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2026寧波國際汽車零部件及售后市場展覽會
出于對更長續航里程和更高安全性的需求，新能源汽車電池技術正不斷演進。如今，以液態鋰離子電池為代表的主流技術正逼近電芯能量密度上限，迫切需要尋找新的突破路徑。
有望突破當前能量密度天花板的固態電池被各方寄予厚望。一項突破性技術從概念提出到大規模產業化，往往要經歷科學驗證、工程驗證和商業驗證三大階段，且各階段周期漫長。目前，在實驗室環境下，全固態電池的各項性能指標領先，但其商業化應用仍為時尚早。
“一家車企可以不計成本裝幾臺全固態電池的車，但想大批量售賣，就要考慮市場接受度，消費者是否愿意支付溢價。即便全固態電池的原輔料和制造成本都下降，短期內市場很難買單。”近日，記者調研了解到，全固態電池真正走向產業化應用，仍有技術、產線制造、量產工藝與設備、成本等多個難關要過。而在固態電池的全球競賽中，日韓寄希望于彎道超車，投入大量資源做專利布局，但就產業化進程而言，中國與海外幾乎處在同一起跑線。
“十五五”規劃建議提出，加快新能源、新材料、航空航天、低空經濟等戰略性新興產業集群發展。政策暖風疊加巨大的潛在市場需求，使固態電池產業前景廣闊。
前景可期
能量密度有望大幅提升
“電池技術的發展方向主要由能量密度決定，因為能量密度決定了電池的體積大小與續航里程。目前，磷酸鐵鋰電池的能量密度能做到200Wh/kg（瓦時每千克），支撐續航里程超過400公里。但即便用高鎳三元材料，能量密度達到300Wh/kg已接近液態鋰電池的極限。再想往上提高，靠現有的材料體系已經很難攻克。除非犧牲其他性能，只為提升電池的能量密度。實驗室可以不斷刷新能量密度上限，但要實現產業化，必須兼顧各種指標性能的平衡。”中部地區某頭部電池企業相關負責人表示，“想要繼續突破能量密度瓶頸，則必須依靠固態電池技術。”
固態電池被業界視作鋰電池的終極形態，是解決電動汽車里程焦慮和安全焦慮的終極方案。一般而言，鋰電池由正極材料、負極材料、電解質、隔膜四個部分組成，其中電解質起著輸送鋰離子、傳導內部電流的作用，是鋰電池的關鍵構成。固態電池用固態電解質取代液態電解質，可彌補液態電解質的諸多不足，是一種更高效的技術選擇。
業界普遍認為，與液態鋰離子電池相比，固態電池具備三大核心競爭優勢：一是電芯能量密度更高，根據深企投產業研究院的報告，目前實驗室固態電池能量密度普遍超過400Wh/kg，部分樣品能量密度超過500Wh/kg，理論值可達900Wh/kg，較當前主流量產液態鋰離子電池的160-300Wh/kg顯著提升；二是安全性更高，固態電池采用不可燃的固態電解質，熱分解溫度高，且因其固態特性能避免液態鋰電池中電解液易出現的腐蝕、揮發、漏液等問題，能夠使安全性能大幅提升；三是循環壽命更長，全固態電池的理論循環壽命可達10000次以上，相較2000次以上的液態鋰電池有大幅提升，進而可大幅降低電池全生命周期的使用成本。
固態電池的技術優勢獲得持續驗證。東風汽車集團有限公司副總工程師、戰略規劃部總經理楊彥鼎對記者表示，東風集團正在研發基于氧化物和聚合物的新型復合電解質半固態電池，大幅降低電池內阻、加快充電速率、提高效率，當前循環壽命達1200次，低溫續航表現較為優異。同時，東風集團圍繞固態電池搭建全鏈路測試體系，從材料到電芯再到電池包，全方位驗證產品可靠性，目前已通過170℃熱箱安全試驗，遠超液態三元電池130℃的水平。
廣汽集團平臺技術研究院新能源動力研發負責人祁宏鐘公開表示，公司現在開發的全固態電池的能量密度，較現有電池有接近一倍的提升。
受訪專家表示，固態電池應用場景多元，新能源高端車電量需求大且對快充和循環能力要求高，電池安全問題必須解決；eVTOL對電池安全性能要求極高；人形機器人市場預期很大，且使用場景特殊，更需要電池本質安全。
挑戰重重
大規模商業化落地尚早
日前，國內首條大容量全固態電池產線建成，計劃2027年到2030年間逐步批量生產。然而，液態鋰電池的發展歷程已經表明，從實驗室到中試線，再到量產線，固態電池還有多座大山待翻越。
鋰電池的結構并不復雜。一邊是正極，通常使用鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰和三元材料（鎳鈷錳酸鋰）等含有鋰的化合物制作。另一邊是負極，最常見的材料是石墨，以及比較新潮的硅基材料。在正負極之間，則是電解質和隔膜，其中電解質負責傳輸鋰離子，隔膜則負責分開正負極、防止短路。充電的時候，外界電壓驅使正極上的鋰離子離開，經過電解質的傳遞，穿越隔膜，最終嵌入負極材料上；同時，電子經由外部線路，從負極來到正極處。因此，固態電池的正極不用大變，但要攻克固固界面的接觸問題。
中國科學院物理研究所研究員黃學杰認為，現有施加高壓改善接觸的方案易引發鋰枝晶生長、界面剝離形成孔洞等問題。另有專家表示，在現有的固態電池體系下，仍存在液態鋰電池的“呼吸效應”問題，長期循環的體積變化會影響電池結構，致使電池突然失效，產生電解質斷裂、枝晶蔓延等問題影響電池安全。
“固態電池生產的每一個工藝環節會有好幾種方向選擇，包括材料和技術。公司要做的是，找到一條最具性價比，可以實現快速產業化落地的工藝和技術路線。”上述中部地區某頭部電池企業相關負責人說。
中偉股份研究總院相關負責人介紹，“以硫化物電芯為例，主材硫化鋰基化合物一噸約四五百萬元。在原輔料如此昂貴的情況下，加工成電芯，成本不可控。除了原輔料，還有制造，規模不大時，質量還能保證。但電芯肯定要采取全自動化生產，這個能力還不具備。目前這兩個層面的成熟度都比較低，2027年量產全固態電池可能性不大。不僅是技術問題，哪怕原輔料成本下降，制造問題解決，各階段的認證周期也會很長，即使是液態鋰電池，也需要兩三年時間做驗證工作。”
“回歸到原理層面，最大的難關在于如何有效解決固固界面接觸問題。”集邦咨詢分析師曾佑鵬告訴記者，“固態電池的量產制造，在材料端、設備端和工藝端還存在較多難關需攻克，主要面臨技術復雜、生產成本高、供應鏈不夠成熟等挑戰。工藝和設備端需要攻克的問題較多，在工藝端，兼顧生產效率和經濟性的工藝還在優化中，工藝路線尚未定型。例如，固態電池干法電極工藝雖具有較大潛力，但目前還未達到可量產的水平。設備取決于工藝，同時也與電芯技術路線的選擇有關，如硫化物路線需專用設備，等靜壓設備、干法混料設備、低露點環境控制等專用設備面臨投資大且產線兼容性差、調試周期長等問題。”
你追我趕
技術路線選擇各有側重
盡管挑戰重重，固態電池技術已成為全球產業競爭的新焦點。
近年來，歐盟、美國、日本、韓國等大力支持固態電池產業發展。早在2018年，歐盟發布《電池2030+》，提出加速固態電池等未來電池技術研發，目標到2030年電池耐用性和可靠性至少提升3倍；同年，日本發布《日本汽車電動化的基本政策和具體行動》，明確提出下一代電池的技術開發方向，主要包括固態電池和創新電池。2021年，韓國發布《K電池發展戰略》，提出要提供稅收優惠，推動2027年全固態電池實際商業化應用；同年，美國發布《鋰電池國家藍圖（2021-2030）》，提出到2030年實現固態電池、鋰金屬電池規模化量產，能量密度達到500Wh/kg。
“近些年，韓國和日本在新能源汽車產業尤其是液態鋰電池環節有所落后，所以他們在固態電池技術領域投入了很多，希望未來能壟斷這項技術，進而實現彎道超車。在前期開發上，不管在投入端還是技術端，日韓在一定程度上有領先之處。但如果用10分制來衡量全球固態電池產業的成熟度，各國都處在3分到4分這個位置。固態電池真正扳手腕的是4分到10分這個區間。”中偉股份研究總院相關負責人說。
跟液態鋰電池一樣，固態電池也存在多條技術路線的競爭，各國策略不一。在曾佑鵬看來，當前固態電池技術路線并未定型，日本、韓國、歐美及中國的企業和科研機構在氧化物、聚合物、硫化物等多種技術路線上均有布局，只是在商業化路線的選擇上各有側重。比如，日本和韓國將重心放在硫化物全固態電池，在硫化物路線上走在前列；歐美以氧化物或聚合物路線為主；中國技術路線多元，頭部企業重點瞄準硫化物路線，初創企業以氧化物或聚合物路線為主。但目前總體仍處于中試研發階段。
曾佑鵬表示，聚合物電解質加工性好、成本低，但存在室溫離子電導率低、低溫性能不佳等缺點；氧化物電解質熱穩定性高，安全性好，但易脆裂、固固接觸差，需借助電解液或者聚合物復合電解質改善界面接觸；硫化物電解質離子電導率高，易于加工，但面臨空氣穩定性差、制造環境要求高等缺點；鹵化物電解質化學穩定性好，元素成本低，且對正極穩定性好，但對鋰金屬負極穩定性差，且易潮解等。因此，未來固態電解質方案并不是單一電解質可以解決所有問題，而是復合電解質方案將成為主流。
振華新材董秘王敬對記者表示，公司開發了粒徑小（納米級）、空氣穩定性好、離子電導率高及分散性優等特性的復合固體電解質材料，已實現噸級穩定制備，在現有三元材料改性升級及固態電池、半固態電池方面的應用具有良好前景，并與多家主流客戶建立合作關系，積極推進產品驗證工作及年產百噸級中試線建設。
固態電池商業化進階之路需匯聚眾力。為搶占全球新能源市場競爭高地，專家呼吁，應鼓勵大企業牽頭組建創新聯合體，支持中小企業深度參與共性技術的研發，打通基礎研究、中試驗證、工程化應用的全鏈條，推動創新成果加速轉化為現實生產力。
來源：中國證券報
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