固態(tài)電池，下一代電池技術(shù)的“新星”

固態(tài)電池新能源汽車要走向大眾，需要在企業(yè)和政府的共同推動下，攻堅克難，實現(xiàn)量產(chǎn)。

隨著技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，固態(tài)電池憑借其更高的能量密度、更快的充電速度以及更低的成本優(yōu)勢，被業(yè)界視作新能源汽車動力的未來發(fā)展方向。

當(dāng)前，固態(tài)電池領(lǐng)域已成為各大整車企業(yè)和電池廠商激烈競爭的焦點(diǎn)。固態(tài)電池時代的到來，必將引發(fā)新能源汽車產(chǎn)業(yè)的重大變革，有望進(jìn)一步加速新能源汽車的普及進(jìn)程。不過，要讓固態(tài)電池新能源汽車真正走進(jìn)大眾生活，還需要企業(yè)與政府?dāng)y手合作，共同攻克難題，實現(xiàn)規(guī)模化量產(chǎn)。

新能源車若要繼續(xù)替代傳統(tǒng)燃油車，電池技術(shù)在此進(jìn)程中將扮演著關(guān)鍵的角色。圖 / 攝圖網(wǎng)

固態(tài)電池邁向商業(yè)化

“奇瑞全新固態(tài)電池來了！”2024年，奇瑞汽車于北京車展上重磅發(fā)布風(fēng)云系列首款純電動SUV——“風(fēng)云E06”，瞬間吸引了業(yè)界的廣泛關(guān)注。這款車型搭載了奇瑞與多家科研機(jī)構(gòu)聯(lián)合研發(fā)的固態(tài)電池，其性能表現(xiàn)堪稱卓越。即使固態(tài)電池的一角被切除，仍能正常工作，充放電不受影響，且不會出現(xiàn)冒煙、起火或爆炸等情況。奇瑞官方透露，該電池計劃于2026年進(jìn)入定向運(yùn)營階段，2027年正式實現(xiàn)量產(chǎn)。屆時，搭載這款固態(tài)電池的車型，純電續(xù)航里程有望突破1500公里。

當(dāng)下，固態(tài)電池已成為電池科研與工業(yè)領(lǐng)域公認(rèn)的未來電池發(fā)展主流方向。除奇瑞外，豐田、大眾、寶馬等知名車企以及各大電池廠商，均在積極開展固態(tài)電池的研發(fā)工作。有消息稱，部分車型將于2025年搭載固態(tài)電池，實現(xiàn)“充電10分鐘，續(xù)航輕松破千”的目標(biāo)。因此，坊間有觀點(diǎn)認(rèn)為，一旦固態(tài)電池大規(guī)模應(yīng)用于汽車領(lǐng)域，不僅將對現(xiàn)有電動汽車市場格局產(chǎn)生巨大沖擊，甚至可能顛覆傳統(tǒng)燃油車市場。

產(chǎn)品上市，專利先行。專利堪稱各大企業(yè)搶占市場的銳利武器。在固態(tài)電池這一風(fēng)口領(lǐng)域，各大電池廠商和汽車企業(yè)早已展開專利布局。近年來，固態(tài)電池專利申請量呈迅猛增長態(tài)勢。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，自2016年起，全球固態(tài)電池專利申請總量開始爆發(fā)式增長，截至2025年1月，全球固態(tài)電池關(guān)鍵技術(shù)專利申請量已超11萬件。其專利申請趨勢表明，相關(guān)技術(shù)研究已從初步探索階段轉(zhuǎn)變?yōu)槿蛐袠I(yè)的普遍共識。

例如，2024年11月，華為公司公布了最新的固態(tài)電池專利——“摻雜硫化物材料及其制備方法、鋰離子電池”。據(jù)悉，該電池容量可達(dá)普通電池的10倍，續(xù)航里程飆升至3000km以上。華為的“入局”，再度攪動了固態(tài)電池領(lǐng)域的“風(fēng)云”。這一專利的公開，不僅標(biāo)志著華為在固態(tài)電池技術(shù)領(lǐng)域的深度布 局，更為整個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展注入了全新活力。

固態(tài)電池為何如此“出類拔萃”？

要了解這一點(diǎn)，需要先從它的“前身”——液態(tài)鋰電池說起。依據(jù)電解質(zhì)的不同，鋰電池技術(shù)體系可分為液態(tài)電解質(zhì)電池、半固態(tài)電池和固態(tài)電解質(zhì)電池。

傳統(tǒng)的鋰離子電池屬于液態(tài)電解質(zhì)電池，其結(jié)構(gòu)包含正極、負(fù)極、電解液以及隔膜。這種結(jié)構(gòu)存在一個致命的缺點(diǎn)：雖然隔膜承擔(dān)著保護(hù)作用，但要保證其絕對安全難度極大。這是因為隔膜既要允許電子穿過，又必須將電解液隔離開，所以始終存在被擊穿的風(fēng)險。例如，在過度充電、受到撞擊、進(jìn)水、高溫等情況下，這種風(fēng)險會急劇增大。一旦電池內(nèi)部溫度上升到一定程度，電解液就會汽化分解。而且，電解液是一種易揮發(fā)、燃點(diǎn)低的有機(jī)溶劑，一旦發(fā)生泄漏并與三元鋰材料接觸，內(nèi)部就會產(chǎn)生大量熱量，進(jìn)而導(dǎo)致燃燒甚至爆炸。在安全方面，傳統(tǒng)鋰離子電池發(fā)生燃燒、爆炸的案例并不少見。

傳統(tǒng)鋰離子電池的另一大缺陷是會引發(fā)用戶的續(xù)航焦慮。續(xù)航焦慮主要源于兩個方面：一是續(xù)航里程不夠長，二是補(bǔ)充能量耗時太久。即便如今已經(jīng)實現(xiàn)了十多分鐘就能充滿電，但七八百公里的續(xù)航里程，在長途行駛時，仍然難免讓用戶產(chǎn)生焦慮。此外，還有一個容易被忽視的問題，即電池占用空間較大。電池包布置在座艙下方，不可避免地會侵占乘坐空間。同時，較厚的電池包也會對外觀設(shè)計產(chǎn)生影響，使得很多電動轎車的側(cè)面看起來較為臃腫。

固態(tài)電池與傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池相比，最主要的區(qū)別在于，固態(tài)電池使用固態(tài)電解質(zhì)替代液態(tài)電解質(zhì)。雖然這看似僅僅是電解質(zhì)形態(tài)的轉(zhuǎn)變，卻如同“施了魔法”一般，為鋰電池帶來諸多優(yōu)勢。

2027年全固態(tài)電池上車！充電10分鐘，續(xù)航600公里不是夢！圖/百度

由于固態(tài)電池的電解質(zhì)為固態(tài)，極大地降低了電池發(fā)熱失控的風(fēng)險。這意味著，即使在遭遇事故時，電池也不會引發(fā)爆炸性燃燒。固態(tài)電解質(zhì)本身不可燃，且熱分解 溫度高，其固態(tài)特性避免了電解液腐蝕、揮發(fā)、漏液等問題，使得電池的安全性能大幅提升。這種安全性上的顯著提升，不僅讓搭載固態(tài)電池的汽車比燃油車更安全，還為電池充電速度的大幅提升奠定了基礎(chǔ)。固態(tài)電池的充電速度能夠達(dá)到傳統(tǒng)鋰電池的5-6倍。

在儲能方面，傳統(tǒng)液態(tài)電池在發(fā)展過程中遇到了諸多瓶頸，能量密度難以突破350Wh/kg的極限。而固態(tài)電池以固態(tài)電解質(zhì)取代液態(tài)電解質(zhì)，成功攻克了這些難題。它能夠采用硅碳、金屬鋰等高比容量的負(fù)極材料，能量密度輕松超越300Wh/kg，部分以金屬鋰為負(fù)極的固態(tài)電池能量密度甚至可達(dá)500Wh/kg，從而使續(xù)航里程輕松超過1000公里，有效緩解了新能源汽車的續(xù)航里程焦慮，堪稱電池領(lǐng)域的“佼佼者”。

此外，由于固態(tài)電池幾乎不存在熱失控風(fēng)險，電池組無需過多的溫度控制部件，這使得電池的整體重量得以有效控制。同時，更高的能量密度使其比其他電池體積更小、重量更輕，卻仍能提供相同的功率。隨著這種技術(shù)的發(fā)展，我們可以暢想未來新能源汽車電池充電的場景：人們能像給電動自行車充電一樣，輕松拿起電池前往充電柜進(jìn)行充電。

全固態(tài)電池面臨的技術(shù)瓶頸

在將液態(tài)鋰電池的電解質(zhì)替換為固態(tài)后，似乎一切問題都能被輕松解決，這讓人們感覺固態(tài)電池新能源汽車已近在咫尺。然而，技術(shù)突破并非易事。

2024年4月，上汽智己發(fā)布了最新車型——智己L6，并宣稱其為全球首款搭載固態(tài)電池的量產(chǎn)車型，續(xù)航里程超過1000公里。固態(tài)電池這一長期停留在概念階段的產(chǎn)品，似乎已提前進(jìn)入落地應(yīng)用階段。但實際上，智己L6所搭載的電池，在電解質(zhì)中添加了10%的浸潤液，且正負(fù)極材料與液態(tài)鋰電池的正負(fù)極材料相似，其實是半固態(tài)電池，并非真正意義上的全固態(tài)電池。

固態(tài)電池的研究并非始于近幾年，其研究時間比現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的液態(tài)鋰電池還要早，已有幾十年之久。但直至今日，它仍無法實現(xiàn)商業(yè)化量產(chǎn)。由此可見，全固態(tài)電池要成功走出實驗室，必然還有很長的路要走。這場追求新技術(shù)、比拼實力的“技術(shù)競賽”，更像是一場考驗?zāi)托呐c毅力的“馬拉松”。

首先，固態(tài)電池的電解質(zhì)變?yōu)楣腆w后，與電極之間形成固-固相接，會產(chǎn)生固-固界面問題。可以把它想象成兩塊積木疊放在一起，即便表面看起來再光滑，從微觀角度看仍會存在縫隙，這就會導(dǎo)致電阻增大，電導(dǎo)率大幅下降，即離子電導(dǎo)率較差。其次，理想的固態(tài)電解質(zhì)材料還應(yīng)具備對鋰金屬的化學(xué)和電化學(xué)穩(wěn)定性，能夠有效抑制鋰枝晶的產(chǎn)生，同時擁有足夠的安全性能等特性。

當(dāng)前，固態(tài)電池主要存在三大技術(shù)路線，分別為聚合物電解質(zhì)、氧化物電解質(zhì)以及硫化物電解質(zhì)。這三種電解質(zhì)均有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，至今尚未有一種能夠同時滿足各項性能要求。其中，聚合物電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率較低，需加熱至60℃才能正常進(jìn)行充放電操作，且化學(xué)穩(wěn)定性欠佳，在高溫環(huán)境下易起火燃燒，同時電解質(zhì)還容易被電解。氧化物電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率高于聚合物電解質(zhì)，然而其質(zhì)地極為堅硬，致使固態(tài)電池出現(xiàn)剛性界面接觸的問題。硫化物電解質(zhì)不僅離子電導(dǎo)率最高，機(jī)械性能也較為出色，在全固態(tài)電池領(lǐng)域具備極大的發(fā)展?jié)摿Γ贿^其界面穩(wěn)定性較差。在充放電過程中，金屬鋰與硫化物電解質(zhì)界面會發(fā)生嚴(yán)重的副反應(yīng)；在制備工藝方面，硫化物固態(tài)電池的制備工藝較為復(fù)雜，并且硫化 物易與空氣中的水和氧氣發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生劇毒的硫化氫氣體。此外，固態(tài)電池對材料純度和工藝技術(shù)要求極高，這無疑增加了開發(fā)和生產(chǎn)的成本，因此，如何降低固態(tài)電池的制造成本成為一項重要難題。

盡管全固態(tài)電池的研發(fā)道路充滿艱辛，但我們?nèi)詰?yīng)對其技術(shù)的量產(chǎn)和商業(yè)化持有信心與耐心。因為各大企業(yè)正持續(xù)加大在全固態(tài)電池領(lǐng)域的研發(fā)投入，并且不斷取得突破性進(jìn)展。

從專利角度分析，中國的固態(tài)電池專利申請數(shù)量位居世界首位，其次是日本、美國和韓國，中國的專利申請數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他國家。日本的相關(guān)企業(yè)數(shù)量雖不多， 但其技術(shù)實力強(qiáng)勁。日本對固態(tài)電池的研究起步較早，技術(shù)水平處于全球領(lǐng)先地位，尤其在硫化物技術(shù)方面積累深厚。從全球固態(tài)電池專利申請人排名來看，豐田汽車的專利申請量最多，優(yōu)勢顯著，達(dá)到5300多件。而我國在近五年里，固態(tài)電池研發(fā)進(jìn)程不斷加速，據(jù)統(tǒng)計，截至2025年1月，國內(nèi)公司有關(guān)全固態(tài)電池的專利申請數(shù)量，累計最高為1400多件。從企業(yè)研發(fā)實力對比來看，我國在固態(tài)電池技術(shù)上是否處于世界領(lǐng)先地位仍有待觀察。未來，我國若想在固態(tài)電池領(lǐng)域成為領(lǐng)跑者，不僅需要加強(qiáng)技術(shù)革新，還需出臺更多政策予以支持。

在全固態(tài)電池仍需持續(xù)進(jìn)行科技創(chuàng)新和技術(shù)研發(fā)才能實現(xiàn)市場化的情況下，不少企業(yè)選擇了一條過渡路線，即半固態(tài)、凝膠態(tài)電池。這兩類電池保留了部分電解液，能夠有效改善界面接觸和電導(dǎo)率問題，而且其結(jié)構(gòu)與液態(tài)電池相似，與企業(yè)現(xiàn)有生產(chǎn)線的兼容度較高，便于規(guī)模化生產(chǎn)以降低材料成本。不過，研究發(fā)現(xiàn)，半固態(tài)、凝膠態(tài)電池存在發(fā)熱現(xiàn)象增多的問題，這使得電池不得不犧牲一部分性能。所以，發(fā)展全固態(tài)電池依然是行業(yè)的主流趨勢。

“明日之星”還是“鏡花水月”？

隨著鋰電池技術(shù)的日益成熟，新能源汽車俘獲了越來越多車主的心，成為眾多消費(fèi)者的“新寵”。調(diào)查結(jié)果顯示，2024年新能源汽車的滲透率約達(dá)57%，新能源車意向購買用戶數(shù)量已與燃油車不相上下。

固態(tài)電池被譽(yù)為鋰電池技術(shù)的“終極形態(tài)”，作為新能源汽車未來的關(guān)鍵驅(qū)動力，一旦實現(xiàn)量產(chǎn)，必將推動新能源汽車產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展。然而，在固態(tài)電池引發(fā)的熱潮下，不少打算購買新能源汽車的消費(fèi)者陷入了糾結(jié)：固態(tài)電池新能源汽車究竟值不值得等待？何時“入手”才是最佳時機(jī)？大家都在觀望，期待固態(tài)電池新能源汽車何時能夠?qū)崿F(xiàn)量產(chǎn)。

固態(tài)電池，新能源汽車行業(yè)的新故事 圖/百度

早在2023年6月，豐田宣稱“將在2027-2028年實現(xiàn)全固態(tài)電池技術(shù)的商業(yè)化”。自2024年以來，全球產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)密集披露固態(tài)電池的研發(fā)進(jìn)展，整車企業(yè)表現(xiàn)尤為突出。國內(nèi)車企中，上汽集團(tuán)和廣汽集團(tuán)率先官宣，稱“最早可在2026年實現(xiàn)全固態(tài)電池的量產(chǎn)并應(yīng)用于車輛”；去年3月，蔚來汽車宣布其電池合作伙伴（衛(wèi)藍(lán)新能源）提供的150kWh超長續(xù)航電池包正式量產(chǎn)，并于今年6月投入使用，但目前采取“只租不售”的模式。電芯廠商方面，國軒高科、太藍(lán)新能源等也相繼宣布在固態(tài)電池領(lǐng)域取得新突破。

盡管利好消息不斷傳來，但需注意的是，“應(yīng)用于車輛”并不等同于“量產(chǎn)”，此外，“半固態(tài)”與“固態(tài)” 是兩個截然不同的概念，沒有明確落地路線圖和時間表的官宣，只能被視為商業(yè)宣傳手段。目前，不少企業(yè)存在蹭概念以拉動股價的行為，這也為固態(tài)電池技術(shù)的實際進(jìn)展增添了不確定性。還未見到牛排，卻先聽到“滋滋聲”，這未必是好事。

與業(yè)內(nèi)大多數(shù)圍繞固態(tài)/半固態(tài)電池大力拉投資、建設(shè)產(chǎn)線的企業(yè)心態(tài)不同，鋰電行業(yè)龍頭寧德時代對固態(tài)電池的預(yù)期和態(tài)度顯得較為保守。寧德時代首席科學(xué)家吳凱曾公開表示：“如果以技術(shù)和制造成熟度作為評價體系（以1-9分打分），寧德時代的全固態(tài)電池研發(fā)目前處于4分的水平，預(yù)計到2027年能達(dá)到7-8分的水平。” 固態(tài)電池商業(yè)化前景仍不明朗，業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為，2030年或許是固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。不過，目前固態(tài)電池距離大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用仍有一段距離，真正的發(fā)展拐點(diǎn)還遠(yuǎn)未到來。

既然固態(tài)電池研發(fā)難度如此之大，為何我國企業(yè)對其熱情高漲？這不得不提及固態(tài)電池已成為國家“自上而下”、從基礎(chǔ)開始大力扶持的產(chǎn)業(yè)。有消息稱，我國計劃投入約60億元用于全固態(tài)電池研發(fā)，寧德時代、比亞迪、一汽、上汽、衛(wèi)藍(lán)新能源和吉利等六家企業(yè)已獲得政府的基礎(chǔ)研發(fā)支持。經(jīng)嚴(yán)格篩選，相關(guān)研發(fā)工作最終細(xì)化為七大項目，聚焦于聚合物、硫化物等不同技術(shù)路線。這一消息猶如一劑“興奮劑”，極大地激發(fā)了國內(nèi)企業(yè)的積極性。若政府牽頭加大投入， 意味著我國有望在2027年左右實現(xiàn)固態(tài)電池的量產(chǎn)，這并非只是設(shè)想。

不過，即便在國家大力扶持下攻克技術(shù)難題，成本問題仍是固態(tài)電池新能源汽車邁向市場的關(guān)鍵阻礙。研究報告顯示，目前全固態(tài)電池的材料成本約為1.5-2.5元 /Wh，是三元鋰電池、磷酸鐵鋰電池材料成本的3-5倍。簡單計算一下：若一臺固態(tài)電池車型續(xù)航達(dá)到1500km，按15kWh/100km的電耗計算，電池包能量將達(dá)225kWh。那么，這塊固態(tài)電池的材料成本將高達(dá)33萬-56萬元，而這僅僅是材料成本。固態(tài)電池若要實現(xiàn)量產(chǎn)裝車，還需重建或改造生產(chǎn)線，逐步提高良品率，重新匹配電池能量管理系統(tǒng)和電池包方案等，這些都會進(jìn)一步增加成本。

綜合各項因素，一款固態(tài)電池車型的價格可能是普通液態(tài)電池車型的數(shù)倍。所以，即便某車企成功突破技術(shù)瓶頸，生產(chǎn)出固態(tài)電池并實現(xiàn)裝車，其高昂價格也可能遠(yuǎn)超消費(fèi)者的購車預(yù)算，使消費(fèi)者望而卻步。車企目前所謂的“上車”，多為小規(guī)模生產(chǎn)，真正量產(chǎn)上市后的價格與產(chǎn)量仍充滿不確定性。

由于固態(tài)電池具備能量密度高、充電速度快、安全性強(qiáng)等顯著優(yōu)勢，未來很可能在低空經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域（如eVTOL等）等新場景、新應(yīng)用中率先得到應(yīng)用。

（文章來源：《創(chuàng)意世界》2025年3月號）

編校：范曉華，審讀：郭麗

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