引語(yǔ)：一場(chǎng)關(guān)于未來(lái)能源的競(jìng)爭(zhēng)已悄然打響，而中國(guó)企業(yè)正試圖在這場(chǎng)固態(tài)電池的全球賽中搶占領(lǐng)跑位置。

2023年前后，在中國(guó)新能源汽車產(chǎn)銷連年位居全球之首時(shí)，中國(guó)科技部和工信部組織了一次未雨綢繆的密集調(diào)研。那次調(diào)研匯集了行業(yè)頂尖專家，課題很明確：是否存在一種顛覆性技術(shù)，會(huì)在未來(lái)沖擊中國(guó)的全球電池地位？

調(diào)研結(jié)論令人警醒：那便是全固態(tài)電池。隨后，中國(guó)科學(xué)院院士歐陽(yáng)明高牽頭成立了中國(guó)全固態(tài)電池產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新平臺(tái)，政府則推出了一項(xiàng)60億元的固態(tài)電池專項(xiàng)刺激計(jì)劃。

曾經(jīng)在液態(tài)鋰電池領(lǐng)域占據(jù)全球主導(dǎo)地位的中國(guó)電池產(chǎn)業(yè)，正在全力備戰(zhàn)一場(chǎng)來(lái)自未來(lái)的技術(shù)革命。

1、何謂終極形態(tài)：固態(tài)電池的前世今生

固態(tài)電池并非新鮮概念。早在1991年，美國(guó)Argonne國(guó)家實(shí)驗(yàn)室就提出了可充電固態(tài)鋰電池設(shè)計(jì)方案。從90年代第一顆固態(tài)電池誕生到現(xiàn)在，這項(xiàng)技術(shù)一直沒(méi)能真正走出過(guò)實(shí)驗(yàn)室。

固態(tài)電池的原理與傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池相似，都被科學(xué)家們形象地稱為“搖椅式電池”。不同的是，其電解質(zhì)為固態(tài)，具有的密度以及結(jié)構(gòu)可以讓更多帶電離子聚集在一端，傳導(dǎo)更大的電流，進(jìn)而提升電池容量。

固態(tài)電池的四大優(yōu)勢(shì)令人矚目：

一是能量密度高。使用全固態(tài)電解質(zhì)后，可以直接使用金屬鋰來(lái)做負(fù)極，明顯減輕負(fù)極材料的用量，使得整個(gè)電池的能量密度有明顯提高。

二是體積小。傳統(tǒng)鋰離子電池中，隔膜和電解液加起來(lái)占據(jù)了電池中近40%的體積和25%的質(zhì)量，而固態(tài)電解質(zhì)可以將其縮短到只有幾到十幾個(gè)微米。

三是柔性化前景。全固態(tài)電池在輕薄化后柔性程度會(huì)有明顯提高，可以經(jīng)受幾百到幾千次的彎曲而保證性能基本不衰減。

四是更安全。采用全固態(tài)電池技術(shù)，鋰枝晶和電解液燃燒問(wèn)題可以直接得到解決。

2、技術(shù)路線之爭(zhēng)：三大主流路線競(jìng)相突圍

固態(tài)電池領(lǐng)域主要有三種技術(shù)路線同臺(tái)競(jìng)技，分別是聚合物、氧化物和硫化物。

聚合物路線“像溫柔的軟妹子”，使用PEO（聚環(huán)氧乙烷）等材料當(dāng)電解質(zhì)，優(yōu)點(diǎn)在于柔韌性好、成本低、易加工，但缺點(diǎn)是在常溫下離子導(dǎo)電率低，需要加熱才能工作。

氧化物路線被比喻為“穩(wěn)重的老大哥”，采用石榴石、NASICON等陶瓷材料當(dāng)電解質(zhì)，優(yōu)點(diǎn)在于耐高溫、循環(huán)壽命長(zhǎng)，缺點(diǎn)是離子導(dǎo)電率低，界面接觸不夠靈活。

硫化物路線則是“傲嬌的學(xué)霸”，其離子導(dǎo)電率最高，室溫下堪比液態(tài)電池，能量密度高、快充能力強(qiáng)，但缺點(diǎn)是遇空氣會(huì)生成有毒硫化氫，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，成本高昂。

此外，還有鹵化物路線這一“潛力股小鮮肉”，雖導(dǎo)電率高且可塑性強(qiáng)，但還處于研發(fā)的早期階段。

產(chǎn)業(yè)層面，日本企業(yè)普遍“死磕”硫化物路線，中國(guó)企業(yè)則在三條路線上均有布局。寧德時(shí)代、比亞迪等頭部企業(yè)都在積極投入研發(fā)，試圖在這場(chǎng)技術(shù)競(jìng)賽中占據(jù)制高點(diǎn)。

3、關(guān)鍵挑戰(zhàn)：固固界面接觸成為首要難題

全固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化之路依然面臨重重阻礙。據(jù)研究人員指出，其產(chǎn)業(yè)化需攻克的技術(shù)挑戰(zhàn)約達(dá)172項(xiàng)，若考慮制造環(huán)節(jié)的復(fù)雜性，實(shí)際難題可能更多。

其中最關(guān)鍵的有6項(xiàng)難題，包括固固界面、材料穩(wěn)定性、致密化問(wèn)題、制備過(guò)程中的安全、成本問(wèn)題，以及電池包集成問(wèn)題。

固固界面接觸問(wèn)題尤為關(guān)鍵，它直接影響鋰離子傳輸效率和電池循環(huán)壽命，是決定全固態(tài)電池能否從概念走向?qū)嵱玫氖滓疤帷Ｈ舨荒苡行Ы鉀Q，全固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化將無(wú)從談起。

中國(guó)科學(xué)院物理研究所黃學(xué)杰團(tuán)隊(duì)近期取得了重要突破，通過(guò)在電解質(zhì)中引入碘離子，在電場(chǎng)作用下形成富碘界面，能夠自動(dòng)填充所有的縫隙和孔洞，讓電極和電解質(zhì)始終保持緊密貼合。

這一創(chuàng)新解決了鋰金屬負(fù)極與固體電解質(zhì)之間界面處易生成孔洞且隨循環(huán)而惡化的難題。

4、過(guò)渡方案：半固態(tài)電池嶄露頭角

面對(duì)全固態(tài)電池的技術(shù)難題，產(chǎn)業(yè)界近兩年探索出了一條折中方案——半固態(tài)電池。也就是在固態(tài)電解質(zhì)中想方設(shè)法地?fù)诫s一些潤(rùn)濕劑，以改善固固界面的接觸問(wèn)題。

效果立竿見(jiàn)影。目前，半固態(tài)電池已經(jīng)小批量生產(chǎn)，最早的便是蔚來(lái)和衛(wèi)藍(lán)新能源合作打造的150度電池，去年初電池包就已經(jīng)投入市場(chǎng)。

后續(xù)上汽旗下品牌智己、名爵也先后發(fā)布了搭載半固態(tài)電池的產(chǎn)品，由清陶能源供應(yīng)。

半固態(tài)電池能量密度的提升，讓電動(dòng)車的續(xù)航可以輕松突破1000公里，并且即便在北方低溫環(huán)境下，也不用過(guò)多擔(dān)心掉電問(wèn)題。

然而，半固態(tài)電池在汽車上的應(yīng)用也略顯“雞肋”。主要是，相比于現(xiàn)在的液態(tài)電池，半固態(tài)電池的能量密度提升并不顯著，而成本則高出很多。

以蔚來(lái)的150度電池為例，產(chǎn)業(yè)界估算，其僅電芯成本就需要30萬(wàn)元，蔚來(lái)總裁秦力洪也曾透露，這塊電池包的價(jià)格“相當(dāng)于一輛ET5”。

5、量產(chǎn)時(shí)間表：從實(shí)驗(yàn)室到量產(chǎn)線的漫長(zhǎng)之路

對(duì)于全固態(tài)電池的量產(chǎn)時(shí)間，行業(yè)內(nèi)已經(jīng)形成了較為明確的共識(shí)。

多家企業(yè)計(jì)劃在2027年左右實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池的小規(guī)模裝車。豐田已宣布計(jì)劃最早在2027年推出首款搭載量產(chǎn)全固態(tài)電池技術(shù)車型，比亞迪則計(jì)劃在2027年將全固態(tài)電池用于高端車型。

不過(guò)，即便是進(jìn)度最快的企業(yè)，也僅計(jì)劃在2026年小批量裝車。而行業(yè)龍頭寧德時(shí)代的全固態(tài)電池量產(chǎn)計(jì)劃已推遲至2030年。

成本是橫亙?cè)诹慨a(chǎn)路上的另一大障礙。目前全固態(tài)電池每瓦時(shí)成本約5元，是現(xiàn)有液態(tài)電池的5-10倍，裝配80度電的電池包僅電芯成本就高達(dá)40萬(wàn)元，遠(yuǎn)超整車價(jià)格。

中俄新能源材料技術(shù)研究院院長(zhǎng)王慶生強(qiáng)調(diào)，行業(yè)普遍認(rèn)為，固態(tài)電池量產(chǎn)初期成本將是現(xiàn)有電池的2倍以上，后續(xù)需通過(guò)持續(xù)技術(shù)迭代逐步降低成本。

6、應(yīng)用前景：從特殊場(chǎng)景到大眾市場(chǎng)的漸進(jìn)路徑

全固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化路徑預(yù)計(jì)將分三個(gè)階段推進(jìn)：

首先是推動(dòng)技術(shù)完成實(shí)質(zhì)性跨越，打造出在具體應(yīng)用場(chǎng)景中真正可用的產(chǎn)品。預(yù)計(jì)其有望在低空經(jīng)濟(jì)、混合動(dòng)力或高溫鉆井平臺(tái)等成本相對(duì)不敏感的特殊領(lǐng)域率先落地。

其次是持續(xù)優(yōu)化技術(shù)指標(biāo)，拓展應(yīng)用場(chǎng)景。在產(chǎn)品初步成型后，通過(guò)持續(xù)迭代，將其打造為在安全、能量密度、成本、快充、低溫性能及可制造性等多個(gè)維度上更為均衡的“六邊形戰(zhàn)士”。

第三階段是實(shí)現(xiàn)全域普及與成本良性循環(huán)。未來(lái)全固態(tài)電池應(yīng)用范圍將不再局限于電力系統(tǒng)與儲(chǔ)能，更將延伸至儲(chǔ)能、船舶乃至對(duì)性能要求嚴(yán)苛的航空領(lǐng)域。

事實(shí)上，目前無(wú)論是半固態(tài)還是固態(tài)電池，更優(yōu)先被考慮的落地場(chǎng)景不是汽車，而是飛行器、機(jī)器人、3C消費(fèi)品等領(lǐng)域。

這些領(lǐng)域?qū)δ芰棵芏群桶踩砸蟾?，且相?duì)成本不敏感，能夠快速驗(yàn)證技術(shù)價(jià)值。

7、其他電池路線：多元技術(shù)路線競(jìng)逐未來(lái)

盡管固態(tài)電池被寄予厚望，但市場(chǎng)上仍有其他潛在的技術(shù)路線可能與之競(jìng)爭(zhēng)。

鋁空氣電池兼具能量密度高和充能快的優(yōu)點(diǎn)，采用更換負(fù)極的方式可使“機(jī)械充能”相比傳統(tǒng)燃油車的燃油加注毫不遜色。然而，鋁負(fù)極的腐蝕抑制、正極吸氧催化劑的研究與設(shè)計(jì)等多重難題待解。

鋰硫電池被稱為“鋰電的終極形態(tài)”，能讓電池毫不遜色于油箱，同樣可以解決續(xù)航問(wèn)題。但電極結(jié)構(gòu)的顯著變化、多硫化物的穿梭效應(yīng)、難于控制的副反應(yīng)等問(wèn)題，阻礙著鋰硫電池技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向市場(chǎng)。

氫燃料電池則已實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)車約10萬(wàn)公里安全運(yùn)行。但問(wèn)題在于燃料電池電堆的壽命、對(duì)鉑基催化劑的依賴導(dǎo)致的高成本，還有“電-氫-電”能量轉(zhuǎn)化路徑的低效。

相比之下，進(jìn)步鋰電車——即通過(guò)優(yōu)化現(xiàn)有鋰離子電池技術(shù)——在未來(lái)十年內(nèi)仍可能是主流選擇。行業(yè)將面臨洗牌，存活下來(lái)的鋰電企業(yè)將登上視野范圍之內(nèi)的技術(shù)高地。

據(jù)研究機(jī)構(gòu)EVTank預(yù)計(jì)，到2030年，全球固態(tài)電池的出貨量將達(dá)到614吉瓦時(shí)，其中全固態(tài)電池占比接近30%。

而在當(dāng)下，從高端消費(fèi)、無(wú)人車到低空經(jīng)濟(jì)，固態(tài)電池正在一步步驗(yàn)證自己的技術(shù)價(jià)值。正如行業(yè)專家所言，全固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化是一項(xiàng)長(zhǎng)期的系統(tǒng)性工程，既不能低估挑戰(zhàn)，也不必過(guò)度悲觀。

未來(lái)十年，能源存儲(chǔ)領(lǐng)域?qū)⑸涎菀粓?chǎng)精彩紛呈的技術(shù)角逐。無(wú)論最終勝出的是固態(tài)電池還是其他技術(shù)路線，唯一可以確定的是，全球能源格局正面臨一場(chǎng)深刻的變革。