固态电池：开启能源新时代的钥匙？

锂电那些事今日头条2025年04月02日 星期三

固态电池是什么？

 

固态电池，从名字上理解，就是使用固体电极和固体电解质的电池 ，它彻底摒弃了传统液态电池中的电解液和隔膜。在传统的液态锂离子电池里，锂离子在液态电解质中穿梭于正负极之间，实现充放电；而固态电池则让锂离子在固态电解质中完成这一旅程。

从结构上看，传统液态电池主要由正极、负极、电解液和隔膜组成。电解液作为锂离子传输的介质，隔膜则起着防止正负极短路的关键作用。而固态电池使用固态电解质替代了电解液和隔膜，这一改变看似简单，却带来了一系列颠覆性的优势。

首先是安全性的大幅提升。液态电池的电解液大多是易燃的有机溶液，一旦电池发生过热、短路等情况，就极易引发火灾甚至爆炸。近年来，电动汽车因电池起火的新闻屡见不鲜，这也让人们对液态电池的安全性产生了担忧。而固态电池的固态电解质不燃，从根本上杜绝了这种隐患。即使在受到剧烈撞击、高温等极端条件下，固态电池也能保持稳定，大大降低了安全风险。

其次是能量密度更高。锂金属作为负极材料，理论容量远高于目前液态电池中常用的石墨负极。固态电池能够适配锂金属负极，并且固态电解质的密度和储锂能力也有助于提升整体能量密度。这意味着在相同的体积或重量下，固态电池能够储存更多的电量，为设备提供更持久的续航。以电动汽车为例，搭载固态电池后，续航里程有望大幅提升，轻松突破现有的续航瓶颈，解决人们的 “里程焦虑”。

再者，固态电池的循环寿命更长。在充放电过程中，液态电池的电解液会逐渐分解，产生副反应，导致电池性能不断衰减，循环寿命有限。而固态电池的固态电解质稳定性高，不易分解，在充放电过程中产生的副反应较少，能够保持更长久的性能稳定，循环寿命可以达到数千次甚至更高，大大延长了电池的使用寿命，减少了更换电池的频率和成本。

另外，固态电池还具有更宽的工作温度范围。无论是在极寒的低温环境下，还是在酷热的高温环境中，固态电池都能保持较好的性能。而液态电池在低温下，电解液粘度增加，离子迁移速度减慢，电池性能会大幅下降；在高温下，电解液又容易分解，安全性降低。固态电池的这一特性，使其能够适应更多的应用场景，无论是在寒冷的极地地区，还是在炎热的沙漠地带，都能正常工作。

固态电池的发展现状

近年来，固态电池的发展可谓突飞猛进，在技术突破、商业化进程和市场竞争格局等方面都取得了显著的成果。

技术突破进展

在能量密度方面，众多科研团队和企业不断取得突破。例如，长安汽车发布的金钟罩固态电池，能量密度达到了 400Wh/kg ，这一数据远超目前市场上主流的锂离子电池。中科院院士也表示其团队已研发出能量密度为 400 瓦时每公斤的固态电池，相比目前先进的锂离子电池能量密度提升了 30%，并且计划在未来一到两年内突破 600 瓦时每公斤的固态电池研发。能量密度的大幅提升，意味着电动汽车的续航里程将得到极大改善，有望彻底解决消费者的 “里程焦虑” 问题。

在安全性能上，固态电池相比传统液态电池有着天然的优势。由于采用了固态电解质，避免了液态电解质泄漏、燃烧等安全隐患。鹏辉能源在投资者集体接待日活动中就强调，安全是固态电池最重要的指标。从实际应用来看，即使固态电池受到剧烈撞击或处于高温环境下，也能保持较好的稳定性，大大降低了起火爆炸的风险。

循环寿命也是衡量电池性能的重要指标。随着技术的发展，固态电池的循环寿命不断延长。一些企业研发的固态电池循环寿命已经超过了 2000 次，甚至有部分产品的循环寿命达到了更高的水平。长循环寿命意味着电池的使用成本降低，更换电池的频率减少，对于电动汽车和储能等领域的应用具有重要意义。

商业化进程

国内外车企和电池企业纷纷在固态电池商业化方面展开布局。在车企中，长安计划 2025 年底实现固态电池的功能样车首发，2026 年实现固态电池装车验证，2027 年推进全固态电池逐步量产；比亚迪计划在 2027 年小批量生产固态电池，并在 2030 年实现大规模应用；上汽集团计划 2026 年四季度实现全固态电池量产，其与清陶合作的首条全固态电池量产线将于 2025 年年底完工；广汽集团计划 2026 年实现全固态电池装车，并率先搭载在昊铂车型上；奇瑞汽车计划 2026 年实现固态电池的定向运营，2027 年批量上市鲲鹏固态电池；一汽集团计划 2027 年实现小规模示范性量产全固态电池 。

电池企业也不甘落后，清陶能源第一代半固态电池已实现量产，第二代固态电池 2024 年开始量产，2025 年将有多款车型搭载，第三代全固态电池正在验证中，预计 2027 年量产装车 。据中国电动汽车百人会副理事长兼秘书长张永伟表示，2025 年具备固态电池技术内容的出货量（包括车载与非车载领域）有望突破 10GWh；全固态电池当前处于核心技术突破和验证阶段，有望在未来 2 - 3 年完成小批量上车。从产能来看，我国固态电池已有产能超过 15GWh，规划产能超过 400GWh，固态电解质投产产能超过 1GWh，规划产能超过 10GWh。

市场竞争格局

目前，固态电池市场的竞争格局逐渐形成。宁德时代、比亚迪等行业巨头凭借其强大的研发实力、资金优势和完善的产业链布局，在固态电池领域占据了重要地位。宁德时代已增加了对全固态电池的研发投入，将全固态电池研发团队扩充至 1000 人以上，并计划在 2027 年小批量生产固态电池；比亚迪研发的全固态电池采用交错层叠设计提升性能，续航达 1200 公里 。

同时，一些新兴企业也在固态电池领域崭露头角，如清陶能源、卫蓝新能源等。这些企业专注于固态电池技术的研发和创新，通过与车企合作，快速推进固态电池的商业化进程。例如，清陶能源与上汽集团等车企合作，加速固态电池的量产和应用。

此外，国际上的一些企业也在积极布局固态电池，如丰田、大众、奔驰等车企，以及三星 SDI、LG 化学等电池企业。奔驰与 Factorial Energy 合作研发的锂金属阳极固态电池首次应用于量产车平台，搭载该技术的纯电 EQS 测试车续航能力提升 25%，突破 1,000 公里 。全球企业的竞争与合作，将进一步推动固态电池技术的发展和市场的成熟。

固态电池的技术路线与挑战

 

主流技术路线

固态电池主要有聚合物、氧化物和硫化物三种主流技术路线，它们各有特点，在性能指标和应用场景上存在差异。

聚合物固态电池，具有良好的柔韧性和机械性能，易于加工成型，与现有的电解液生产设备、工艺兼容性较好 。不过，其离子电导率较低，室温下电导率通常在 10⁻⁷至 10⁻⁴ S/cm ，需要加热到 60℃高温才能正常工作，这限制了其在一些对温度敏感场景中的应用。而且，聚合物电解质的电化学窗口较窄，当电位差超过 4V 时，电解质容易发生电解现象，无法适配于高电压的正极材料，热稳定性也较差，在高温下存在起火燃烧的风险。在应用上，聚合物固态电池技术相对成熟，已实现小规模量产，早期商业化尝试多采用这一路线，但其性能上限较低，目前更多应用于对能量密度和工作温度要求相对不高的小型电子设备领域。

氧化物固态电池，具有较好的导电性和稳定性，离子电导率比聚合物更高，室温下电导率一般在 10⁻⁶至 10⁻³ S/cm ，热稳定性高达 1000℃，机械稳定性和电化学稳定性都较好，能够有效抑制锂枝晶生长，适合高镍三元等高压正极材料。然而，其也存在一些不足，相对于硫化物，离子电导率还是偏低，使得电池在性能提升过程中会遇到容量、倍率性能受限等问题。而且氧化物非常坚硬，导致固态电池存在刚性界面接触问题，在简单的室温冷压情况下，电池的孔隙率非常高，可能导致电池无法 正常工作。不过，由于其综合性能优秀，成本相对较低，更适合大规模生产和应用，目前在半固态电池中已实现量产，国内众多头部固态电池公司，如北京卫蓝、江苏清陶等，都是以氧化物材料为基础的固液混合技术路线为主，在新能源汽车等领域有较好的应用前景。

硫化物固态电池，离子电导率最高，室温下电导率可达 10⁻²S/cm，接近液态电解液水平，能够支持快速充放电，能量密度理论值超 500Wh/kg，适配锂金属负极，且热稳定性好，可在高温环境下保持稳定性能，质地柔软，可塑性强，便于进行各种形状的电池设计，在电动汽车领域适用性极高。但硫化物电解质的热动力稳定性较差，界面不稳定，容易与正负极材料发生副反应，造成界面高阻抗，导致内阻增大 。在制备工艺层面，硫化物固态电池的制备工艺比较复杂，且硫化物容易与空气中的水、氧气反应产生硫化氢剧毒气体，对生产环境和设备要求极高，这也导致其生产成本居高不下。虽然技术难度大，但由于其在电池核心指标上的优异表现，被认为是全固态电池的理想技术路线，众多国际巨头企业如丰田、三星 SDI、LG 化学等以及国内的宁德时代等都在积极研发，未来商业化潜力巨大。

为了更直观地对比这三种技术路线，以下用表格进行总结：

面临的挑战

尽管固态电池前景广阔，但在发展过程中仍面临诸多挑战。

从材料角度来看，目前的固态电解质材料都难以完全满足理想固态电解质的所有要求。例如，硫化物电解质虽然离子电导率高，但稳定性差，容易与空气中的水和氧气反应产生有毒气体，并且与正负极材料的界面兼容性不佳，容易发生副反应导致内阻增大；氧化物电解质的离子电导率还有提升空间，且存在与电极的刚性界面接触问题；聚合物电解质的离子电导率低和电化学窗口窄等问题限制了其性能提升。此外，适配固态电池的高能量密度正极材料和稳定的负极材料研发也面临挑战，如正极材料的电压衰减、循环寿命低等问题，以及负极锂金属的锂枝晶生长问题，都需要进一步研究解决。

成本也是制约固态电池大规模应用的关键因素。一方面，部分固态电池所需材料价格昂贵，如硫化物电解质的前驱体硫化锂价格较高；另一方面，固态电池的生产工艺复杂，对生产环境和设备要求严格，例如硫化物固态电池需要在无氧环境下生产，这增加了设备投入和生产成本。目前，固态电池的成本远高于传统液态电池，如果不能有效降低成本，将很难在市场上与传统电池竞争，阻碍其大规模商业化应用。

在生产工艺方面，固态电池的制造工艺仍有待完善。与传统液态电池不同，固态电池中固体电解质与电极之间是固 - 固接触，这对界面的贴合度和稳定性要求极高。目前，如何实现固体电解质与电极之间在全寿命周期工况下持续稳定的界面接触，仍是一个难题。此外，一些新的工艺如正极干法工艺和等静压工艺，在量产过程中也面临诸多难点，如干法 正极连续生产面临挑战，干混技术和粉末定量进料技术存在难题，降低了制造速度以及电极材料均匀分布；轧辊系统稳定性和寿命面临挑战，大粒径铁锂成膜过程中设备卡滞，小粒径成膜过程中设备高频振动异响问题，以及轧辊表面疲劳寿命问题；等静压工艺中，极端高压对电芯的损伤，高达 500Mpa 等静压对电芯造成外观破损和内短路问题，且等静压设备产能低，寿命短 。

 

固态电池的应用领域与前景

主要应用领域

 

固态电池凭借其高能量密度、高安全性和长循环寿命等优势，在多个领域展现出巨大的应用潜力。

在新能源汽车领域，固态电池被视为解决续航里程和安全问题的关键技术。传统液态电池能量密度有限，导致电动汽车续航里程难以满足消费者的长途出行需求，而且存在起火爆炸等安全隐患。固态电池的能量密度大幅提升，能够显著延长电动汽车的续航里程。同时，固态电池的高安全性降低了电池起火的风险，为新能源汽车的安全行驶提供了有力保障。目前，众多车企纷纷布局固态电池，如长安、比亚迪、上汽等，计划在未来几年实现固态电池的量产装车，固态电池将成为推动新能源汽车产业发展的重要动力。

储能领域也是固态电池的重要应用方向。随着可再生能源的快速发展，储能系统对于平衡能源供需、提高能源利用效率至关重要。传统储能电池存在能量密度低、循环寿命短、安全性差等问题，限制了储能系统的性能和应用范围。固态电池的高能量密度和长循环寿命，能够提高储能系统的储能效率和使用寿命，降低储能成本。而且，其高安全性也使得储能系统更加稳定可靠，减少了安全事故的发生。固态电池在储能领域的应用，将有助于推动可再生能源的大规模存储和利用，促进能源结构的优化升级。

在 3C 产品领域，固态电池同样具有广阔的应用前景。随着人们对手机、笔记本电脑等 3C 产品性能要求的不断提高，对电池的续航能力和安全性也提出了更高的要求。固态电池的高能量密度可以为 3C 产品提供更长的续航时间，减少充电次数，提高用户体验；其高安全性则降低了电池在使用过程中的安全风险，避免了因电池过热、起火等问题给用户带来的损失。虽然目前固态电池在 3C 产品中的应用还相对较少，但随着技术的不断成熟和成本的降低，未来有望逐渐取代传统液态电池，成为 3C 产品的主流电源。

未来发展趋势

从技术层面来看，固态电池有望在能量密度、充放电速度和循环寿命等方面取得更大突破。随着材料科学的不断进步，新型固态电解质材料和电极材料的研发将持续推进，有望进一步提高固态电池的性能。例如，研发更高离子电导率的固态电解质，解决当前离子传导速度慢的问题，实现更快的充放电速度；开发更稳定、更高容量的电极材料，提升电池的能量密度和循环寿命。同时，人工智能、大数据等先进技术也将助力固态电池的研发，通过模拟和优化电池的结构与性能，加速技术创新的进程。

市场方面，固态电池的市场规模预计将呈现爆发式增长。根据相关机构预测，到 2030 年全球固态电池出货量将达到 614.1GWh ，市场规模有望突破 2500 亿元。随着固态电池技术的不断成熟和成本的逐渐降低，其在新能源汽车、储能等领域的应用将更加广泛，市场需求将持续增长。而且，随着消费者对电池性能和安全性要求的提高，固态电池凭借其显著优势，将逐渐抢占传统液态电池的市场份额，成为电池市场的主流产品。

在产业发展方面，固态电池将带动整个产业链的协同发展。上游原材料供应商将加大对固态电池关键材料的研发和生产投入，如硫化锂、氧化物等，以满足市场对原材料的需求；中游电池制造商将不断优化生产工艺，提高生产效率，降低生产成本，同时加强与下游应用企业的合作，推动固态电池的商业化应用；下游应用企业将根据固态电池的特性，对产品进行优化设计，充分发挥固态电池的优势。此外，固态电池产业的发展还将促进相关配套产业的发展，如电池回收利用、检测设备等，形成完整的产业生态系统。

固态电池作为一种具有巨大潜力的新型电池技术，在应用领域展现出广阔的前景，未来在技术、市场和产业方面都将迎来快速发展。虽然目前仍面临一些挑战，但随着技术的不断进步和产业的不断成熟，相信固态电池将在未来的能源领域发挥重要作用，为人们的生活和社会的发展带来积极的影响。

总结与展望

固态电池作为一种具有革命性潜力的电池技术，正站在能源变革的前沿。从其发展现状来看，技术突破不断涌现，商业化进程稳步推进，市场竞争格局也在逐渐形成 。虽然在技术路线上仍面临诸多挑战，如材料性能的提升、成本的降低以及生产工艺的完善等，但这些挑战也正是推动技术进步的动力源泉。

在应用领域，固态电池凭借其高能量密度、高安全性和长循环寿命等优势，在新能源汽车、储能和 3C 产品等领域展现出广阔的应用前景。随着技术的不断成熟和成本的逐渐降低，固态电池有望成为这些领域的主流电源，为能源转型和可持续发展提供有力支持。

展望未来，固态电池将在技术创新的驱动下，实现性能的进一步提升和成本的有效降低。其市场规模也将随着应用领域的不断拓展而迅速扩大，成为推动能源产业变革的重要力量。我们有理由相信，在全球科研人员、企业和政府的共同努力下，固态电池将引领能源领域走向更加高效、安全、可持续的未来，为解决全球能源问题做出巨大贡献。