中国全固态电池产学研协同创新平台正式成立，欧阳明高院士作报告

中国全固态电池产学研协同创新平台正式成立，欧阳明高院士作报告

【德泰新材料】获悉，2024年1月21日，由多位院士专家、多家龙头企业、知名高校、科研机构、多个地方政府共同发起的国家全固态电池产学研协同创新平台（CASIP）正式成立。

在“中国全固态电池产学研协同创新平台”成立大会暨中国全固态电池创新发展高峰论坛上，中国科学院院士、清华大学教授欧阳明高就全球全固态电池研发背景、中国发展需求以及当前相关研发难点问题、协同创新等方面作了报告。

背景方面，欧阳明高提到，“我国需要跨越创新周期，迎接新一轮国际电池技术竞争。从全球来看，固态电池目前以全固态电池为主，其中硫化物电解质占主导地位。我国固态电池技术路线多样化，以固液混合为主要特征。”

从国内发展来看，欧阳明高指出“我国全固态电池研发当前需要统一认知，凝聚力量，协同产学研，共同建立协同创新平台，共同突破全固态电池产业化关键技术。”

从整个行业来看，“要发展渐近的半固态技术路线，但也要警惕激进的全固态技术路线带来的颠覆性风险”。

展望未来，欧阳明高认为，未来十年，或者说已经开始的这十年，是材料更替的时期，现在我们进入了新一轮的材料创新周期，这个周期会一直持续到2030年左右，也就是说全固态电池在2030年左右是有可能实现产业化的。面对国内外加剧的竞争，我们要居安思危，电池行业未来的发展方向是低碳化、智能化、固态化，同时人工智能正在改变材料的研发范式，这将大大加速全固态电池的研发速度，增加了全固态电池在2030年左右实现产业突破的确定性。

此外，在交流环节，欧阳院士针对全固态电池领域的关键问题和热点问题进行了深入探讨，他表示：“现在很多企业迫不及待地想把‘固态电池’装上车，但如果不解决好固态电池领域的关键问题，装上车也只是做做样子，欲速则不达。”

以下为现场报告发言实录：

尊敬的陈司长、苗部长、各位领导、各位院士、各位社会各界朋友，大家下午好！我今天就全固态电池的研发现状和产学研协同创新前景向大家作一下汇报。我讲三点。

一、全球全固态电池研发背景。

刚才陈院士回顾了从20世纪70年代开始的固态电解质研究，前期国内外很多科学家做了大量基础工作。

陈院士在德国留学期间，正是早期的固体电解质氮化锂激发了他转行的念头，20世纪70年代在1978-1980年左右出现了一个研究热潮，这个时间比较早。

当时也有早期的氧化物固体电解质，氮化锂由于稳定性较差而被抛弃。

另外一个就是硫化物固态电解质，早期的硫化物性能都不太好，比如第二阶段的硫化物，真正爆发的是第三阶段的硫化物。

其他的，比如卤化物固体电解质，也是很早就有人研究了，今天在座的孙学良院士就是卤化物固体电解质研究的领军专家之一，还有石榴石氧化物，这是我们南策文院士团队的主要研究路线之一。

所以我们看到，从上世纪六十年代开始，固体电解质的离子电导率从10-8到10-7再到10-3，现在已经达到10-2S/cm。固体电解质都在10-4或者10-5，用这些固体电解质做成的电池还不能满足实用要求。1992年液态锂离子电池发明之后，迅速实现产业化，并在2000年以后逐渐应用到电动汽车上，引发了一场新能源汽车革命。

近十几年来，以硫化物固体电解质为代表的新型固体电解质发展迅速，其离子电导率已经赶上甚至超过液体电解质，最早是2011年东京工业大学菅野教授发明的，他不断创造奇迹，2016年将离子电导率提高到25mS/cm，2023年最高能达到32mS/cm。当然固体电解质中含有锗，价格比较昂贵，因此也开发出了低成本的硫化物固体电解质，也就是我们比较常用的一种固体电解质。

受限于固体电解质的发展，固态电池在早期无法与液态锂离子电池竞争，当然现在也做不到。不过，2011年菅野教授发明的这种电解质出现后，电解质的离子电导性引起了轰动。从而引发了这一轮全球性的全固态电池竞争。

所以在2012年，丰田试制了全固态电池，之后越来越多的公司开始加入进来。你可以看到，从2011年到现在，关于全固态电池的论文数量呈爆发式增长，从一开始的300到500篇，到现在的350多万篇，增长了十倍。

现在越来越多的共识是，全固态电池被公认为下一代电池的首选方案之一，已被纳入中、美、欧盟、日韩等主要国家的发展战略，成为争夺下一代电池技术的关键制高点。

从全球固态电池产业布局来看，中国应该是最多的，其次是日本，日本企业虽然不多，但是实力很强，美国主要是一些创业公司，欧洲主要是跟美国的创业公司合作，然后韩国虽然不多，但是实力很强。

我们先来看日本，日本在借助国家的力量推动全固态电池的商业化，他们也有官产学联盟，丰田、本田、日产是目前全球范围内从事全固态电池研发和整车制造的三家，在电池跟整车性能的匹配上会占有优势，丰田是最早最深入的一个，现在日产也公布了他们试产和产品上市的时间节点，本田也公布了。所以丰田并不是唯一的一家，而是他们整个身体的一个动作。

另外一个国家就是韩国，虽然不是很活跃，但是却有三大电池厂，应该说韩国目前是全球第二大电池产业国家，虽然电池厂不多，但是这三家实力很强，在全固态电池方面有很强的实力，三家在这方面都取得了实质性的进展，尤其是三星，现在国内很多公司都在努力复制他们做出的全固态电池。

与日本不同，美国是初创公司为主，众所周知，电动汽车公司特斯拉也是一家初创公司为主的公司，不管是哪个行业，初创公司都是领头羊，而其他企业参与的不是太多，他们的车厂没有涉足，他们也没有很多电池厂，所以基本都是靠初创公司。那么这些初创公司靠什么支撑呢？一方面当然是靠股市，另一方面就是靠欧洲的车厂。比如 Solid Power 跟宝马合作，Scape 跟大众合作，这两家公司最近都放出消息，特别是 Scape 的股市涨的非常好，所以就发布了一个产品。

总之，目前全固态电池产业路线图不是某家公司定的，而是很多家公司定的，而且都是实力雄厚的公司，基本上产业化时间是2027-2030年，也就是说大家都把目光集中在这个时间点，这难道不是偶然的，大家已经达成了一定的共识。

二、中国全固态电池的发展需求。

中国是否应该发展全固态电池？这个问题需要讨论。中国目前是电池领域的领先国家，所以似乎没有必要担心。即使2030年全固态电池研发成功并实现产业化，中国也需要很长时间才能研发出全固态电池来取代液态锂离子电池。电池要占据50%的市场份额至少还需要二三十年。

但是电动车才取代了30%的市场份额，全世界就惊呼中国汽车要领先了。其实不需要取代到50%，但是1%就足以发出警告了。当我们的新能源汽车市场份额达到1%的时候，大概在2016年左右，全世界就开始向电动车转移了。对于汽车技术来说，1%的市场份额是很重要的，所以市场份额不需要取代到50%，取代1%就已经是一个突破了。

我们目前的情况是，液态锂离子电池产业的发展取得了辉煌的成绩，十年来，动力电池的能量密度提升了3倍，成本下降了80%以上，我们的电池产量也接近全球的70%，这是值得骄傲和肯定的。而今天电池行业也面临着产能过剩、行业内卷的问题。

现在电池行业的一个方面是低成本电池的成本不断下降，技术门槛比较低。门槛低了，进来的人就多起来了，很多有钱的民营企业都想进来。但同时我们还没有完全满足电动车客户的需求。比如超级快充，350千瓦以上，整个生命周期内如何防止锂的沉积、寿命、安全事故，是一个很大的挑战。低温耐久性也是一个挑战。经常有人抱怨。

至于体积能量密度，大家知道，国外的厂商，比如说欧洲，德国的厂商提出到2026年，负极的硅含量要达到接近50%，我们现在还受不了，因为膨胀率才百分之几，太高了，怎么达到50%？50%的硅对寿命的影响会非常大，为什么要这么做？体积能量密度还需要进一步提升，毕竟磷酸铁锂电池的体积能量密度现在还比较低。当然我们不是没有技术方案，只是面临着技术壁垒不断增加的挑战。

另外我们来看锂电池的技术创新周期，大家知道光伏电池的创新周期大概是十年换一代，锂电池的创新周期更长，我个人认为大概是三十年。

众所周知，锂离子电池从手机到动力电池的发展大概是从2000年左右开始的。第一个十年，首先要解决的问题就是安全，我们还在努力，但是有些走在前面的企业基本已经解决了，现有的比能量应该可以解决，但是如果比能量再提高呢？大家会问为什么要提高比能量？问题是如果比能量提高了，成本也不用增加太多，对吧？那不是要被颠覆了吗？这十年，智能化技术在电池行业逐渐应用，这几年我们还在解决问题，行业急需提升品质、降低成本、提高效率，解决方案是什么？数字化转型。就是电池全生命周期的智能化链条。

我觉得接下来的十年，或者说刚刚开始的这十年，是材料更替的十年，因为一开始我们就是靠材料更替来驱动的。锂离子电池为什么能应用到汽车上？就是因为三元、铁锂电池。电池刚装到汽车上的时候，一直烧车，所以锂离子电池根本就不受看好。国家新能源汽车科技项目到2005年才勉强把重点放在锂离子电池上，在这之前还是铅酸电池、镍氢电池是重点。

后来由于磷酸铁锂、三元电池材料的创新，锂离子电池成为动力电池的主流，现在我们处在新一轮的材料创新周期，我觉得这个周期会持续到2030年左右，也就是全固态电池可能在2030年左右实现产业化。我们面临国内外的竞争加剧，虽然我们是世界第一，但是也要居安思危，发展方向是低碳化、智能化、固态化，我重点说一下固态。

什么是全固态电池？我们为什么要研发全固态电池？因为全固态电池具备颠覆技术的潜力，不是有能力，而是有潜力。为什么呢？首先安全性高，从液态到固态，硫化固态电解质的热稳定性可以维持到300℃，而液态电解质在100℃就会蒸发，所以就增加了200℃的安全裕度，我们也对全固态电池的安全性进行了研究，至少可以把温度提高200℃，让它保持在我们正常的工作范围内，这是一个比较安全的方法。

第二是高能量密度。当然高能量密度现在还没有实现，但是有这个潜力。不只是从单体电池的角度，从电池模组的角度，它有这个潜力，因为它可以做成双极板。液态单体电池必须要包裹，不然电解液会漏出来，造成短路。未来固体电解质就不需要包裹了，既然不需要包裹，我们就不需要用那么多壳子，就像燃料电池那样，串联起来叠起来就可以了，这样从单体电池和模组两个方面都可以提高能量密度。

第三，就是高功率特性。我们现在的液态锂离子电池的离子传导叫运输模式，需要先溶剂化，再脱溶剂化，通俗的讲就是离子在液态电解质中移动需要“搭船”，但是锂离子在固态电解质中间是跳跃模式，有更高的转移速率，这就导致充电速度大大提升，这就是它的高功率特性。这个快充和我们现在的快充不一样，现在的充电速度如果太快，就会有锂沉积，当负极电位降到零的时候，就会有锂沉积，因为锂离子堆积在负极的入口处，进不去，这就导致极化加大，电位下降，就会导致锂沉积。固态电池以后可以解决这个问题。

第四是温度适应性。众所周知，我们目前的液态电池在低温环境下续航能力较差，液态电解质、锂离子电导率都和温度有直接关系。全固态电池的电解质在-30℃、100℃下都很稳定，在一定范围内不会凝固、汽化，所以温度适应性好。我们不需要搞那么复杂的热管理，冬天容量也不会大幅下降。

最后一个就是材料选择的范围更广了，因为固态电池的电化学窗口很宽，比如卤化物有非常好的抗氧化性能，可以适应高电压，比如硫化物就适合低电压，现在有人把这两者结合起来，就可以打造出电化学窗口非常宽的电池，可以进一步提高电压。

这些特性可以同时满足，不像液态电池，一方面性能好，另一方面性能差。比如比能量高了，但是充电倍率降低了，电池寿命可能会缩短。比如充电倍率性能提高，循环寿命可能会下降。而固态电池就不会这样，充电倍率提高，电池寿命反而会增加。我们实验1C循环1000次，而5C可以循环10000次，它和液态电池的特性不一样。所以我们认为全固态电池是动力电池重要的发展方向之一。

目前全球固态电池主要还是全固态电池，国外也基本以全固态电池为主，全固态电池中又以硫化物电解质为主，这是两个特点。

这两个也是我们需要思考的，氧化物因为离子电导率比较低，太硬太脆，现在也逐渐转向固液混合。聚合物也是一样，它的电化学窗口比较窄，电导率较低，现在也在转向固液混合。卤化物应该说很有潜力，但是还在实验验证阶段，所以国外基本都选择硫化物全固态电池。硫化物，第一，离子电导率最高；第二，材料比较软，等静压固固结合的时候可以让它结合得更好。但是硫化物也存在很多问题，比如空气稳定性、化学稳定性较差等，还有很多问题需要解决。

那中国目前呢？固态电池技术路线是多元化的，我们主要采用固液混合，跟国际市场全固态为主不一样，固液混合当然是氧化物、聚合物电解质，硫化物在中国并不是主导技术。中国做固态电池的公司很多，当然很多原来是全固态的，后来转向半固态，产业链也比较完整，而且目前主​​流的电池厂商很多也是在做固液混合、半固态电池，这些原本都是初创公司做起来的，有的公司也在尝试搭载在车辆上。

半固态电池的特点是固液混合电化学原理与液态锂离子电池相同，并非颠覆性技术，而是提升安全性的技术之一。半固态电池正在车辆上进行测试，但良品率、电池成本、充电速率、循环寿命仍是需要解决的问题。即使大规模生产，我们仍需要提高良品率，降低电池成本。另外，充电速率普遍会下降，循环寿命也难以与液态电池相比，这是我们需要解决的问题。

从整个行业来看，我们要发展这种渐进式的半固态技术路线，但也要警惕激进式全固态技术路线带来的颠覆性风险。这个风险在哪里？就像十几年前汽车向电动汽车转型时，混动与纯电驱动的选择是热议话题，后来国家汽车战略选择了纯电驱动，包括纯电动和插电式混合动力，排除了油电混合动力。很大程度上，情况和今天类似。

之前我是搞内燃机电控的，当时柴油机电控有两条技术路线，一条是渐近式，就是发展电控泵，一条就是高压共轨式。苗部长知道这个，当时我们有这两个选择，不知道选哪个。公司说高压共轨系统，高压油管里的压力达到2000个大气压，这不是个炸弹吗？没人敢做。但是最后电控泵是过渡的，共轨成了主流，这种情况已经出现过好几次了。所以我想引起大家的思考，有风险，要走以固液混合为基础的路线，但是完全依赖也是有风险的，要警惕全固态电池技术路线带来的颠覆性风险。

在全固态电池技术方面，国内外专利布局差距很大，刚才也说了，丰田有1300多项专利，我们国家这5年一直在加速，但我们查了一下发现，数据来源是《智芽全球专利数据库》，截止2023年10月，国内企业全固态电池相关专利不足100项，其中我院士工作站在全固态电池专利授权量上，位居国内第二。我先简单介绍一下我团队电池相关研发的现状。

我的团队下设电池储能、绿色氢能、智慧能源三大研发事业部，模式以问题导向，跨学科、创新创业，推动我国新能源汽车发展和新能源技术革命，电池事业部的校外基地在宜宾，也是国家市场监管总局重点实验室。

我们专注于电池安全性研究和新型电池开发，包括被动安全研究和高安全电池开发、主动安全研究和智能电池开发、本质安全研究和全固态电池开发。

第一、关于高安全电池。

我们采用本质安全电解液+原位聚合技术，利用聚合物单体尽可能去除液体，利用聚合物网络将锂盐粘结，抑制锂盐与负极的放热副反应，聚合物网络的包覆层减缓正负极的热失控反应，高安全电池热失控温度提升近50℃，能通过170℃、30分钟热箱测试，达到360Wh/kg，且能基本保持原有的充放电倍率，而且因为没有采用固态电解质，成本变化不大。

二、智能电池。

首先我们开发传感器，包括智能端盖、智能隔膜、智能集电器，把隔膜变成潜在的传感器，在智能端盖里植入芯片，用无线BMS。我们现在第一个应用场景是储能电池。动力电池的容量比较小，加装传感器会增加成本，目前储能电池都是500Ah一个，成本增加很小。而且大安时电池需要智能化，一旦出现电池安全问题，后果将是毁灭性的。

第三，全固态电池。

高安全电池、智能电池为全固态电池奠定了基础。同时我们认为全固态电池的发展首先要有好的工具，要能看见、能算、能做，也就是表征手段，全套的仪器要能看见原子，能算，从原子计算到模块计算，而且观察和计算结合起来，观察完马上计算，现在又加上人工智能。另外还有设备的准备，这三样东西是我们跨学科最有力的武器。

利用这些手段，我们提出了制备硫化物复合电极的新方法，正极容量高达/g，提出了制备硅负极的低成本新方法，容量达到/g。同时，我们正在开发安培小时级硫化物全固态电池的样品，初步打通了硫化物全固态电池的组装工艺，目前还处于样品阶段，我们还面临着一系列技术和工程瓶颈。

三、全固态电池的挑战与协同创新。

全固态电池目前面临的挑战巨大，具有跨学科特点，技术壁垒极高，包括材料界面、工艺、产业链、设备等，下文将逐一讨论。

第一是全固态电池的科学技术挑战。

全固态电池产业化还面临一系列科学挑战，需要从关键材料、界面、复合电极、单电池等不同层面去解决。比如在材料层面，硫化物电解质的化学稳定性和空气稳定性很差，批量生产难度大，生产难度大。基础硫化锂很贵，我觉得首先要把价格降下来，现在自己造比买便宜80%，所以硫化锂生产规模要加大，成本要降低，不然大家都自己造了。硅碳负极还有一个问题就是体积膨胀，而锂负极现在还没成熟。

在界面层面，电极材料和固体电解质的界面相容性，包括界面副反应，固-固界面的机械接触和体积变化等，我们现在需要施加压力，在制备过程中施加的压力非常大。多大？压力是5000多个大气压。而且我们的界面非常复杂，有空间电荷层等。我们需要找到新的材料作为过渡层，这就需要材料创新。

第三是电极层面，高表面负荷复合电极在应变条件下电荷传输较慢，电解质本身可以做到10mS/cm，但做成隔膜就不好了，做成复合电极就更差了，还存在机械失效等问题。

最后，在芯片层面，环控成本较高，因为空气稳定性问题，只能在手套箱内进行，这也是一个大问题。等静压法效率低，在5000个大气压下生产效率比较低。另外，电芯很难做大、做厚，目前也没有相关评价标准对整车工况下电芯性能进行综合考核。

第二方面是全固态电池的工艺设备挑战。

如果我们使用潮湿的过程，我们可能会保留一半的设备，如果我们使用三分之二的设备，我们将不得不使用新设备。

第三个问题是工业链的挑战。

但是，如果我们现在制造全稳态的电池，那么中国的电池产业链是世界上最强大的链条，然后我们的整个生命周期产业链，从原材料到底物生产，电池电池/电池包装，电池包装和电池回收，将造成巨大影响。

因此，这些问题当然要逐一解决，尽管这些困难面临着一系列的技术挑战，但还没有达成共识。 IES用于全稳态电池的工业化。

我们在中国工业工业 - 大学 - 大学研究合作促进协会的支持和指导下建立了“中国全稳态的国家电池工业 - 大学 - 研究协作创新平台”。

第一个平台是科学研究服务。

包括政策，我们需要收集和组织政府的信息，以供公众宣传，但要指导我们的电池行业，但我们还需要筹集许多财务，而我们的财务部门也需要投资。

第二个是基础研发。

我们可以对竞争性的领域进行联合研究。

另一个问题是数据不一致，因为我们之前看到的是统一的评估过程，日本已经建立了一个特殊的评估中心，以确保评估是统一的。

第三，工业协作平台。

合作是一个关于刺猬的故事，如果他们彼此之间的距离太远。

例如，我们不应该有数十个同层，但是我们都可以一起支持，例如，我们都可以将它们集中在硫化锂和稳固的情况下无论我们的想法如何，我们都会在这里交换nan和huang的术语。

最后，让我给你一个前景。

首先，人工智能正在改变材料的研究和开发范围，这将加速全稳态的电池，因为我们都知道，材料科学的研发范围正在推翻。无人实验室中的机器人和AI中发现了220万个可能的稳定结构和超过4000万个稳定的结构。

这对我们很有帮助。这将增加在2030年左右的全稳态电池工业化方面取得突破的确定性。

期待中国电池材料系统的研发趋势，我们需要低成本的电池。出去，抓住这一天，并有这种紧迫感。

注意：本文中的某些材料来自互联网上的电动卡车观察和公共信息，作者改写了作者的个人意见。