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近年來，新能源電車行業蓬勃發展，無論是智駕、車機互聯、電機等方面都出現了長足的進步，但這座“大廈”上空始終有一片“烏云”，那就是電池。

2024年4月25日，北京國際汽車博覽會首日，寧德時代發布了全球首款兼顧1000km續航和4C超充特性的磷酸鐵鋰電池新品——神行PLUS。這款號稱充電10分鐘即可補能600km續航，實現“1秒1公里”的超級補能電池，為我們展示了其在電池技術領域的最新成就，也再次點燃了公眾對于固態電池這一革命性技術的關注。 

由于電解質材料大部分不可燃，固態電池可以說是從根本上解決了傳統液態電池中電解液易燃的問題，在熱穩定性和電化學穩定性方面也比液態電池更高，再加之更高的能量密度意味著更小的體積，這讓“寸土寸金”的車內空間有了更多擴展的空間，也使其成為了很多人眼中徹底解決新能源車電池問題的“最優解”。 

液態鋰離子電池與固態電池性能對比，圖來自《全固態鋰電池技術的研究現狀與展望》

然而，盡管固態電池以其卓越的安全性能、高能量密度和長壽命等優勢，被譽為新能源汽車的“終極解決方案”，它的商業化之路卻似乎總是“只聞樓梯響，不見人下來”。為什么固態電池有這么多優點，卻仍然難以真正普及商用？讓我們先從一切的開始聊起……

為什么固態電池是必然的大勢所趨？

眾所周知，液態電池的安全性問題一直被很多人詬病。在電池充放電過程，尤其是高電流密度下，鋰離子從正極移動到負極的過程中，可能會在負極表面出現不均勻沉積，進而形成鋰枝晶（Li dendrites），這可能會穿刺電池內部用于隔離正負極的隔膜，導致正負極之間發生非預期的電氣連接，也就是短路。 

鋰枝晶生長刺破隔膜引發電池起火，圖來自YND科研繪圖

短路會導致大電流通過電池，進而產生大量熱量，使其內部溫度迅速升高，也就是“熱失控”現象。而這是一種連鎖反應，不僅會降低電池性能，還有可能會導致電池內部化學物質分解，放出更多的熱量和氣體，增加電池內部壓力，進而導致電池破裂或燃燒，這也是很多電動車出現自燃的一個重要原因。

這是液態電池由本身特性而產生的問題，也是制約液態電池快充技術發展的重要原因。從運作原理來看，液態電池中鋰離子是運載傳導，而固態電池中鋰離子是跳躍傳導，速度更快，充放電速率更高，在化學性質上卻比液態電池更加穩定，具有不可燃、耐高溫、無腐蝕、不揮發等特性。 

液態鋰離子電池受熱易失控

而且由于固態電池無需電解液和隔膜把液體包裹起來防止漏電，而是可以疊起來串聯，這樣就有可能進一步縮減電池包重量和體積，提高續航能力。固態電池還可以通過簡化封裝、冷卻系統，進一步縮減電池重量，體積能量密度相比石墨負極的液態鋰電池大幅提升，有望進一步解決新能源汽車里程焦慮這個一直以來難以解決的問題。

如果說到一直以來未能解決的問題，恐怕很多人都會率先想到電車冬天續航里程下降的問題，這主要由于液態電池一般工作穩定在-10℃到45℃，而這就意味著在中國北方很多省份，液態電池在冬季使用都會不同程度受到影響；與之相對的是，固態電解質的工作溫度一般在-30℃到100℃，除了極寒地區一般續航不會有太多縮減，也不需要太復雜的熱管理系統。 

對電動車低溫續航的關注成為很多消費者和測試者重點關注的對象

人們對“里程焦慮”不僅包含了對續航的擔憂，也有對電池使用壽命的憂慮。在目前的液態電池中，三元電池壽命平均為500-1000次循環，磷酸鐵鋰壽命可達2000次，而全固態電池在壽命方面相比液態電池則是上了一個量級，薄膜全固態未來可達45000次循環，實驗室階段5C（“C”指電池充放電倍率，“5C”即電池在1/5小時內完成額定容量放電）壽命更是可以達到10000次，相比液態電池顯示出固態電池更高的性價比。

除了這些內在的原因以外，隨著全球對減少溫室氣體排放及空氣污染的關注不斷增加，電動汽車的市場正在迅速擴大，這無疑推動了對更高能量密度、更快充電速度和更長壽命電池的需求，也為固態電池的應用提供了廣闊的市場空間。 

固態電池應用市場滲透率預測，圖來自前瞻產業研究院

近年來，我國政府相關部門出臺了一系列政策支持固態電池產業發展。2020年10月，國務院發布的《新能源汽車產業發展規劃（2021—2035年）》，首次將固態電池列入行業重點發展對象并提出了加快研發和產業化進程。

2023年1月，工信部等六部門聯合發布的《關于推動能源電子產業發展的指導意見》，進一步提出加強固態電池標準體系研究，為固態電池行業的發展提供了明確、廣闊的市場前景，為企業提供了良好的生產經營環境。 

固態電池行業政策，圖片來自中商產業研究院

一切只是“看上去很美”？

那么既然固態電池有這么多優點，為何在市場中卻不常見呢？

事實上，固態電池雖然被很多人認為是“下一代”的技術，但發展至今卻仍然沒有一條一以貫之的路徑。

當前，固態電解質技術路線有氧化物固態電解質、硫化物固態電解質、鹵化物固態電解質、氫化物固態電解質、薄膜固態電解質、聚合物固態電解質等6種技術路線，其中聚合物、氧化物、硫化物為三大主流固態電解質技術路線。 

固態電池分類，圖來自知乎Terry Ye《固態鋰電池技術發展現狀》

這其中，聚合物電解質固態電池技術發展速度相對較快，技術也相對更加成熟，目前已經率先實現了商業化應用的小規模量產。不過，該技術仍然受到較低電導率和有限性能上限的制約，無法大規模應用。

氧化物電解質固態電池擁有更為全面的性能優勢，發展速度較快。硫化物電解質固態電池因其較高的導電率和出色的性能表現，被認為最適合電動汽車，擁有更廣闊的商業化前景，但這兩條技術路徑均面臨界面穩定性差的研究難題。

我們都知道，固態電池界面為固-固接觸，這就使其電導率往往會受到電極與電解質界面處高接觸電阻的阻礙，電極和電解質物理接觸很難做到理想的嚴絲合縫，使用中也會產生機械應力，雖然目前有一些例如溶膠凝膠、噴涂等技術可以做到稍稍改善，但徹底解決目前來看仍需時日。 

不過，雖然幾條路線各有優勢和難題，但仍然有很多廠商在這些路徑上不斷努力探索。在硫化物電解質固態電池應用方面，日本企業近期取得了不少進展。例如豐田汽車在2023年7月，成功開發了一種新型固態電池，據稱該電池充電10分鐘就能支持1200公里的續航能力。

還有日產汽車則在10月推出了搭載全固態電池的概念車型“日產Hyper Tourer”。美國的Solid Power公司在2023年第三季度向寶馬公司交付了首批A-1 EV電池，這標志著其固態電池產品正式邁入汽車行業的驗證測試階段。 

日產Hyper Tourer概念車

在聚合物電解質固態電池領域，同樣有很多企業研發成果顯著。例如，美國Factorial Energy公司在2023年10月24日于馬薩諸塞州梅休恩投資5000萬美元，建立了年產能達200兆瓦時的固態電池生產線，這也是美國最大的固態電池生產線。

該公司生產固態電池采用的“Factorial電解質系統技術”，據稱能顯著提升電池的續航里程，同時與現有的鋰離子電池制造基礎設施兼容，便于集成到現有生產線中，更有利于盡快投入固態電池商業化進程。

在氧化物電解質固態電池的研發上，日本旭硝子株式會社于2023年3月發布了全球首款主要零件全部由“結晶玻璃”制成的氧化物全固態鈉離子二次電池。美國的Quantum Scape公司則宣布其首款商用氧化物電解質固態電池產品QSE-5在完成1000多次循環測試后，容量保持率超過95%。 

當然，除了這些廠商以外，中國大陸的廠商在固態電池領域也投入了很多心血，并且取得了不少成就。2024年4月，中國船舶集團旗下風帆公司成功研制出首個軌道交通工程車用類固態電池系統，緊隨其后，太藍新能源宣布其“車規級全固態鋰電池”取得重大突破。

此外，上汽集團旗下智己汽車近期也宣布全球首次量產上車“超快充固態電池”——第一代光年固態電池，引發了關于固態電池的討論，雖然實際上該電池仍然屬于半固態電池范疇，但在從液態電池走向全固態電池的發展中仍然具有進步意義。

而針對越來越熱的固態電池話題，寧德時代董事長曾毓群在近期表示，關于固態電池目前還有很多基本的科學問題亟待解決，如大多數固態電解質中的離子擴散速率與液態電解質存在數量級差異、固固界面難以始終保持良好接觸等。 

不過，針對技術層面的問題，寧德時代也給出了自己的理解。寧德時代首席科學家吳凱認為，目前固態電池發展遇到的問題主要有兩個方面：一是鋰枝晶問題，為此寧德時代開發了界面增強技術，讓鋰枝晶相對比較均勻，不容易形成枝晶，進而減少因此而產生的短路；二是固溶性的問題，因為都是固態，顆粒材料分離，密度就變大，針對這一問題寧德時代也開發了雙相導通網絡技術，提升固態界面的穩定性。

此外，寧德時代方面還提出了凝聚態電池的概念，這是一種介于液態和固態電池之間的技術。凝聚態電池采用半固態的膠質電解液，這種設計既保持了鋰離子的傳導功能，又通過降低流動性來提高電池的安全性能，從而避免了傳統液態鋰離子電池在過熱時可能出現的熱失控風險。 

事實上，任何前沿技術的落地其實都需要經歷三個階段：技術路線、產品路線和商品路線。首先，必須確保技術理論上的可行性和實際的技術突破；其次，在產品制造階段，要保證產品的安全性、可靠性、一致性和質量；最后，產品必須具備市場競爭力，即價格合理，能夠被市場接受。

顯然，目前固態電池在技術層面上仍需克服很多基本科學問題，距離真正的商品化尚有一段距離。不過無論如何，固態電池相較傳統液態電池而言，能夠有效解決電動汽車自然起火和低溫掉電兩大核心痛點，單憑這個原因就足夠令廠商和消費者無限憧憬了。 

結語：在彷徨與變數中，走向光明圖景

在對固態電池的深入探討中，我們不難發現，盡管這一技術擁有革命性的潛力，其發展之路卻并非一帆風順。

從安全性能的提升到續航能力的增強，到環境適應性的改善，固態電池為新能源汽車的未來描繪了一幅光明的圖景。然而，技術難題、成本考量以及規模化生產的挑戰，仍然是擋在固態電池普及道路上的幾座大山。

盡管如此，全球范圍內的科研機構、企業和政府部門正不斷加大投入，努力攻克這些難題，固態電池的商業化之路雖然充滿挑戰，但也孕育著無限可能。讓我們共同期待，固態電池技術能夠早日突破桎梏，照亮新能源汽車產業的前行之路，成為推動新能源汽車行業發展的新引擎。