每经20周年专题系列丨中科固能吴凡：2030年全固态锂电池电动汽车渗透率将显著提升 商业化应用趋势初现

2024年，新能源汽车的快速发展带动了以锂离子电池为代表的电池产业快速迭代创新，全球掀起了一场半固态电池、全固态电池的技术争夺战，各家企业争先发布固态电池落地时间表。

对比当前锂离子电池，全固态电池拥有能量密度高、安全性高、寿命长、适用范围广等诸多优势，在当前新能源产业快速发展之下，被看作是电池产业的重要发展方向。而从应用场景看，在新能源汽车、储能等领域，全固态电池应用前景广泛。

但目前，固-固界面建构不稳定、多场耦合下的失效和失控机制等方面仍存在难点，全固态电池何时实现规模化应用成为各界关注的话题。

对此，中科固能董事长、共青团常州市委副书记、中科院物理所博士生导师吴凡日前在接受《每日经济新闻》记者采访时表示，国内全固态电池的研发目前正处于快速发展阶段，预计在未来几年内将逐步实现商业化。

全固态电池在新能源汽车与储能场景应用有巨大潜力

NBD：目前多家企业布局全固态电池赛道，从技术层面看，当前面对的主要挑战是什么？

吴凡：目前全固态电池大概面临六方面的难题。第一是固态电解质的离子电导率需要提升，全固态电池需要具有高离子电导率的固态电解质，以保证电池的充放电性能。目前，提升固态电解质的离子电导率是技术发展的关键之一。

第二是全固态电池仍需要与锂金属和高比能电极材料良好匹配，以实现电池的高能量密度和稳定性，匹配方面也有待提升。

第三是“固-固界面”构筑的稳定性。在全固态电池中，电极与固态电解质之间的界面稳定性对电池性能至关重要。目前，如何构筑相对稳定的固-固界面是技术发展中的一个挑战。

第四个难题是，全固态电池中的锂枝晶生长可能导致电池失效或安全问题，因此控制锂枝晶的生长是技术发展中的一个重要问题。

第五个难题是，全固态电池在多场耦合（如电场、温度场等）的影响下可能出现失效或失控，研究这些机制对于电池的安全和稳定性至关重要。

最后，推动固态电池技术的健康发展需要跨越技术研发和产业化的双重难关包括能量密度、成本和产能等方面的挑战。综上所述，全固态电池技术的发展需要克服多个技术挑战。

NBD：从全固态电池的特性来看，您认为哪些场景具备应用潜力？

吴凡：全固态电池技术凭借其在安全性、能量密度和循环寿命方面的显著优势，被认为在新能源汽车和储能市场领域具有巨大的市场潜力。

对新能源汽车来说，全固态电池的高能量密度、卓越的安全性和长久的循环寿命使其成为电动汽车领域的理想能源解决方案。预计到2030年，全固态锂电池在电动汽车市场的渗透率将显著提升，市场规模有望实现爆炸性增长。此外，全固态电池的结构设计和高稳定性也有助于简化电池管理系统并提高电池包整体的能量密度。

从储能领域来看，全固态电池高能量密度和卓越的安全性能预示着其在储能市场具有广泛的应用前景。固态电解质的引入解决了液态电解质在充放电过程中可能出现的问题，从而延长了电池的循环使用寿命。

随着全固态电池实现大规模商业应用，新能源汽车和储能市场也将发生根本性的变革。

NBD：全固态电池的应用，还将推动哪些产业的发展？将产生哪些影响？

吴凡：未来全固态电池聚焦硅基负极和金属锂负极，针对这两种技术路线的项目成果将应用于全固态电池领域，有望在能量密度、循环寿命、充电效率、安全性、稳定性等方面较传统液态锂离子电池实现质的飞跃。助力我国的新能源电动车、无人机、轨道交通、储能电站、消费电子等领域的发展。

目前，中科固能基于两种技术路线也开发了两种适用于硫化物基全固态电池的新型负极体系：硬碳稳定的锂硅负极以及软碳界面修饰的金属锂负极，电池在20C倍率下循环24000周，容量没有明显衰减，且电池可以在50C倍率(71.5mA/cm2)下充放电无锂枝晶生长。这是目前世界范围内已报道的循环寿命、倍率性能、电流密度和面容量最高的硫化物全固态电池。

全固态电池的研发对国家也有重要的战略意义。在全固态电池技术上的突破，将有力推进我国在高端制造领域拥有更多知识产权和核心科技，实现新能源电动车的弯道超车。

中国全固态电池研发处于产业化的关键机遇期

NBD：目前，从全球全固态电池研发的方向看，技术路线不尽相同，您认为何种技术路线将占主导地位？

吴凡：在固态电解质材料的选择上，目前全固态电池的技术路线主要包括聚合物、氧化物和硫化物三大类。在全固态电池的研发和应用方面，中国与全球其他主要研发全固态电池的国家在技术路径和研发进度上存在一些差异。

中国在硫化物路线上进展较快，有望率先实现量产。而全球范围内，硫化物电解质也占据主导地位。从技术路线上看，中国市场固态电池技术路线呈现多元化特点，以固液混合为主要特点，同时积极探索全固态电池技术。

目前，中国政府对全固态电池的研发给予了高度重视和支持，计划投资约60亿元用于全固态电池的研发，并支持相关企业进行技术突破，类似大规模的投入在全球范围内的全固态电池研发领域也是较为罕见的。

NBD：从全球范围看，中国全固态电池的研发处在何种水平？

吴凡：目前，中国在全固态电池的研发进度上已经取得了一定成果，正处于产业化的关键机遇期。具体来说，中国在全固态电池的研发层面已经实现了超长循环寿命、半固态电池量产、新型固态电池研发、关键技术等方面的突破。

半固态电池方面，2022年以来，中国企业的半固态电池已经实现了量产装车，这标志着半固态电池技术已经进入实际应用阶段；在全固态模具电池的研发上，中科固能已经实现了超长循环寿命（62500圈），全固态软包电池的循环寿命也在500圈以上，显示出中国在提升电池性能方面取得了显著进展。

根据目前掌握的信息，中国的研发团队已研发出能量密度高达400Wh/kg的新型固态电池，我们在固态电池能量密度的提升上也取得了重要进展。此外，关键技术层面如提升续航能力和延长使用寿命方面也有明显进展。

整体来看，全固态电池的研发和产业化正处于关键的机遇期，中国正积极把握这一机遇，推动固态电池技术的发展和应用。

封面图片来源：每经记者 孔泽思 摄（资料图）