“真正大規模研發全固態電池，是在去年大半年。到目前為止，才干了半年。前面要打基礎，因此今年我們的主題是全固態電池材料創新與研發平臺升級。到明年，我相信主題可能就是單體電池。”

2月中，中國科學院院士歐陽明高在中國全固態電池創新發展高峰論壇中說到。

一開場，歐陽明高就指出，要在今年打好基礎，產學研應協同起來，構建中國全固態電池技術平臺，上下游企業互通有無，明確總體思路，選對技術路線，材料創新突破共性基礎技術。

“從全局看，重點要防范的是全固態電池技術路線帶來的顛覆性風險。”

不僅是國內在全力以赴研發全固態電池，日韓同樣如此。

01.選對路線，很重要

“全固態電池技術路線的研判，就是明確總體思路，這很重要。戰略錯，就全錯。”

“為什么中國新能源汽車能有今天？技術路線選對了。為什么電池產業能有今天？也是當年鎳氫和鋰電池之爭，最后選擇了鋰離子。” 

圖片來源：歐陽明高在中國全固態電池創新發展高峰論壇中的演講（下同）

歐陽明高認為，如今全固態電池技術路線的研判，頗類似當年鎳氫電池與鋰電池之爭，以及油電混合與純電驅動之爭。

在歐陽明高看來，目前，相比國外，國內重點以半固態(固/液混合)為特色，對全固態認知不一，投入不夠。

比如日本2020年全固態電池技術路線，聚焦全固態電池，固態電解質硫化物為主、正極材料三元為主、體積比能量為標志性目標。第一代硫化物系，負極采用硅系或者石墨系。對于下一代，他們認為是先進硫化物系和氧化物系，其中氧化物系是突破了離子電導率后的氧化物。日本路線圖制定者認為，只有有機固態電解質才有可能解決安全問題。

這是日本的邏輯，不一定對，但可以參考。

再看國內。

過去幾年來，對于轎車用全固態電池技術路線，電池公司越來越多地聚焦到硫化物，超過氧化物系和聚合物系的總和。我們看到，硫化物體系包含寧德時代、比亞迪、中創新航、孚能科技、蜂巢能源等電池廠，以及一汽、長安、廣汽等主機廠。

正負極材料又該怎么選呢？

我們繼續用數據說話，高鎳三元層狀氧化物與石墨配合后的重量比能量很難做到300wh/kg，即使是做固態，比如豐田的固態電池重量比能量就是200~300wh/kg。

如果能量密度要做到400wh/kg，負極就得用硅，正極繼續用高鎳三元。這時固態電池不僅能做到磷酸鐵鋰的安全水平，而且重量比能量相比現在的磷酸鐵鋰電池高一倍以上，體積比能量是三倍多。這對轎車意義太大了。

到500wh/kg，就需要鋰金屬負極，而正極則隨著能量密度的提升，將從高鎳三元層狀氧化物進化為氧化物、硫化物、氟化物、富鋰錳基等等。要過600wh/kg，那就得是硫正極。

這其中的核心轉折點在哪里呢？

歐陽明高解釋道，500wh/kg以內相對來說是我們可以攻克的，而以上電化學類型就發生變化，從插層化學變為了轉化化學，難度極其高。

對于負極來說，可分為三類：石墨/低硅、高硅硅碳、鋰金屬。2030年前硅碳是重點，可以把比能量提升到硅混合也達不到的程度。

投入產出比看，硅碳負極是把電池能量密度提升到 400wh/kg是最合適的材料。在之前，隨著硅碳克容量的增加，比能量幾乎呈線性增長；但是400wh/kg以上，克容量增加了很多，而比能量增長的很少，投入產出比不合算。

第三種，鋰金屬，面臨的挑戰是體積膨脹，枝晶生長。安全性方面，鋰金屬的熔點是180℃，而電池熱失控的最高溫度也得超過1000℃，安全問題很難控制。

該材料的發展方向就是要金屬鋰體相復合與界面設計。人工智能AI for science，將在材料創新中發揮巨大作用。

歐陽明高表示，經過這些分析，去年6月份他提出了三代以硫化物為主體電解質的轎車全固態電池量產時間預測。

2025~2027年，第一代，石墨/低硅負極硫化物全固態電池，以200~300Wh/kg為目標，攻克化物固態電解質，打通全固態電池的技術鏈，三元正極和石墨/低硅負極基本不變，向長壽命大倍率方向發展。

2027~2030年，第二代，高硅負極硫化物全固態電池，以400Wh/kg和800Wh/L為目標，重點攻關高容量硅碳負極，三元正極和硫化物固態電解質仍為主流材料體系，面向下一代乘用車電池。

第二代，是當前主攻目標，材料體系先行。

2030~2035年，第三代，鋰負極硫化物全固態電池，以500Wh/kq和1000Wh/為目標，重點攻關鋰負極，逐步向復合電解質(主體電解質+補充電解質)、高電壓高比容量正極發展(高鎳、富鋰、硫等)。

對于第三代，我們現在還處于論文階段，在證偽，而非求真。

歐陽明高說到，在6月份以后，國內技術路線聚焦三元/硫化物/硅碳，目標清晰，向著400Wh/kg前行，產業化時間明確，定于2027年左右。

在眾志成城之下，硫化物固態電解質已經建立了小批量供應能力，接下來需要重點攻克大規模生產工藝。

02.帶頭公開數據

“雖然我是全固態電池平臺的理事長，但是大家的數據不會給我的，所以我還只能講我團隊的數據。我來帶頭公開我們的數據，希望大家也能公開，至少在我們平臺內部可以公開。”

歐陽明高再次呼吁數據的開放和互通。

首先，固態電解質，清華大學-四川新能源汽車創新中心研究團隊持續研發硫化物固態電解質，取得系列進展系列硫化物固態電解質產品：基礎型離子電導率>11 mS/cm；小粒徑型材料D50<500>4.5 mS/cm；分別針對正負極材料進行界面優化，顯著提升復合電極循環穩定性。 

也就是，第一代追求離子導率9-18 mS/cm；第二代構建復合電極離子通路，降低膜厚: 200-900nm；第三代提升可加工性，干房可加工，更軟；第四代提高循環穩定性，那就是界面包覆緩解副反應。

還有超薄的電解質膜，可實現20 μm電解質膜的連續化制備。他們認為現在20μm對于產業化是可以做到的，轉印前后均具有良好的柔韌性和加工性能離子電導率達1.4 mS/cm，可實現軟包電池良好的循環性能。

其次，復合正極，也就是高鎳正極，通過前驅體原位摻雜改善一次顆粒尺寸及取向，倍率性能大幅提升(1C容量218 mAh/g，通過簡易干法實現表面包覆，改善循環，室溫1180周循環容量保持率81.1%。

這中間有一個問題，就是復合電極是有縫隙的，怎么處理？歐陽明高認為，高壓實復合正極，也就是通過活性材料、電解質等尺寸及比例設計，復合正極壓實密度可達3.5 g/cm3，活性材料占比超85 wt%，載量超3.5 mAh/cm2，設計能量密度及1C容量發揮率均優于現有研究水平。

最后，高性能硅基負極，已經成為400Wh/kg全固態電池的主流負極材料選擇。各類硅基負極材料都在研發中尚未實現大規模商業化應用，主要挑戰包括提高材料性能、降低成本和解決界面問題等。

目前的主流是什么呢？國內都在模仿的是美國G14公司發明的氣相沉積硅碳負極制備工藝，硅碳材料容量1900mAh/g，首效>82%(0.8V)，體積膨脹率大概90%。但是它的產品工藝的穩定性以及硅烷的安全性目前是有問題的，已經發生過事故，而且能耗大于5000度電。

華宜清創公司與歐陽明高院士工作站發明了一步法硅碳負極工藝，容量可以大于2000mAh/g，首效83%，與G14相似，造粒后材料體積膨脹率~90%，同樣差不多。但是，生產過程安全，生產周期很短，噸級生產能耗小于1000度，優于G14。

對于界面反應和體積膨脹等最為關心的問題，歐陽明高稱，他們的一步法硅碳負極工藝都解決了。

如采用高離子導率、低電子導率的材料進行界面修飾，提升硅碳負極材料和硫化物電解質之間的界面穩定性，改善硅碳負極的循環性能。

將碳包覆硅納米顆粒和多孔碳材料進行復配，利用多孔碳骨架預留體積膨脹空間從而顯著降低硅碳負極的極片膨脹率，打造出低體積膨脹硅碳負極。

第三方測試結果顯示，高克容量OSD硅碳負極極片膨脹率與CVD硅碳負極相當，中低克容量OSD硅碳負極極片膨脹率低于CVD硅碳負極。

歐陽明高院士工作站還自制了適配硅碳負極的異親和粘結劑：通過形成粘結劑網絡，對電極中各成分形成強束縛作用，提升硅碳負極低壓力下(3MPa)的倍率性能和循環性能(125周增加到1050周）。

據歐陽明高介紹，現在他們的多個規格型號的硅碳產品已向20余家電池及負極材料企業供貨，產能3000噸，預計到2025年到1萬噸。

03.AI for science

歐陽明高再次強調了Al for Science的科研新范式。

過年期間爆火的Deep Seek大模型，在電池知識問答和電池文本挖掘任務上均表現優異，在電池設計任務上具備初步的總結能力。不過通用大模型尚欠缺科學分析能力，仍需要垂直領域大模型解決。

并且，電池設計和材料研發方法從實驗試錯、正向仿真方法逐步過渡為智能化全自動研發新模式。也就是說，材料研發過程中的試錯可能不需要大量的學生在實驗室賣苦力了。智能化全自動研發包括交互模式，檢索模式，計算模式的革新。

歐陽明高在論壇上介紹了構建專業數據庫、設計檢索詞、進行技術譜系分類以及智能體的開發，最終目標是開發出能夠進行材料結構計算、性質計算、反應路徑計算以及材料篩選和優化的專家智能體，以實現材料研發的自動化和智能化。

而這些都離不開專家智慧、海量數據、多學科團隊的協同創新。

歐陽明高期待著，全固態電池研發智能公共服務平臺能夠在2027年向全行業開放，提升電池研發效率，節省研發成本。

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