固態電池，一場即將顛覆能源格局的技術革命

引語：一場關于未來能源的競爭已悄然打響，而中國企業正試圖在這場固態電池的全球賽中搶占領跑位置。

2023年前后，在中國新能源汽車產銷連年位居全球之首時，中國科技部和工信部組織了一次未雨綢繆的密集調研。那次調研匯集了行業頂尖專家，課題很明確：是否存在一種顛覆性技術，會在未來沖擊中國的全球電池地位？

調研結論令人警醒：那便是全固態電池。隨后，中國科學院院士歐陽明高牽頭成立了中國全固態電池產學研協同創新平臺，政府則推出了一項60億元的固態電池專項刺激計劃。

曾經在液態鋰電池領域占據全球主導地位的中國電池產業，正在全力備戰一場來自未來的技術革命。

1、何謂終極形態：固態電池的前世今生

固態電池并非新鮮概念。早在1991年，美國Argonne國家實驗室就提出了可充電固態鋰電池設計方案。從90年代第一顆固態電池誕生到現在，這項技術一直沒能真正走出過實驗室。

固態電池的原理與傳統液態鋰電池相似，都被科學家們形象地稱為“搖椅式電池”。不同的是，其電解質為固態，具有的密度以及結構可以讓更多帶電離子聚集在一端，傳導更大的電流，進而提升電池容量。

固態電池的四大優勢令人矚目：

一是能量密度高。使用全固態電解質后，可以直接使用金屬鋰來做負極，明顯減輕負極材料的用量，使得整個電池的能量密度有明顯提高。

二是體積小。傳統鋰離子電池中，隔膜和電解液加起來占據了電池中近40%的體積和25%的質量，而固態電解質可以將其縮短到只有幾到十幾個微米。

三是柔性化前景。全固態電池在輕薄化后柔性程度會有明顯提高，可以經受幾百到幾千次的彎曲而保證性能基本不衰減。

四是更安全。采用全固態電池技術，鋰枝晶和電解液燃燒問題可以直接得到解決。

2、技術路線之爭：三大主流路線競相突圍

固態電池領域主要有三種技術路線同臺競技，分別是聚合物、氧化物和硫化物。

聚合物路線“像溫柔的軟妹子”，使用PEO（聚環氧乙烷）等材料當電解質，優點在于柔韌性好、成本低、易加工，但缺點是在常溫下離子導電率低，需要加熱才能工作。

氧化物路線被比喻為“穩重的老大哥”，采用石榴石、NASICON等陶瓷材料當電解質，優點在于耐高溫、循環壽命長，缺點是離子導電率低，界面接觸不夠靈活。

硫化物路線則是“傲嬌的學霸”，其離子導電率最高，室溫下堪比液態電池，能量密度高、快充能力強，但缺點是遇空氣會生成有毒硫化氫，生產工藝復雜，成本高昂。

此外，還有鹵化物路線這一“潛力股小鮮肉”，雖導電率高且可塑性強，但還處于研發的早期階段。

產業層面，日本企業普遍“死磕”硫化物路線，中國企業則在三條路線上均有布局。寧德時代、比亞迪等頭部企業都在積極投入研發，試圖在這場技術競賽中占據制高點。

3、關鍵挑戰：固固界面接觸成為首要難題

全固態電池的產業化之路依然面臨重重阻礙。據研究人員指出，其產業化需攻克的技術挑戰約達172項，若考慮制造環節的復雜性，實際難題可能更多。

其中最關鍵的有6項難題，包括固固界面、材料穩定性、致密化問題、制備過程中的安全、成本問題，以及電池包集成問題。

固固界面接觸問題尤為關鍵，它直接影響鋰離子傳輸效率和電池循環壽命，是決定全固態電池能否從概念走向實用的首要前提。若不能有效解決，全固態電池的產業化將無從談起。

中國科學院物理研究所黃學杰團隊近期取得了重要突破，通過在電解質中引入碘離子，在電場作用下形成富碘界面，能夠自動填充所有的縫隙和孔洞，讓電極和電解質始終保持緊密貼合。

這一創新解決了鋰金屬負極與固體電解質之間界面處易生成孔洞且隨循環而惡化的難題。

4、過渡方案：半固態電池嶄露頭角

面對全固態電池的技術難題，產業界近兩年探索出了一條折中方案——半固態電池。也就是在固態電解質中想方設法地摻雜一些潤濕劑，以改善固固界面的接觸問題。

效果立竿見影。目前，半固態電池已經小批量生產，最早的便是蔚來和衛藍新能源合作打造的150度電池，去年初電池包就已經投入市場。

后續上汽旗下品牌智己、名爵也先后發布了搭載半固態電池的產品，由清陶能源供應。

半固態電池能量密度的提升，讓電動車的續航可以輕松突破1000公里，并且即便在北方低溫環境下，也不用過多擔心掉電問題。

然而，半固態電池在汽車上的應用也略顯“雞肋”。主要是，相比于現在的液態電池，半固態電池的能量密度提升并不顯著，而成本則高出很多。

以蔚來的150度電池為例，產業界估算，其僅電芯成本就需要30萬元，蔚來總裁秦力洪也曾透露，這塊電池包的價格“相當于一輛ET5”。

5、量產時間表：從實驗室到量產線的漫長之路

對于全固態電池的量產時間，行業內已經形成了較為明確的共識。

多家企業計劃在2027年左右實現全固態電池的小規模裝車。豐田已宣布計劃最早在2027年推出首款搭載量產全固態電池技術車型，比亞迪則計劃在2027年將全固態電池用于高端車型。

不過，即便是進度最快的企業，也僅計劃在2026年小批量裝車。而行業龍頭寧德時代的全固態電池量產計劃已推遲至2030年。

成本是橫亙在量產路上的另一大障礙。目前全固態電池每瓦時成本約5元，是現有液態電池的5-10倍，裝配80度電的電池包僅電芯成本就高達40萬元，遠超整車價格。

中俄新能源材料技術研究院院長王慶生強調，行業普遍認為，固態電池量產初期成本將是現有電池的2倍以上，后續需通過持續技術迭代逐步降低成本。

6、應用前景：從特殊場景到大眾市場的漸進路徑

全固態電池的產業化路徑預計將分三個階段推進：

首先是推動技術完成實質性跨越，打造出在具體應用場景中真正可用的產品。預計其有望在低空經濟、混合動力或高溫鉆井平臺等成本相對不敏感的特殊領域率先落地。

其次是持續優化技術指標，拓展應用場景。在產品初步成型后，通過持續迭代，將其打造為在安全、能量密度、成本、快充、低溫性能及可制造性等多個維度上更為均衡的“六邊形戰士”。

第三階段是實現全域普及與成本良性循環。未來全固態電池應用范圍將不再局限于電力系統與儲能，更將延伸至儲能、船舶乃至對性能要求嚴苛的航空領域。

事實上，目前無論是半固態還是固態電池，更優先被考慮的落地場景不是汽車，而是飛行器、機器人、3C消費品等領域。

這些領域對能量密度和安全性要求更高，且相對成本不敏感，能夠快速驗證技術價值。

7、其他電池路線：多元技術路線競逐未來

盡管固態電池被寄予厚望，但市場上仍有其他潛在的技術路線可能與之競爭。

鋁空氣電池兼具能量密度高和充能快的優點，采用更換負極的方式可使“機械充能”相比傳統燃油車的燃油加注毫不遜色。然而，鋁負極的腐蝕抑制、正極吸氧催化劑的研究與設計等多重難題待解。

鋰硫電池被稱為“鋰電的終極形態”，能讓電池毫不遜色于油箱，同樣可以解決續航問題。但電極結構的顯著變化、多硫化物的穿梭效應、難于控制的副反應等問題，阻礙著鋰硫電池技術從實驗室走向市場。

氫燃料電池則已實現試驗車約10萬公里安全運行。但問題在于燃料電池電堆的壽命、對鉑基催化劑的依賴導致的高成本，還有“電-氫-電”能量轉化路徑的低效。

相比之下，進步鋰電車——即通過優化現有鋰離子電池技術——在未來十年內仍可能是主流選擇。行業將面臨洗牌，存活下來的鋰電企業將登上視野范圍之內的技術高地。

據研究機構EVTank預計，到2030年，全球固態電池的出貨量將達到614吉瓦時，其中全固態電池占比接近30%。

而在當下，從高端消費、無人車到低空經濟，固態電池正在一步步驗證自己的技術價值。正如行業專家所言，全固態電池的產業化是一項長期的系統性工程，既不能低估挑戰，也不必過度悲觀。

未來十年，能源存儲領域將上演一場精彩紛呈的技術角逐。無論最終勝出的是固態電池還是其他技術路線，唯一可以確定的是，全球能源格局正面臨一場深刻的變革。