2024年1月，大眾汽車的電池子公司PowerCo宣布，其合作伙伴QuantumScape已成功通過其首批固態電池的耐久性測試，實現超過1000次的充放電循環，同時保持超過95%的容量。此前，2023年9月，美國固態電池上市公司Solid Power宣布，其首批A-1固態電池樣品已正式交付給寶馬進行汽車驗證測試，寶馬計劃到2025年推出基于Solid Power固態電池技術的首款原型車。

隨著下一代汽車電池技術 —— 固態電池技術的進步和突破，傳統液態電池的地位正受到挑戰。

固態電池為何備受矚目？

因為技術路線不同，汽車電池技術劃分為磷酸鐵鋰和三元鋰兩大陣營。在性能、安全、成本這三大因素的綜合作用下，磷酸鐵鋰和三元電池的市占率此消彼長。不變的是，為贏得市場競爭優勢，車企都追求長續駛里程吸引消費者，通過優化電池包物理結構以及多“堆”電池，實現增加車輛續駛里程，CTP技術、滑板底盤等應運而生。

根據《節能與新能源汽車技術路線圖》，2025年動力電池的能量密度目標為400Wh/kg，2030年目標為500Wh/kg。想達到2030年的目標，現有液態鋰電池技術路線恐難擔大任，光是350Wh/kg的能量密度天花板就很難打破，但是固態電池能量密度能輕松超越350Wh/kg。

傳統液態鋰電池主要由正極、負極、電解液和隔膜四大關鍵要素組成，鋰離子從正極到負極再到正極的來回移動過程中，電池的充放電過程便完成了。而固態電池則是一種使用固態電極和固態電解質的電池，充電時正極中的鋰離子從活性物質中脫嵌，通過固態電解質向負極遷移。

固態電池與液態鋰離子電池的區別

在傳統液態鋰電池的充放電過程中，電極表面很容易發生副反應。例如，陽極電極表面形成的鋰枝晶很容易穿透隔膜，造成陰極和陽極電極之間短路，導致電池起火。另外，電解液為有機液體，在高溫下發生副反應、氧化分解、產生氣體、發生燃燒的傾向都會加劇。新能源汽車市場容量快速擴大，液態電池在安全性方面面臨著巨大挑戰，動力電池對于高能量密度與高安全性的迫切需求推動著固態電池的發展。與液態鋰電池相比，固態電池具備高安全性、高能量密度、體積小、耐低溫等優勢。

· 安全性高：由于固態電池的電解質固態化，不含易燃易爆、易揮發等成分，可徹底消除電池因漏液引發的電池冒煙、起火等，以及在充放電過程中生成鋰枝晶造成的安全隱患，被稱為最安全電池體系。

· 能量密度高：固態電池能使用能量密度更高的活性材料，例如，基于金屬鋰陽極的固態電池的能量密度可超過500Wh/kg，而液態鋰電池的理論能量密度極限為350Wh/kg。目前，傳統的液態鋰電池已接近其理論能量密度極限，進一步改進的空間很小。

· 體積小：傳統鋰離子電池中，需要使用隔膜和電解液，它們加起來占據了電池中近40%的體積和25%的質量。而如果把它們用固態電解質取代（主要有有機和無機陶瓷材料兩個體系），正負極之間的距離（傳統上由隔膜電解液填充，現在由固態電解質填充）可以縮短到甚至只有幾到十幾個微米，這樣電池的厚度就能大大地降低 —— 因此全固態電池技術是電池小型化，薄膜化的必經之路。

· 溫度范圍更廣，循環使用壽命更長：固態電解質的穩定性可以減緩電池中的失活和退化過程，不僅可以延長電池的使用壽命，還能阻止金屬鋰的電極枝晶生長，減少電極的體積膨脹和損壞，提高電池的循環穩定性。

另外值得補充說明的是，液態鋰電池往往需要先將單體電芯封裝完成后先并聯再串聯，若想省流程直接串聯，則會導致正負極短路。而固態電池由于內部不含液體，不存在短路的問題，可直接串聯組裝。還有對于固態電池，因為其高安全性，可簡化甚至不需要冷卻系統，所以固態電池的實際量產過程中，其成組成本會更低，整個生產流程更簡單。

固態電池階段發展之路

固態電解質是固態電池的核心部件，在很大程度上決定了固態電池的各項性能參數，如功率密度、循環穩定性、安全性能、高低溫性能以及使用壽命。固態電池按照其電解質的不同分為聚合物、氧化物和硫化物三種路線。

目前氧化物體系進展最快，硫化物體系緊隨其后，高能聚合物體系仍處于實驗室研究階段，硫化物和聚合物體系都已取得長足進展。氧化物的綜合發展性較為均衡，其他兩種的電解質均存在高成本或研發難度大等問題，不能達到大規模生產應用的要求。

展望固態電池未來發展趨勢，技術上步步為營，采用逐步顛覆策略，液態電解質含量逐步下降，全固態電池是最終形態。依據電解質分類，鋰電池可分為液態、半固態、準固態和全固態四大類，其中半固態、準固態和全固態三種統稱為固態電池，區別在于所包含的液體電解質質量。

其中，半固態電池的液體電解質質量百分比小于10%，準固態電池液體電解質質量百分比小于5%，而全固態不含有任何液體電解質，其電解質材料為固態。現階段電池體系包含部分液態電解質以取長補短，逐漸減少液體的使用，從半固態電池到準固態電池，最終邁向無液體的全固態電池。

固態電池“三步走”路線圖

固態電池的迭代過程中，液態電解質含量將從20wt%降至0wt%，電池負極逐步替換成金屬鋰片，電池能量密度有望提升至500Wh/kg，電池工作溫度范圍擴大三倍以上。預計在2025年前后，半固態電池可以實現量產，2030年前后實現全固態電池的商業化應用。

目前在全球范圍內，全固態電池主要處于研發和試制階段。從液態電池到固態電池，首先會面臨電解質材料的變更，進而帶來工藝上的轉變。目前日韓和歐美等海外企業更傾向于硫化物技術路線，致力于全固態電池的開發，產業化進程相對緩慢；而國內企業多數選擇氧化物技術路線，研發的產品多為半固態電池。

全球汽車制造商之所以熱衷于開發全固態電池，是因為消費者對里程的需求依然強勁。材料技術、制備技術不夠成熟、生產成本過高，成為制約全固態電池產業化的主要因素。行業普遍認為，全固態電池距離大規模產業化至少還需5年時間。正因如此，半固態電池成為公認的更利于產業化的技術路線，而全固態電池極有可能成為電動汽車市場爆發式增長的催化劑。

固態電池產業化仍需時間

目前，全球都在加快固態電池的研發，在固態電池正是量產之前，還有幾個關鍵技術問題亟待攻克。例如，固態電池的低電導率和高界面阻抗，讓鋰離子在電池內部傳輸效率過低，影響了電池的快充能力和循環壽命，同時也無法讓電池的容量正常釋放。

· 固態電解質的離子電導率偏低。所謂離子電導率指的是鋰離子在電解質內移動的順暢情況。固態電池的電導率普遍低于液態離子電導率，比如聚合物電解質，其離子電導率甚至比液態離子電導率差了多個數量級。

· 固體電解質與電極間的界面阻抗較大。傳統液態電解質與正負極之間是固液接觸，界面潤濕性良好，可以說是“嚴絲合縫”，界面之間不會產生大的阻抗。但是固態電解質和正負極是固固接觸，接觸效果差了一大截，所以鋰離子在界面之間的傳輸阻力更大。

此外在固態電池中，除了電解質和電極之間的界面，電極內部還存在復雜的多級界面，電化學以及形變等因素都會導致接觸失效影響電池性能。長期使用時穩定性不理想也是長壽命儲能固態電池發展的瓶頸。固態電池在服役過程中結構與界面會隨時間發生退化，但退化對電池綜合性能的影響機制尚不明確，難以實現長效應用。

而構建高性能固態電池需要從兩方面入手，一是構建高性能的固態電解質，二是提高界面的相容性和穩定性。目前，可以通過兩個手段解決這一問題：第一個是加強材料的處理能力，讓界面越來越完整，接觸越來越充分；第二則是在材料選擇過程中，根據不同類型的材料，結合不同的材料體系、物理性能做復合，最終形成一種復合材料，其中，有無機的材料部分更多為了彌合界面的接觸，無機的材料部分主力傳導離子。

除了技術的限制，阻礙固態量產的另一個老大難就是成本，固態電池要想與傳統液態鋰離子電池一較高下，電池降本至關重要。由于固態電解質用量的增加，全固態電池成本相比混合固液電池會進一步增加。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%。彭博新能源財經預計，固態電池將首先在高端電動汽車中采用，其成本將在2032年下降至與傳統鋰離子電池的同等水平。

固態電池得到資本高度青睞的同時，也在經受著同樣力度的質疑。其中，最常被大寫加粗的懷疑角度是：量產進度。這個問題的答案，我們可以從世界各大汽車公司的固態電池上車時間表中一窺端倪。技術和成本是擋住固態電池產業化道路的兩座大山，在短期內無法跨越，到2035年電動車全固態電池的市場滲透率預計不會超過15%。鋰電產業鏈是一個至少還有10年良好前景的行業。

因此，投資者的熱情也沒有前幾年那么積極，根據金融數據和軟件分析公司PitchBook的數據，2023年固態電池公司的全球風險投資交易額下降了72%，降至1.46億美元，是近五年來的最低值。投資公司Ibex Investors合伙人杰夫·彼得斯（Jeff Peters）稱，“投資者對固態電池的興趣已經減弱，他們正在質疑固態電池的風險是否值得。”

固態電池面臨著漫長的研發周期，憑借鋰離子電池的持續進步，固態電池技術對于未來電動汽車可能“并非必要”。從目前市面上的動力電池來看，確實也可以滿足眼下的用車需求：800V超高壓已經快成為新勢力們的標配了，甚至900V、1200V也都在路上。兩種技術正處于激烈的競爭中，誰將勝出尚不得知。

但是不得不直面的問題是：固態電池產業化將會重塑現有的鋰電池供應鏈，像隔膜和液態電解質企業，如果不能及時轉型升級，將面臨被“顛覆”的結局。從固態電池的發展階段來看，科研人員還在逐步完善固態電池的一些缺陷，并且也在等待其商業化量產的契機。新能源電動汽車的爆發可謂是跨時代的一筆，而固態電池取代液態鋰電池也將是革命性的。

全固態電池已成為下一代電池技術競爭的制高點。發展全固態電池已被日本、韓國、美國、歐盟等主要國家和地區列為國家發展戰略，全球企業都在積極進軍這一領域。

日本在研發方面起步較早，在專利申請方面處于領先地位，積累了全球最多的固態電池專利技術，像豐田和日產這樣的日本公司已明確表示，計劃在2028年左右實現ASSB的大規模生產。在韓國，主要的電池制造商如三星SDI、SK Innovation和LG Energy Solutions繼續投資于研發，三星SDI在2023年完成了全固態電池試生產線（S-line）的建設，并計劃在2027年實現大規模生產。

雖然中國目前是世界上最大的鋰電池生產國，但在全固態電池的專利布局方面，與國際企業仍有較大差距。中國固態電池技術路線多樣，主要集中在半固態/固液混合電池，其中半固態電池已實現小規模生產并在汽車上應用。