家研發(fā)聚合物固態(tài)電池。
不過，就像苗圩所說，全固態(tài)電池大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用，還是存在需要解決的技術(shù)、工藝和成本問題。
比如，固態(tài)電解質(zhì)的綜合表現(xiàn)不佳，聚合物電解質(zhì)易加工、生產(chǎn)難度低，但是離子電導(dǎo)率不高，影響充放電性能。而氧化物和硫化物電解質(zhì)具有更高的電導(dǎo)率、安全性和機(jī)械強(qiáng)度，但是其制造難度更大，成本更高。
特別是技術(shù)上的“固固界面”問題，中國科學(xué)院院士、廈門大學(xué)教授孫世剛也提到，“固態(tài)電池中電極與電解質(zhì)之間的界面接觸不良會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)阻增加，影響電池的整體性能?！彼裕坦探缑娓男约夹g(shù)，各家企業(yè)都在投入重兵攻關(guān)。
至于關(guān)鍵的成本問題，則是橫亙?cè)谌虘B(tài)電池量產(chǎn)前的一座“大山”。
苗圩披露和強(qiáng)調(diào)，“當(dāng)前，液態(tài)鋰離子電池單體成本大體是0.5元/Wh左右。而固態(tài)電池在沒有大規(guī)模量產(chǎn)的前提下，成本相對(duì)較高，僅材料成本在2元/Wh以上。一個(gè)100度的電池包僅材料成本就已經(jīng)超過20萬元，遠(yuǎn)高于現(xiàn)有液態(tài)電池?！?/p>
所以，雖說從長(zhǎng)期角度來講成本不是問題，但要達(dá)到比亞迪鋰電池有限公司CTO孫華軍所測(cè)算的三元電池“固液同價(jià)”，同樣有很長(zhǎng)的路要走。按照預(yù)期，比亞迪的固態(tài)電池“計(jì)劃2027年左右啟動(dòng)批量示范裝車應(yīng)用，預(yù)計(jì)在2030年前后實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)?！?/p>
按照歐陽院士的統(tǒng)計(jì)，目前眾多企業(yè)已經(jīng)建立了硫化物電解質(zhì)的小批量供應(yīng)能力，還需要重點(diǎn)攻克大規(guī)模生產(chǎn)工藝。2023~2024年，硫化物電解質(zhì)的全球產(chǎn)能大約在80噸。預(yù)計(jì)2025~2027年，產(chǎn)能將突破1000噸。
一個(gè)好消息是，這次上海屹鋰新能源科技有限公司董事長(zhǎng)張希表示，由于源頭材料硫化鋰價(jià)格的大幅下降，電解質(zhì)成本下降很快，去年硫化物電解質(zhì)價(jià)格在7~8萬元/公斤，今年已經(jīng)下降到1~2萬元/公斤，預(yù)計(jì)明年到6000~7000元/公斤，2030年有望達(dá)到幾百元/公斤。
而說到全固態(tài)電池的技術(shù)路線和未來，歐陽明高院士認(rèn)為，要聚焦以硫化物電解質(zhì)為主體電解質(zhì)，匹配高鎳三元正極和硅碳負(fù)極的技術(shù)路線，以比能量400瓦時(shí)/公斤、循環(huán)壽命1000次以上為性能目標(biāo)，確保2027年實(shí)現(xiàn)轎車小批量裝車。
歐陽明高院士對(duì)全固態(tài)電池技術(shù)的硫化物路線的預(yù)測(cè)如下：
2025～2027年，開發(fā)“石墨/低硅負(fù)極”全固態(tài)電池，以200~300Wh/kg為目標(biāo)，攻克硫化物固態(tài)電解質(zhì)，打通全固態(tài)電池的技術(shù)鏈，三元正極和石墨/低硅負(fù)極基本不變，向長(zhǎng)壽命大倍率方向發(fā)展；
2027～2030年，開發(fā)“高硅負(fù)極”全固態(tài)電池，以400Wh/kg和800Wh/L為目標(biāo)，重點(diǎn)攻關(guān)高容量硅碳負(fù)極，三元正極和硫化物固態(tài)電解質(zhì)仍為主流材料體系，面向下一代乘用車電池；
2030～2035年，開發(fā)“鋰負(fù)極”全固態(tài)電池，以500Wh/kg和1000Wh/L為目標(biāo)，重點(diǎn)攻關(guān)鋰負(fù)極，逐步向復(fù)合電解質(zhì)（主體電解質(zhì)+補(bǔ)充電解質(zhì)）、高電壓高比容量正極（高鎳、富鋰、硫等）發(fā)展。
02、AI的作用加速顯現(xiàn)
全固態(tài)電池的核心，當(dāng)然是研發(fā)，特別是電池設(shè)計(jì)與材料研發(fā)，正在從實(shí)驗(yàn)試錯(cuò)的1.0時(shí)代和正向仿真的2.0時(shí)代，邁向智能化全自動(dòng)研發(fā)的3.0時(shí)代。
這也是緣于，傳統(tǒng)的開發(fā)模式不能適應(yīng)時(shí)代，AI將起到前所未有的關(guān)鍵作用。從過去兩年的情況來看，AI賦能電池開發(fā)已經(jīng)取得了初步效果。這在2025年2月16日的第二屆中國全固態(tài)電池創(chuàng)新發(fā)展高峰論壇上的發(fā)言中，基本是共識(shí)。
換言之，大語言模型和AI for Science（人工智能驅(qū)動(dòng)的科學(xué)研究）結(jié)合，升級(jí)研發(fā)平臺(tái)，成為全固態(tài)電池關(guān)鍵材料體系創(chuàng)新與構(gòu)建的加速器。
比如，中國科學(xué)院院士、北京大學(xué)教授鄂維南團(tuán)隊(duì)基于分子設(shè)計(jì)的基座模型Uni-Mol，就采用了Transformer架構(gòu)，能夠支持生成、搜索和屬性預(yù)測(cè)等任務(wù)。
Uni-Mol是一個(gè)基于三維分子表達(dá)的通用模型，最早的Uni-Mol 1已經(jīng)有相當(dāng)于9億多個(gè)三維分子構(gòu)象，包含7000萬左右骨架，參數(shù)量達(dá)到了11億，通過預(yù)訓(xùn)練的方式整合不同場(chǎng)景的分子數(shù)據(jù)，解決數(shù)據(jù)稀缺和碎片化問題。
而對(duì)于全固態(tài)電池研發(fā)的固固界面、鋰金屬負(fù)極應(yīng)用、硫化物電解質(zhì)穩(wěn)定性、生產(chǎn)工藝四大核心難題，傳統(tǒng)研發(fā)模式效率已無法滿足需求，歐陽明高院士也提出，依托“文獻(xiàn)AI讀、報(bào)告AI寫、模型AI算、優(yōu)化AI做”的研發(fā)新范式，電池研發(fā)效率可以提升1~2個(gè)數(shù)量級(jí)，節(jié)省研發(fā)費(fèi)用70~80%。
特別是，在材料體系和材料研發(fā)方面，AI的作用正在加速顯現(xiàn)。
像在電解液分子設(shè)計(jì)中的AI應(yīng)用方面，美國材料研究學(xué)會(huì)（MRS）會(huì)士、電化學(xué)學(xué)會(huì)（ECS）會(huì)士、SES AI Corporation首席技術(shù)官許康的團(tuán)隊(duì)即將建成的“分子宇宙”數(shù)據(jù)庫，預(yù)計(jì)的數(shù)量是10的12次方，并且通過DFT計(jì)算和AI技術(shù)加速分子探索。這在傳統(tǒng)研發(fā)是不可能做到的。
再比如，清華大學(xué)化學(xué)工程系教授、系主任張強(qiáng)團(tuán)隊(duì)結(jié)合AI，開發(fā)了高通量電解質(zhì)計(jì)算軟件，已經(jīng)快速篩選和積累了25萬個(gè)分子，顯著提升了電解質(zhì)材料的研發(fā)效率。
一個(gè)實(shí)例是，張強(qiáng)教授的團(tuán)隊(duì)以快充體系為目標(biāo)，從10萬個(gè)分子中經(jīng)過拓?fù)錂z查縮小到1萬多，通過結(jié)構(gòu)篩選到3700，通過可合成篩選到489，最后在8種分子里通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證有兩種效果非常好，得到滿意的結(jié)果。
蘇州易來科得科技有限公司CEO陳新虹的團(tuán)隊(duì)，通過ELectroder BDA軟件，預(yù)計(jì)2025年電池設(shè)計(jì)效率將提升2~5倍，智能設(shè)計(jì)將再提升兩個(gè)數(shù)量級(jí)?！皬膶?shí)驗(yàn)試錯(cuò)法到檢索生成電池設(shè)計(jì)目前的目標(biāo)，有10的4次方研發(fā)效率的提升，少做重復(fù)勞動(dòng)這件事情太有意義了?！?/p>
而作為電池工業(yè)的龍頭老大，寧德時(shí)代更是七八年前就開始使用AI來解決問題。并且，花了很長(zhǎng)時(shí)間建立電池材料智能化設(shè)計(jì)平臺(tái)，把數(shù)據(jù)整合起來。目前，已經(jīng)在這個(gè)平臺(tái)的基礎(chǔ)上開發(fā)了100多個(gè)模型。寧德時(shí)代研發(fā)總裁歐陽楚英表示，“現(xiàn)在我們內(nèi)部提的要求，是希望在三個(gè)月內(nèi)能夠做一個(gè)閉環(huán)的驗(yàn)證，這個(gè)從研發(fā)效率上的確能夠比較快地提高?！?/p>
值得一提的是，最近爆火的DeepSeek也推動(dòng)了各行業(yè)垂直大模型的發(fā)展。并且，其開源特性保障了數(shù)據(jù)隱私，使得私有化部署成為可能，為各行業(yè)模型定制化開辟出了新途徑。
當(dāng)然，DeepSeek的優(yōu)勢(shì)和缺點(diǎn)也同樣突出。歐陽明高院士表示，DeepSeek在電池知識(shí)問答和電池文本挖掘方面均表現(xiàn)優(yōu)異。然而，在電池設(shè)計(jì)這一更為復(fù)雜的任務(wù)上，DeepSeek雖具備了一定的總結(jié)能力，但尚缺乏創(chuàng)新能力與深入的科學(xué)分析能力。所以，迫切需要開發(fā)針對(duì)垂直領(lǐng)域的大模型。
從汽車行業(yè)來說，2025年已然掀開了AI賦能的智能汽車新時(shí)代的序幕。而作為整車上游供應(yīng)鏈最重要的組成部分，全固態(tài)電池的研發(fā)也同樣插上了AI的翅膀，準(zhǔn)備飛翔。AI對(duì)于電池行業(yè)來說，無疑是最重要的一個(gè)幫手，就看能不能加速全固態(tài)電池的量產(chǎn)落地了。
作者丨王小西
責(zé)編丨崔力文
編輯丨王? ?越
