全固态电池和液态锂电池有何不同？

液态锂电池由正极材料、负极材料、电解液和隔膜四大主材组成；

全固态电池则是将电解液、隔膜换成固态电解质。

相比液态锂电池，固态电池的优势在哪儿？

安全性更高 能量密度更高 循环寿命更长 体积更小

固态电池的分类

按照目前的技术路线不同，主要有三类：

氧化物固态电池 硫化物固态电池 聚合物固态电池

按照电解质形态可分为：

半固态 准固态 全固态

目前固态电池存在的三大关键技术问题

固-固界面接触不稳定影响性能发挥

固体电解质导电率差

采用锂金属易发生枝晶生长存在安全风险

7月的川渝，暑气升腾。在成都郫都区，清陶能源投资的设计产能1GWh的半固态电池生产线，还在做投产前的最后准备，首批半固态电池将在这里下线；在重庆两江新区，赣锋新型锂电池科技产业园项目一期工程的90%楼体已经封顶，PACK生产线也将于本月投产，这里将建成国内最大的固态电池生产基地。

跳出川渝，放眼全国全球，固态电池发展正欣欣向荣：7月4日，丰田公司宣布，已经在固态电池技术上取得了重大突破，能够将电池的重量、体积和成本减半；6月30日，卫蓝新能源将开发两年多的360Wh/kg半固态电池正式交付给蔚来；更早之前，清陶（昆山）能源发展股份有限公司获得上汽集团27亿元巨资的增持……

企业布局、资本入场，固态电池赛道迅速升温。然而在众多业内人士看来，固态电池看似“风口”将至，实则“道阻且长”。

好在哪儿？

提升电池安全，打开能量密度天花板

2022年，四川一家长期深耕尾气催化剂领域的企业将目光转向了固态电池领域：中自环保科技股份有限公司与电子科技大学吴孟强教授团队开展固态电池及其核心材料的研发。

为何做出这样的产业调整？在中自环保科技股份有限公司副总经理、董事会秘书龚文旭看来，布局固态电池，就是在布局动力电池产业的未来，“公司已经投入数千万元用于动力电池的研发。”

企业跨界布局，侧面印证了固态电池产业的火热。在A股市场上，布局固态电池产业的上市公司已经超过60家，不乏宁德时代、赣锋锂业这些龙头企业。

固态电池俨然成为资本竞逐的“风口”。据不完全统计，截至目前，国内已有8家固态电池制造领域相关企业获得33轮融资。其中，在2022年，固态电池领域融资明显加快，8家企业总计进行了13轮融资。

此外，奔驰、宝马、福特、通用、蔚来、东风、比亚迪、现代等车企均已布局固态电池赛道，部分企业甚至已经公布量产时间表。

为何车企对固态电池如此看重？主要是基于固态电池在安全性和能量密度上的绝佳优势。四川大学化学工程学院研究员万放告诉记者，固态电池与传统液态锂电池工作原理相同，不同在于固态电池中固态电解质替代了原本的液态电解质和隔膜，具有更高的能量密度、更长的寿命和更高的安全性能。

“把电解质换成固态后，首先就能解决电池易燃易爆这个问题。”万放指出，传统液态锂离子电池中的电解质易燃、易挥发，一旦发生泄漏或短路，可能导致火灾或爆炸。而固态电解质是固体材料，具有较高的热稳定性和抗燃性，能够有效降低电池泄漏和热失控风险。

续航则是另一个关键。“要让新能源汽车跑得更远、更安全，未来还要上天入海，服务飞行汽车、电动船舶等，都需要动力电池能量密度更大。”宁德时代首席科学家吴凯说，过去10年，液态锂电池的能量密度提升了2—3倍，目前已接近理论上限。

业界估计，液态锂电池的能量密度上限为350Wh/kg左右，能让新能源汽车的续航达到1000公里左右，而固态电池则能达到400Wh/kg以上，足以打破新能源车的“里程焦虑”。

难在哪儿？

诸多难题待解，产业化路远道长

尽管固态电池在安全性、能量密度等方面具备绝佳优势，是未来锂电行业发展的重要方向，但就现阶段来说，技术和成本仍然严重制约了固态电池的商业化。

技术是一大难关。宁德时代董事长曾毓群就曾公开表示，固态电池有很多科学及技术的基础问题尚未解决，公司深耕10多年，仍难以形成有技术可行性和市场竞争力的产品。

6月10日，在2023世界动力电池大会“新一代动力电池与前瞻技术”主题论坛上，中国工程院外籍院士、固态电池领域顶尖科学家孙学良也坦言，固态电池正极、电解质、负极的化学组成和物理、化学、力学性质还需改进，材料间兼容性、界面稳定性仍需提升，电池整体的安全管理策略及工程化制备技术尚不成熟，这些都是还需突破的难关。

“眼下固态电池仍处于研发阶段，技术尚不成熟，存在固-固界面接触不稳定影响性能发挥、固体电解质导电率差、采用锂金属易发生枝晶生长存在安全风险等问题。”万放认为，短期内难以实现大规模的商业化。

同时，成本也是一道难以跨越的坎。据中邮证券测算，目前固态电池较液态电池成本高出30%以上。预计半固态电池规模化量产后，成本比液态锂电池高10%—20%。

“固态电池成本高于液态电池，主要体现在固态电解质和正负极上。”东吴证券电动车首席证券分析师阮巧燕表示，固态电解质目前难以轻薄化，用到的部分稀有金属原材料价格较高，叠加为高能量密度使用的高活性正负极材料尚未成熟，固态电解质和正负极成本较高。

全固态对生产工艺、质量控制、材料性能、工程化应用等也提出了更严苛的要求。万放认为，未来几年很难看到固态电池大批量生产，其大规模产业化仍有难度，但在一些特定区域的示范应用或者小批量应用短期内或许可以实现。

尽管挑战重重，但也不乏好消息传来：近日，由日本东京工业大学特聘教授菅野了次等人组成的研究团队在美国《科学》杂志上发表论文，声称成功提高了全固态电池的快速充电性能和容量；中国科学技术大学教授马骋开发了一种新型固态电解质，其综合性能与目前最先进的硫化物、氯化物固态电解质相近，但成本不到后者的4%，适合进行产业化应用；中国科学院物理所吴凡团队开发出一款硫化物全固态电池，其使用钴酸锂和三元正极，能从根本上提升锂电池的安全性……

路在哪儿？

半固态电池成过渡优选方案

随着技术、工艺和成本等难题的解决，固态电池的商业化只是时间问题。

“实现规模化量产和应用，窗口应该在2025年—2030年期间。”孙学良认为，未来10年，将是全固态电池研发的关键机遇期。中国科学院院士欧阳明高也曾表示：“全固态电池真正投入大规模商业应用的大概时间在2025年—2030年之间。”

要抢抓关键机遇期，选对路线很重要。与磷酸铁锂、三元液态锂电池从千军万马中闯出来一样，固态电池也有技术路线之分。根据电解质类型，固态电池主要有聚合物、氧化物、硫化物三种技术路线。

“这三种技术路线各有优劣。”万放分析，聚合物固态电池目前已实现小规模量产，但其离子导电能力率低，有待向高能聚合物电解质方向发展；氧化物固态电池是目前综合性能较为优异的固态电池，其研发成本和难度较低，缺点是界面阻抗严重；硫化物固态电池电导率较高，延展性较好，但该电池对锂的稳定性较差，易氧化问题突出。

这也意味着，无论选择哪条技术路线，都有相应的技术与成本难点待克服，要在短期内实现全固态电池的量产，可能性不大，“从液态到半固态再到全固态”的渐进式发展路线成为优选方案。在孙学良看来，最近这些年，中国在准固态、半固态电池研究上，世界领先。

“固态电池目前基本上存在界面阻抗、生产工艺及成本等几个方面的问题，这些问题如果改用固液混合的技术路线，可以得到缓解或基本解决。”万放认为。

半固态作为一种过渡路线，已经迎来量产装车的关键时点。比如，今年7月，蔚来更新了用户手册，在全新6款车型的手册中都添加了关于150kWh半固态电池包的详细信息；今年1月，东风岚图在“追光”发布会上宣布，“追光”采用自研的“云母”电池系统，其搭载的82度电的动力电池是行业首个量产装车的半固态电池。

如何争先？

加强产学研合作，对关键技术攻关

固液混合电池电解质路线已形成初步共识，将逐步向全固态演进。据华泰证券预计，2030年全球固态电池市场空间将超3000亿元。

为了抢抓机遇，各地都在加快布局，四川也不例外。今年2月，在上海举行的“投资四川·成都都市圈全球投资推介会”上，总投资100亿元的15GWh清陶能源动力固态电池储能产业基地正式签约落地成都市郫都区。目前，首条设计产能1GWh的生产线即将投产。

百亿级项目为何落地四川？清陶（昆山）能源发展股份有限公司总经理李峥表示，发展锂电池产业对电力能源需求较高，四川有丰富的水电、风电、光电资源，在能源供给上有价格优势，而且四川在整个锂电池的上游原材料产业布局也很完整很充分，这也有力增强了关键资源的保障能力。

当然，短板也不容忽视。在万放看来，虽然在动力电池相关技术领域，在川高校、科研院所和优势企业都有较强的实力，但在固态电池这一领域的研究，与东部沿海地区等地相比目前还有差距。

“应加强产学研合作，对关键技术攻关。”龚文旭认为，企业贴近市场，高校注重研究，只有加强产学研合作，才能加快科技成果转化。“就像我们公司也是通过与高校的产学研合作，才在尾气催化剂领域占有一席之地，并成功上市。”

当前正处于固态电池技术商业化的前夕。孙学良提醒，在推进各项研究的同时，应更加重视专利布局，让更多的创新成果固化下来，成为将来参与固态电池产业全球竞争的坚实基础。

□四川日报全媒体记者 田姣

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