“固态电池量产的那一天，就是燃油车消亡的开始”这句话到底什么时候会迎来检验？AI可能是一个决定性因素。
01
液态电池的技术瓶颈
之前宁德时代的董事长曾毓群曾表示，如果用数字1到9表示固态电池的技术和制造成熟度，“1”代表刚开始涉及这一领域，“9”代表技术成熟，可以投入大规模生产，那么目前行业仍处于“4”的水平。
而固态电池技术有待突破的根本，其实在于材料。
要想了解固态电池，不得不先从液态电池说起。从手机到电池，我们常见的都是液态电池，它主要由正负极材料、隔膜和液态电解质组成。正极一般使用一个嵌入锂化合物的材料，比如锂钴氧化物（LiCoO2）、锰酸锂（LiMn2O4）、镍酸锂（LiNiO2）及磷酸锂铁（LiFePO4）等等；负极则多以石墨为主。锂离子在电池正极和负极之间的摇摆穿梭来工作，游过液态电解质，再突破隔膜，嵌入、脱离正负极。
最早提出锂离子电池概念的，是上世纪七十年代在埃克森工作的M.S.Whittingham。当时他采用硫化钛作为正极材料，金属锂作为负极材料，制成了首个锂离子电池。而安全问题自那时起就和锂电池如影随形——仅在正常大气条件下，只要有水和氧的存在，锂离子易反应的火烈性格就会展露无遗，并会随之发生燃烧化学反应。
哪怕如今锂电池产业已经极为成熟，但过充放电、热冲击和机械冲击，以及隔膜上生长的锂枝晶都会造成电解液泄露，进而产生短路、着火等现象。到了电动汽车占比越来越重的今天，液态电池又遭遇了新的技术瓶颈。
所有的电动汽车都希望增加续航里程、缩短充电时间，但如果使用能量密度更高的材料，液态电池稳定性下降，起火风险就会增加；此外，液态电池寿命也有局限，电解液一旦耗尽，电池能量就会突然衰减，影响电池寿命；液态电池对环境温度的敏感也是“罪”，它让电车在寒冷地区加速能量衰减，成为新能源汽车推广的障碍之一。
行业这才打算在固态电池上另起炉灶。
02
所谓“终极电池”
固态电池其实和我们常说的锂电池“同宗同源”，连工作原理都一样，只不过电解液以及隔膜，部分或全部换成了固态电解质。
业界一般将电池内液体含量10%作为区分半固态电池和液态电池的分界线；而全固态电池，就是完全使用固态电解质，液体含量将降为零。现在很多车企宣称的已经上车的固态电池，其实都是半固态电池，也就是改进电解液，使其变成半固态或者胶状。
为什么目光都要投向了固态电池？因为在理想状态下，固态电池具有高安全、高能量密度和极简结构等优点。
既然是固态电解质，那液体泄漏造成短路的安全问题自然就消失了，汽车安全性大幅提升。至于能量密度，如今已经量产的半固态电池，虽然保留了5%-10%的电解液，但能量密度已经提升到了360瓦时/公斤（Wh/kg），充电一次最高可续航1000公里；现在占据全部市场份额的液态电池磷酸铁锂、三元锂（正极为镍钴锰或镍钴铝）电池，能量密度才集中在200—300瓦时/公斤之间。
业内普遍预期，未来全固态电池技术的能量密度可达1000瓦时/公斤。
这里有个很有趣也很常见的误会，固态电池的能量密度能变高，其实关键不在电解质，而是因为负极可以直接用锂金属或者硅——它才是提升电池能量密度的根源。
这两种负极材料在液态电池里也有掺杂，但是为了安全、性能等因素考虑，这些材料不多也不纯。而在固态电池里，整个负极都可以变成锂金属。
从电化学角度来解释，这意味着以前一个石墨负极上6个碳原子才能“留住”的一个锂原子，变成了每一个锂原子都可以变成离子参与电化学反应，能量密度能不大吗？这主要由于金属锂和石墨的嵌入机理不同。
现在大家应该能明白一点，真正的固态电池，它的正极体系变化不会太大，负极已经敲定为锂金属，真正的关键材料就是固态电解质本身。
03
能商用的固态电解质，难找
固态电解质的任务是要取代电解液，在电池正负极之间发挥隔离和传导功能，但它仍然带有缺陷。
固态电解质直接接触正负极材料容易出现孔隙或裂缝，就像你的两手手掌贴和，总是没办法像水流那样服服帖帖。而材料接触面一旦脱离，哪怕是原子尺度地失去接触，都会影响锂离子传导，一样会损伤电池寿命。固态电解质如果失效，同样会导致燃烧起火等安全事故。
所以固态电池研究团队要对每种材料及其复合材料充分验证，才能实现理想状态下的“终极电池”优势。
不过现在学界对于固态电解质材料体系也没有达成一致，主流路线有硫化物电解质、氧化物、卤化物以及聚合物等，可以说各有优劣，量产都有不同的困难。
以日本丰田等企业主打的硫化物为例，硫化物对空气湿度极为敏感，要在露点为零下60度至零下50度的环境中生产，否则容易生成剧毒的硫化氢。若要为硫化物创造合格的生产环境，成本和能耗都非常高。“露点温度”是衡量空气干燥度的指标，露点越低，空气越干燥。
要找一个合适的材料，并不容易。
曾有一位清华大学电子工程系教授表示，仅仅是应用于电池的小分子的类别就“比全世界的人口还要多”，要想找到一种便宜、好用、易生产加工的理想材料，要做大量实验验证工作。从实验室到商业落地的周期，最长可能达到20年。
04
用AI替代无穷的实验
我们常常在自动驾驶领域提到的仿真模拟和高通量计算，终于也要轮到固态电池了。
电池研发领域的高通量计算，很像是AI大模型的前身。高通量计算是指通过自动化流程快速、并行分析大量材料性能的计算方法。它可以结合计算机模拟和大数据分析，加速筛选出符合需求的电池材料，将电池材料研发周期缩短至几年甚至更短。
去年10月，宁德时代投资12亿港元的香港研究院正式揭牌，这个研究院的核心方向就是“AI for Science（AI助力科研）”。今年2月中旬，宁德时代研发部门负责人表示，公司已经搭建了电池材料智能化设计平台，拥有超1.8亿条分子数据和100万条晶体数据，还有正极、负极、电解液等专题研发数据库10余个；另一方面，宁王目前拥有的算力，可以在90天内完成材料筛选和闭环验证。
数据和算力都有了，在高通量计算的基础上，AI大模型实际上可以直接上场助力。
用过DeepSeek就会发现，现在的AI天然擅长处理大规模数据和复杂体系，能够在没有明显因果关系的众多变量中发现有价值的线索。当它用在开发新材料上，只需要十几天就能发现50种固态电解质新材料。
目前，整车厂、电池供应商们都在加速打造自己的智能实验室，通过AI大模型筛选出材料后，自动进行实验，极大提高产品开发准确性和速度。
比如，一个小容量电芯产品生产出来以后，研发人员可以通过AI模拟更大容量电芯性能表现，这样就不需要重复开发验证，降低开发成本。有AI助力，五年内我们可能就会用上一个较为理想的固态电池。但如果AI发现了一种不会燃烧、不会生长锂枝晶的电解液，固态电池还有必要吗？
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编辑｜张毅
审核｜吴新
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