全固態電池和液態鋰電池有何不同？

液態鋰電池由正極材料、負極材料、電解液和隔膜四大主材組成﹔

全固態電池則是將電解液、隔膜換成固態電解質。

相比液態鋰電池，固態電池的優勢在哪兒？

安全性更高 能量密度更高 循環壽命更長 體積更小

固態電池的分類

按照目前的技術路線不同，主要有三類：

氧化物固態電池 硫化物固態電池 聚合物固態電池

按照電解質形態可分為：

半固態 准固態 全固態

目前固態電池存在的三大關鍵技術問題

固-固界面接觸不穩定影響性能發揮

固體電解質導電率差

採用鋰金屬易發生枝晶生長存在安全風險

7月的川渝，暑氣升騰。在成都郫都區，清陶能源投資的設計產能1GWh的半固態電池生產線，還在做投產前的最后准備，首批半固態電池將在這裡下線﹔在重慶兩江新區，贛鋒新型鋰電池科技產業園項目一期工程的90%樓體已經封頂，PACK生產線也將於本月投產，這裡將建成國內最大的固態電池生產基地。

跳出川渝，放眼全國全球，固態電池發展正欣欣向榮：7月4日，豐田公司宣布，已經在固態電池技術上取得了重大突破，能夠將電池的重量、體積和成本減半﹔6月30日，衛藍新能源將開發兩年多的360Wh/kg半固態電池正式交付給蔚來﹔更早之前，清陶（昆山）能源發展股份有限公司獲得上汽集團27億元巨資的增持……

企業布局、資本入場，固態電池賽道迅速升溫。然而在眾多業內人士看來，固態電池看似“風口”將至，實則“道阻且長”。

好在哪兒？

提升電池安全，打開能量密度天花板

2022年，四川一家長期深耕尾氣催化劑領域的企業將目光轉向了固態電池領域：中自環保科技股份有限公司與電子科技大學吳孟強教授團隊開展固態電池及其核心材料的研發。

為何做出這樣的產業調整？在中自環保科技股份有限公司副總經理、董事會秘書龔文旭看來，布局固態電池，就是在布局動力電池產業的未來，“公司已經投入數千萬元用於動力電池的研發。”

企業跨界布局，側面印証了固態電池產業的火熱。在A股市場上，布局固態電池產業的上市公司已經超過60家，不乏寧德時代、贛鋒鋰業這些龍頭企業。

固態電池儼然成為資本競逐的“風口”。據不完全統計，截至目前，國內已有8家固態電池制造領域相關企業獲得33輪融資。其中，在2022年，固態電池領域融資明顯加快，8家企業總計進行了13輪融資。

此外，奔馳、寶馬、福特、通用、蔚來、東風、比亞迪、現代等車企均已布局固態電池賽道，部分企業甚至已經公布量產時間表。

為何車企對固態電池如此看重？主要是基於固態電池在安全性和能量密度上的絕佳優勢。四川大學化學工程學院研究員萬放告訴記者，固態電池與傳統液態鋰電池工作原理相同，不同在於固態電池中固態電解質替代了原本的液態電解質和隔膜，具有更高的能量密度、更長的壽命和更高的安全性能。

“把電解質換成固態后，首先就能解決電池易燃易爆這個問題。”萬放指出，傳統液態鋰離子電池中的電解質易燃、易揮發，一旦發生泄漏或短路，可能導致火災或爆炸。而固態電解質是固體材料，具有較高的熱穩定性和抗燃性，能夠有效降低電池泄漏和熱失控風險。

續航則是另一個關鍵。“要讓新能源汽車跑得更遠、更安全，未來還要上天入海，服務飛行汽車、電動船舶等，都需要動力電池能量密度更大。”寧德時代首席科學家吳凱說，過去10年，液態鋰電池的能量密度提升了2—3倍，目前已接近理論上限。

業界估計，液態鋰電池的能量密度上限為350Wh/kg左右，能讓新能源汽車的續航達到1000公裡左右，而固態電池則能達到400Wh/kg以上，足以打破新能源車的“裡程焦慮”。

難在哪兒？

諸多難題待解，產業化路遠道長

盡管固態電池在安全性、能量密度等方面具備絕佳優勢，是未來鋰電行業發展的重要方向，但就現階段來說，技術和成本仍然嚴重制約了固態電池的商業化。

技術是一大難關。寧德時代董事長曾毓群就曾公開表示，固態電池有很多科學及技術的基礎問題尚未解決，公司深耕10多年，仍難以形成有技術可行性和市場競爭力的產品。

6月10日，在2023世界動力電池大會“新一代動力電池與前瞻技術”主題論壇上，中國工程院外籍院士、固態電池領域頂尖科學家孫學良也坦言，固態電池正極、電解質、負極的化學組成和物理、化學、力學性質還需改進，材料間兼容性、界面穩定性仍需提升，電池整體的安全管理策略及工程化制備技術尚不成熟，這些都是還需突破的難關。

“眼下固態電池仍處於研發階段，技術尚不成熟，存在固-固界面接觸不穩定影響性能發揮、固體電解質導電率差、採用鋰金屬易發生枝晶生長存在安全風險等問題。”萬放認為，短期內難以實現大規模的商業化。

同時，成本也是一道難以跨越的坎。據中郵証券測算，目前固態電池較液態電池成本高出30%以上。預計半固態電池規模化量產后，成本比液態鋰電池高10%—20%。

“固態電池成本高於液態電池，主要體現在固態電解質和正負極上。”東吳証券電動車首席証券分析師阮巧燕表示，固態電解質目前難以輕薄化，用到的部分稀有金屬原材料價格較高，疊加為高能量密度使用的高活性正負極材料尚未成熟，固態電解質和正負極成本較高。

全固態對生產工藝、質量控制、材料性能、工程化應用等也提出了更嚴苛的要求。萬放認為，未來幾年很難看到固態電池大批量生產，其大規模產業化仍有難度，但在一些特定區域的示范應用或者小批量應用短期內或許可以實現。

盡管挑戰重重，但也不乏好消息傳來：近日，由日本東京工業大學特聘教授菅野了次等人組成的研究團隊在美國《科學》雜志上發表論文，聲稱成功提高了全固態電池的快速充電性能和容量﹔中國科學技術大學教授馬騁開發了一種新型固態電解質，其綜合性能與目前最先進的硫化物、氯化物固態電解質相近，但成本不到后者的4%，適合進行產業化應用﹔中國科學院物理所吳凡團隊開發出一款硫化物全固態電池，其使用鈷酸鋰和三元正極，能從根本上提升鋰電池的安全性……

路在哪兒？

半固態電池成過渡優選方案

隨著技術、工藝和成本等難題的解決，固態電池的商業化只是時間問題。

“實現規模化量產和應用，窗口應該在2025年—2030年期間。”孫學良認為，未來10年，將是全固態電池研發的關鍵機遇期。中國科學院院士歐陽明高也曾表示：“全固態電池真正投入大規模商業應用的大概時間在2025年—2030年之間。”

要搶抓關鍵機遇期，選對路線很重要。與磷酸鐵鋰、三元液態鋰電池從千軍萬馬中闖出來一樣，固態電池也有技術路線之分。根據電解質類型，固態電池主要有聚合物、氧化物、硫化物三種技術路線。

“這三種技術路線各有優劣。”萬放分析，聚合物固態電池目前已實現小規模量產，但其離子導電能力率低，有待向高能聚合物電解質方向發展﹔氧化物固態電池是目前綜合性能較為優異的固態電池，其研發成本和難度較低，缺點是界面阻抗嚴重﹔硫化物固態電池電導率較高，延展性較好，但該電池對鋰的穩定性較差，易氧化問題突出。

這也意味著，無論選擇哪條技術路線，都有相應的技術與成本難點待克服，要在短期內實現全固態電池的量產，可能性不大，“從液態到半固態再到全固態”的漸進式發展路線成為優選方案。在孫學良看來，最近這些年，中國在准固態、半固態電池研究上，世界領先。

“固態電池目前基本上存在界面阻抗、生產工藝及成本等幾個方面的問題，這些問題如果改用固液混合的技術路線，可以得到緩解或基本解決。”萬放認為。

半固態作為一種過渡路線，已經迎來量產裝車的關鍵時點。比如，今年7月，蔚來更新了用戶手冊，在全新6款車型的手冊中都添加了關於150kWh半固態電池包的詳細信息﹔今年1月，東風嵐圖在“追光”發布會上宣布，“追光”採用自研的“雲母”電池系統，其搭載的82度電的動力電池是行業首個量產裝車的半固態電池。

如何爭先？

加強產學研合作，對關鍵技術攻關

固液混合電池電解質路線已形成初步共識，將逐步向全固態演進。據華泰証券預計，2030年全球固態電池市場空間將超3000億元。

為了搶抓機遇，各地都在加快布局，四川也不例外。今年2月，在上海舉行的“投資四川·成都都市圈全球投資推介會”上，總投資100億元的15GWh清陶能源動力固態電池儲能產業基地正式簽約落地成都市郫都區。目前，首條設計產能1GWh的生產線即將投產。

百億級項目為何落地四川？清陶（昆山）能源發展股份有限公司總經理李崢表示，發展鋰電池產業對電力能源需求較高，四川有豐富的水電、風電、光電資源，在能源供給上有價格優勢，而且四川在整個鋰電池的上游原材料產業布局也很完整很充分，這也有力增強了關鍵資源的保障能力。

當然，短板也不容忽視。在萬放看來，雖然在動力電池相關技術領域，在川高校、科研院所和優勢企業都有較強的實力，但在固態電池這一領域的研究，與東部沿海地區等地相比目前還有差距。

“應加強產學研合作，對關鍵技術攻關。”龔文旭認為，企業貼近市場，高校注重研究，隻有加強產學研合作，才能加快科技成果轉化。“就像我們公司也是通過與高校的產學研合作，才在尾氣催化劑領域佔有一席之地，並成功上市。”

當前正處於固態電池技術商業化的前夕。孫學良提醒，在推進各項研究的同時，應更加重視專利布局，讓更多的創新成果固化下來，成為將來參與固態電池產業全球競爭的堅實基礎。

□四川日報全媒體記者 田姣

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