产学研协同构建中国全固态电池技术平台：全固态电池材料创新与研发平台升级

前言与平台成立背景

2024年1月21日，中国全固态电池产学研协同创新平台（CASIP）由多名院士专家、领军企业、知名高校、研究机构及地方政府联合发起成立，旨在推动全固态电池全行业产学研协同创新。平台重点关注全固态电池技术路线研判、关键材料创新及AI研发平台建设。

全固态电池技术路线研判

1. 技术路线聚焦硫化物电解质：全固态电池主体电解质逐渐聚焦于硫化物技术路线，投入持续增加。
2. 轿车用全固态电池技术路线：
   • 2025-2027：石墨/低硅负极硫化物全固态电池：目标能量密度200~300Wh/kg，攻克硫化物固态电解质技术链，三元正极和石墨/低硅负极基本不变，向长寿命大倍率方向发展。
   • 2027-2030：高硅负极硫化物全固态电池：目标能量密度400Wh/kg和800Wh/L，重点攻关高容量硅碳负极，三元正极和硫化物固态电解质仍为主流，面向下一代乘用车电池。
   • 2030+：锂负极硫化物全固态电池：目标能量密度500Wh/kg和1000Wh/L，重点攻关锂负极，逐步向复合电解质、高电压高比容量正极（高镍、富锂、硫等）发展。
3. 全球全固态电池发展趋势：
   • 硫化物固态电解质：众多企业布局研发，已建立小批量供应能力，需攻克大规模生产工艺。
   • 量产时间预测：
     • 2025~2027：石墨/低硅负极硫化物全固态电池。
     • 2027~2030：高硅负极硫化物全固态电池。
     • 2030~2035：锂负极硫化物全固态电池。

全固态电池关键材料创新

1. 固态电解质：
   • 清华大学-四川新能源汽车创新中心研发系列硫化物固态电解质，基础型离子电导率>11mS/cm，小粒径型D50<500nm，离子电导率>4.5mS/cm。
   • 超薄电解质膜：20um连续化制备，离子电导率达1.4mS/cm，2025年推向产业化。
2. 复合正极：
   • 高镍正极：通过前驱体原位掺杂改善倍率性能（1C容量218mAh/g），正极包覆改善循环性能（室温1180周循环容量保持率81.1%）。
   • 高压实复合正极：压实密度达3.5g/cm³，活性材料占比≥85wt%，载量≥3.5mAh/cm²。
3. 硅碳负极：
   • 高性能硅基负极为主流，主要挑战包括提高材料性能、降低成本和解决界面问题。
   • 一步法硅碳负极：容量>2000mAh/g，首效>83%（0.8V），循环性能优于硅烷沉积多孔碳，吨级生产能耗<1000kWh。
   • 低体积膨胀硅碳负极：利用多孔碳骨架预留体积膨胀空间，显著降低极片膨胀率。
   • 异亲和粘结剂：提升硅碳负极低压力下（3MPa）的倍率性能和循环性能（125周一1050周）。
   • 产业化进展：基于一步法硅碳负极材料开发的500/550系列产品已完成全固态电池样品验证，运行压力低于5MPa；现有产能为3000吨，未来逐步扩产至万吨级。

全固态电池的AI研发平台

1. AI科研新范式：
   • 电池设计和材料研发从实验试错、正向仿真逐步过渡为智能化全自动研发新模式。
   • 建立组成-结构-性能关系模型，通过数字孪生方法仿真虚拟电池性能，实现多变量高维空间快速寻优。
2. AI研发平台构建：
   • 基于材料文献数据库与大语言模型开发能源材料垂直领域大语言模型。
   • 基于人工智能的能源材料表征。
3. 电池智能设计（BDA）：
   • 电池设计从第二代仿真驱动向第三代基于AI的电池智能设计（BDA）技术发展。
   • BDA可将电池研发效率提升1~2个数量级，节省研发费用70~80%。
4. 全固态电池研发智能公共服务平台：
   • 平台里程碑：探索AI for Science科研新范式，助力固态电池产业发展。
   • 战略目标：构建全固态电池智能研发平台，推动产学研协同创新。