撰文 / 錢亞光

設(shè)計(jì) / 師 超

長(zhǎng)期以來，電動(dòng)汽車動(dòng)力電池續(xù)航能力差、使用壽命短、安全有隱患等自身缺陷，一直困擾著想買電動(dòng)汽車的消費(fèi)者，以及廣大的行業(yè)從業(yè)者。

而固態(tài)電池在安全與能量密度等方面，相比現(xiàn)有的液態(tài)電池產(chǎn)品具有明顯的優(yōu)勢(shì)，有望解決新能源汽車?yán)m(xù)航與安全兩大痛點(diǎn)，被認(rèn)為是電池技術(shù)的未來主流方向，成為全球動(dòng)力電池下半場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)之一。

歐、美、日、韓等傳統(tǒng)汽車強(qiáng)國(guó)高度重視全固態(tài)電池的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化，欲借固態(tài)電池實(shí)現(xiàn)對(duì)我國(guó)動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)的換道超車，國(guó)內(nèi)相關(guān)企業(yè)也都加大了在相關(guān)方面的布局。

2025年2月15日，2025中國(guó)全固態(tài)電池產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新平臺(tái)年會(huì)暨第二屆中國(guó)全固態(tài)電池創(chuàng)新發(fā)展高峰論壇在北京舉行，匯聚8位院士，6家行業(yè)組織、60多位專家學(xué)者以及200余家整車、電池、材料企業(yè)，多家研究機(jī)構(gòu)，以及多個(gè)地方政府代表，聚焦材料科學(xué)、新工藝新裝備及產(chǎn)業(yè)前沿進(jìn)展，探討全固態(tài)電池創(chuàng)新突破及挑戰(zhàn)。

全國(guó)政協(xié)常委、經(jīng)濟(jì)委員會(huì)副主任，工業(yè)和信息化部原部長(zhǎng)苗圩表示，固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化仍需解決技術(shù)、工藝和成本的問題。從當(dāng)前全球固態(tài)電池研發(fā)進(jìn)展來看，量產(chǎn)技術(shù)工藝有待成熟，2027年前后實(shí)現(xiàn)小批量生產(chǎn)。

中國(guó)工程院院士、中國(guó)全固態(tài)電池產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新平臺(tái)專家委員會(huì)主任陳立泉回顧了固態(tài)鋰電池研究方面的發(fā)展歷程和技術(shù)突破，梳理了全固態(tài)電池領(lǐng)域關(guān)鍵問題和難點(diǎn)，涵蓋正極界面問題、負(fù)極界面等問題。

中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)全固態(tài)電池產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新平臺(tái)理事長(zhǎng)歐陽(yáng)明高表示，當(dāng)前要聚焦以硫化物電解質(zhì)為主體電解質(zhì)匹配高鎳三元正極和硅碳負(fù)極的技術(shù)路線，以比能量400Wh/Kg、循環(huán)壽命1000次以上為性能目標(biāo)，確保2027年實(shí)現(xiàn)轎車小批量裝車，2030年實(shí)現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn)。

中國(guó)科學(xué)院院士、廈門大學(xué)教授、中國(guó)全固態(tài)電池產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新平臺(tái)專家委員會(huì)副主任孫世剛指出：“我們必須面對(duì)一系列技術(shù)挑戰(zhàn)”。首先，尋找合適的固體電解質(zhì)是關(guān)鍵；其次，界面問題也是不容忽視的一環(huán)；此外，生產(chǎn)工藝復(fù)雜、成本高昂等問題也限制了其大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。

量產(chǎn)仍面臨諸多挑戰(zhàn)

在去年9月舉行的2024世界動(dòng)力電池大會(huì)上，曾毓群就固態(tài)電池表示：“全固態(tài)電池的技術(shù)成熟度用從1-9進(jìn)行表示的話，9代表可以上車生產(chǎn)階段，那么目前固態(tài)電池行業(yè)最高水平在4左右?！?/p>

固態(tài)電池量產(chǎn)面臨的挑戰(zhàn)，主要有技術(shù)路線缺陷、工藝要求高、材料成本貴等。

從技術(shù)路線看，固態(tài)電池主要有聚合物、氧化物（薄膜或非薄膜）、硫化物等三大技術(shù)路線，而每一種技術(shù)路線都有軟肋。

聚合物電解質(zhì)在室溫條件下，離子電導(dǎo)率較低，使得聚合物固態(tài)電池充電需要在高溫環(huán)境下完成，極大地限制了其商業(yè)化。

氧化物電解質(zhì)，為了保證剛性氧化物電解質(zhì)與陰極材料的界面良好接觸，往往需要高溫?zé)Y(jié)，否則會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的界面化學(xué)副反應(yīng)。此外，有些氧化物電解質(zhì)還存在鋰枝晶生長(zhǎng)問題。

而硫化物電解質(zhì)空氣穩(wěn)定性差，當(dāng)其暴露于空氣中就會(huì)產(chǎn)生有毒氣體，同時(shí)伴隨著電解質(zhì)結(jié)構(gòu)的破壞和電化學(xué)性能的衰減，硫化物電解質(zhì)的合成、儲(chǔ)存、運(yùn)輸和后處理過程，都需要依賴惰性氣體或干燥室。

從工藝而論，關(guān)鍵的電解質(zhì)成膜工藝還不過關(guān)，如果膜過厚會(huì)降低電池質(zhì)量能量密度和體積能量密度，同時(shí)也會(huì)提高電池的內(nèi)阻，膜過薄電池的性能則會(huì)變差，還可能引起短路。

從成本而論，全固態(tài)電池的生產(chǎn)成本也遠(yuǎn)超液態(tài)電池，比如鋰硫化物的價(jià)格就是碳酸鋰的5到10倍；固態(tài)電池對(duì)生產(chǎn)環(huán)境與原材料純度的要求也很高，導(dǎo)致企業(yè)投資建設(shè)生產(chǎn)基地動(dòng)輒需要上百億元。

雖然挑戰(zhàn)不少，但固態(tài)電池已經(jīng)到了量產(chǎn)的前夕。

車企供應(yīng)商全面開花

在峰會(huì)上，一汽集團(tuán)首席科學(xué)家兼研發(fā)總院（科技創(chuàng)新管理部）高端汽車集成與控制全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任王德平表示，經(jīng)過近幾年的發(fā)展，已突破關(guān)鍵技術(shù)，現(xiàn)階段正處于原型樣機(jī)階段。預(yù)計(jì)在未來兩年至三年，能量密度達(dá)400Wh/kg的全固態(tài)電池，有望實(shí)現(xiàn)小批量裝車應(yīng)用。

比亞迪鋰電池有限公司CTO孫華軍指出，比亞迪已經(jīng)開始啟動(dòng)固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化的可行性驗(yàn)證，涵蓋關(guān)鍵材料技術(shù)攻堅(jiān)、電芯系統(tǒng)開發(fā)以及產(chǎn)線建設(shè)。計(jì)劃2027年左右啟動(dòng)批量示范裝車應(yīng)用，預(yù)計(jì)在2030年前后實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)。

此外，東風(fēng)汽車透露，即將量產(chǎn)能量密度350Wh/kg的固態(tài)電池產(chǎn)品，并正在自研能量密度突破550Wh/kg的下一代全固態(tài)電池。

長(zhǎng)安計(jì)劃在2025年實(shí)現(xiàn)20Ah全固態(tài)樣品，能量密度350Wh/Kg，于2027年實(shí)現(xiàn)電芯容量60Ah、能量密度400Wh/Kg以上，并開始裝車驗(yàn)證，2030年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)裝車。

上汽集團(tuán)選擇聚合物與無機(jī)物復(fù)合電解質(zhì)技術(shù)路線，其固態(tài)電池能量密度突破400Wh/Kg，體積能量密度達(dá)820Wh/L，計(jì)劃2026年四季度正式量產(chǎn)。

吉利自研的全固態(tài)電池能量密度達(dá)400Wh/kg，并完成了20Ah電芯的制備。

奇瑞自研的固態(tài)電池，能量密度超600Wh/kg。充電5分鐘可續(xù)駛400公里，純電續(xù)航里程超過1500Km，預(yù)計(jì)2026年投入定向運(yùn)營(yíng)，2027年批量上市。

廣汽集團(tuán)宣布，其采用第三代海綿硅負(fù)極與高容量固態(tài)正極技術(shù)的全固態(tài)電池研發(fā)進(jìn)展順利，計(jì)劃2026年實(shí)現(xiàn)裝車搭載,目前能量密度超過350Wh/kg，150周循環(huán)后電池容量保持在90％以上。

除了車企對(duì)固態(tài)電池志在必得，電池供應(yīng)商也積極布局。寧德時(shí)代主要采用硫化物和凝聚態(tài)聚合物雙重材料體系作為固態(tài)電池的電解質(zhì)材料，計(jì)劃在2027年實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池的小批量生產(chǎn)。

孚能科技的全固態(tài)電池，采用鋰金屬負(fù)極和高鎳正極，能量密度可達(dá)500Wh/kg，計(jì)劃在2025年進(jìn)行放大驗(yàn)證，全固態(tài)電池有望在2027年實(shí)現(xiàn)小批量量產(chǎn)裝車。

國(guó)軒高科已成功研發(fā)出車規(guī)級(jí)硫化物全固態(tài)電池“金石電池”，并通過200攝氏度熱箱測(cè)試，質(zhì)量能量密度可以達(dá)到350Wh/kg，體積能量密度可以達(dá)到800Wh/L，且電芯循環(huán)壽命可達(dá)3000次。

清陶能源與上汽共建的首條全固態(tài)電池產(chǎn)線已經(jīng)立項(xiàng)，計(jì)劃 2025 年底完工，一期產(chǎn)能規(guī)劃 0.5 GWh，第一階段產(chǎn)品能量密度可達(dá) 400Wh/kg以上，二階段將突破 500Wh/kg。

輝能科技走氧化物路線，負(fù)極有硅氧化物和鋰金屬兩種路線，首款全固態(tài)電池采用100%無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)，能量密度達(dá)380Wh/kg和860-900Wh/L。該公司在中國(guó)臺(tái)灣桃園的首座Giga級(jí)鋰陶瓷電池工廠已經(jīng)啟動(dòng)，設(shè)計(jì)產(chǎn)能2GWh，最多可供2.6萬輛電動(dòng)汽車。

億緯鋰能選擇了硫化物和鹵化物復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)技術(shù)路線，預(yù)計(jì)在2026年實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝的突破，推出高功率、高環(huán)境耐受性及絕對(duì)安全的全固態(tài)電池，主要用于混合動(dòng)力領(lǐng)域；2028年，進(jìn)一步推出具有400Wh/kg的高比能量全固態(tài)電池。

欣旺達(dá)全固態(tài)電池產(chǎn)線計(jì)劃2026年具備量產(chǎn)能力，屆時(shí)預(yù)計(jì)可以將聚合物體系的全固態(tài)電池成本降至2元/Wh，這與半固態(tài)電池成本接近。

蜂巢能源聚焦硫化物路線，目前已經(jīng)具備20Ah全固態(tài)電池的制備能力，能量密度達(dá)到380Wh/kg。在量產(chǎn)全固態(tài)電池定位400Wh/kg以上，預(yù)估將在2030年后實(shí)現(xiàn)裝車。

國(guó)內(nèi)一片形勢(shì)大好，國(guó)外企業(yè)也不甘落后。

本田已經(jīng)公開了全固態(tài)電池量產(chǎn)示范生產(chǎn)線，2025年1月開始試生產(chǎn)，并在今后幾年銷售的新車中搭載全固態(tài)電池，從而使電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程增加2倍。

豐田汽車研發(fā)的高性能全固態(tài)電池僅需10分鐘即可充滿，續(xù)駛里程有望超過1200公里，將于計(jì)劃將在2025年3月起試生產(chǎn)，2026年進(jìn)行量產(chǎn)，并在2028年實(shí)現(xiàn)每月100MWH瓦時(shí)的產(chǎn)能。

現(xiàn)代汽車計(jì)劃在3月展示其首款固態(tài)電池組，其研究中心已建成一條試點(diǎn)生產(chǎn)線，新的固態(tài)電池組被稱為 “Dream”電池，現(xiàn)代汽車的目標(biāo)是到2030年實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。

三星SDI透露，其電動(dòng)車用的固態(tài)電池產(chǎn)品已經(jīng)交付汽車原廠，并且已經(jīng)進(jìn)行了約6個(gè)月的測(cè)試驗(yàn)證。測(cè)試車滿電續(xù)航里程可超過600英里，且在9分鐘之內(nèi)就能充滿80%的電量，壽命可達(dá)20年。三星承諾將在2027年開始大規(guī)模生產(chǎn)固態(tài)電池。

奔馳和Stellantis集團(tuán)投資的美國(guó)固態(tài)電池初創(chuàng)企業(yè)Factorial，近期也推出了全固態(tài)電池樣品，能量密度達(dá)450Wh/kg。

值得注意的是，不同于目前國(guó)內(nèi)外新能源汽車的發(fā)展速度差異，國(guó)內(nèi)外企業(yè)發(fā)布的全固態(tài)電池量產(chǎn)時(shí)間表相差不大，大多在2026-2030年之間。

傳統(tǒng)鋰電池續(xù)命有妙招

在固態(tài)電池走向量產(chǎn)的同時(shí)，傳統(tǒng)鋰電池的技術(shù)進(jìn)步也在繼續(xù)。

傳統(tǒng)鋰電池的壽命受限于電解液的分解、電極材料的衰減以及SEI膜的穩(wěn)定性等問題。近年來，通過改進(jìn)電極材料（如高鎳正極、硅碳負(fù)極）、優(yōu)化電解液配方（如添加劑的使用）以及改進(jìn)電池管理系統(tǒng)（BMS），傳統(tǒng)鋰電池的壽命得到了顯著提升。傳統(tǒng)鋰電池在技術(shù)上的突破，尤其是電池壽命、安全性和成本的優(yōu)化，將使其在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中更具韌性。

那么，如果液態(tài)電池在壽命上、性能上、安全上得到大幅改善，會(huì)不會(huì)讓固態(tài)電池陷于尷尬境地呢？其實(shí)固態(tài)電池和液態(tài)電池并非完全替代關(guān)系，而是可以在不同應(yīng)用場(chǎng)景中互補(bǔ)。例如，固態(tài)電池可能更適合高端電動(dòng)汽車和航空領(lǐng)域，而傳統(tǒng)鋰電池則在中低端電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能和消費(fèi)電子領(lǐng)域繼續(xù)發(fā)揮重要作用。

盡管固態(tài)電池代表了未來電池技術(shù)的一個(gè)重要方向，但傳統(tǒng)鋰電池通過持續(xù)的技術(shù)革新，仍然在市場(chǎng)中占據(jù)重要地位。兩者將在未來一段時(shí)間內(nèi)共存，并在不同的應(yīng)用場(chǎng)景中發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)。

一針讓鋰電池“起死回生”

2025年2月13日，復(fù)旦大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)在國(guó)際頂級(jí)期刊《自然》發(fā)布了一項(xiàng)顛覆性研究成果：通過向廢舊鋰電池注射一種特殊液體，將電池循環(huán)壽命從原本的2000次直接提升至12000次以上，相當(dāng)于讓手機(jī)電池持續(xù)使用超過15年，電動(dòng)車電池壽命延長(zhǎng)6倍。

研究團(tuán)隊(duì)利用人工智能篩選出一種名為“三氟甲基亞磺酸鋰（CF3SO2Li）”的分子，它能像藥物一樣補(bǔ)充電池?fù)p耗的鋰離子，成本不到電池總價(jià)的10%，且修復(fù)過程僅需10分鐘，無需拆解電池。目前該技術(shù)已在特斯拉、比亞迪等多品牌電池上完成實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證，計(jì)劃2026年投入商用。

然而，這項(xiàng)技術(shù)的普及仍面臨挑戰(zhàn)。自修復(fù)電池的核心材料需同時(shí)具備導(dǎo)電性和自愈能力，現(xiàn)有材料遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到要求；添加自愈材料會(huì)使電池成本飆升40%以上，一輛電動(dòng)汽車的價(jià)格可能因此增加近3萬元；傳統(tǒng)電池生產(chǎn)線無法兼容新材料，改造費(fèi)用高達(dá)8-12億元/GWh 。

此外，電池內(nèi)部的微觀修復(fù)工藝要求頗高，現(xiàn)有技術(shù)修復(fù)后的電池經(jīng)歷5次以上充放電后，性能會(huì)再次大幅衰減。電池管理系統(tǒng)也需要全面升級(jí)，否則無法識(shí)別自愈過程，導(dǎo)致誤判率超過60%。

水基工藝讓電池壽命延長(zhǎng) 750%

2024 年 12 月，韓國(guó)科學(xué)技術(shù)院（KAIST）團(tuán)隊(duì)宣布，該團(tuán)隊(duì)研發(fā)的下一代陽(yáng)極材料旨在突破商用電池的性能限制。

研究人員開發(fā)出了一種創(chuàng)新性的膜，其內(nèi)部具有獨(dú)特的中空納米纖維結(jié)構(gòu)，能夠顯著促進(jìn)鋰離子傳輸，能夠引導(dǎo)離子流動(dòng)，而纖維內(nèi)部的空隙抑制了鋰離子在金屬表面的隨機(jī)聚集，從而穩(wěn)定了鋰金屬表面與電解質(zhì)之間的界面，從而實(shí)現(xiàn)鋰的均勻沉積，防止枝晶生長(zhǎng)，從而延長(zhǎng)鋰金屬電池的使用壽命。

韓國(guó)科學(xué)技術(shù)院材料科學(xué)與工程系教授金一斗（Il-Doo Kim）表示：“通過利用物理和化學(xué)雙重防護(hù)功能，我們能夠更有效地引導(dǎo)鋰金屬與電解質(zhì)之間的可逆反應(yīng)，并抑制枝晶生長(zhǎng)，從而制備出具有前所未有的使用壽命特征的鋰金屬負(fù)極。”

在這項(xiàng)新研究中，研究人員利用一種可持續(xù)的靜電紡絲工藝開發(fā)了一種雙功能人工 SEI 膜。

該膜結(jié)合了羧甲基瓜爾膠（CMGG-Li）和聚丙烯酰胺（PAM），為鋰金屬負(fù)極提供了機(jī)械和化學(xué)穩(wěn)定性。CMGG 和 PAM 均具有生物相容性和水可加工性，從而實(shí)現(xiàn)了完全綠色、水基的制造工藝。

該團(tuán)隊(duì)稱，帶有這種保護(hù)層的鋰金屬負(fù)極的使用壽命較傳統(tǒng)負(fù)極提高了 750%。經(jīng)過 300 次循環(huán)后，該電池仍能保持 93.3%的容量，表現(xiàn)極為出色。此外，這種天然的防護(hù)層在一個(gè)月內(nèi)就會(huì)在土壤中完全分解，這證實(shí)了其從生產(chǎn)到廢棄的整個(gè)過程都是環(huán)保的。