固体电池，想说爱你不容易。

【编者按】随着智能电动汽车的快速增长，汽车工业也迎来了一轮新的科技爆发。

随着科学技术的快速发展，汽车企业领导整天抛出概念，汽车工程师长期996。然而，当技术传达给汽车客户时，只剩下配置和功能。

然而，由于软件时代的技术越来越抽象，新技术迭代速度过快，许多普通汽车客户或汽车爱好者仍然对汽车技术感兴趣，但他们的大脑仍然处于非常高的认知门槛。

百度专门推出了“汽车科技论”频道，为普通人“平整”了汽车技术认知的门槛。本文是频道第13篇，和大家聊聊“固态电池”的前世。

近年来，新能源汽车的消费热度持续上升。从数据可以看出，今年1-6月，国内新能源汽车产销总额达到492.9万辆和494.4万辆，比去年同期增长30.1%和32%，市场份额达到35.2%。这一数字表明，消费者对新能源汽车的认知水平和接受度都有了很大的提高。

不知道大家有没有注意到。在过去的两年里，大多数纯电动汽车的电池寿命基本上在600公里左右徘徊。归根结底还是和动力电池本身有关。动力电池作为新能源汽车的核心技术，逐渐成为新能源汽车产业链的“焦点”。

长期以来，纯电动汽车主要以三元锂电池和磷酸铁锂电池为主，但由于电池材料的属性和技术的限制，锂电池在能量密度方面很难在短时间内取得新的突破。如果你想要更长的电池寿命，你只能依靠堆积的电池组。体积越大，重量越重，价格自然会上涨。

为了解决这些问题，新的电池技术——固态电池接踵而至。7月29日，SAIC集团总裁贾健旭表示，公司全固态电池已启动500天生产计划，进入生产倒计时。然而，在一天前的SNE电池日展会上，三星SDI刚刚宣布将首批固态电池产品交付给客户，并将在接下来的六个月内进行测试。

不仅仅是上述两家公司。自2024年以来，比亚迪、广汽、宁德时代等多家企业都公布了固态电池领域的进展情况。

与目前主流的液体电池相比，固体电池在能量密度、安全性、充电率和循环寿命方面具有明显的优势。那么固体电池上车有哪些困难和问题呢？今天就来说说吧。

我们先来谈谈什么是动力电池，然后再谈固态电池。

动力电池作为新能源汽车的核心组成部分，为电动汽车提供动力源，其性能直接影响新能源汽车的续航里程、可靠性和整体体验。

目前，三元锂电池和磷酸铁锂电池是新能源汽车中最常见的类型。所谓三元锂和磷酸铁锂，就是正极材料，负极一般是石墨。从化学原理的角度来看，磷酸铁锂电池更安全，不易自燃。同时，其相对不活泼的电解质和极片材料也注定了其锂枝晶生长缓慢，生长出来的锂枝晶体更容易恢复。

三元锂电池在低温下更稳定，但由于三元锂电池在高温下容易过热，存在一定的安全隐患。磷酸铁锂电池的稳定性是目前汽车用锂电池中最好的，但在能量密度上与三元锂电池和钴酸锂电池仍有差距。此外，在极寒条件下，充电效率下降，在温度过低的前提下，电池电容会受到影响。

目前纯电动汽车和插电式混合动力汽车中锂电池的主流方案大致有三种——圆柱形电池、方形电池和软电池。它们使用的核心材料没有太大的区别。主要区别是软电池采用铝塑复合膜外壳，而圆柱形电池和方形电池采用金属外壳，可分为“软硬”。

顾名思义，软包电池被包裹在相对柔软的金属薄膜中，也广泛应用于平板电脑和其他消费电子产品中，重量较轻。然而，在激烈的碰撞中，有电解液泄漏的风险。

此外，三元锂电池和磷酸铁锂电池有不同的电池堆放方式。三元锂电池的堆放方式一般是柱式垂直排列，特斯拉和宁德时代是两家有代表性的厂商。以特斯拉4680大圆柱形电池为例。这个电池组包含数百个圆柱形电池。在每个电池之间加入冷却带，然后用发泡聚氨酯将大量圆柱形电池注入电池组，所以看电池组就像蜂窝一样。

锂电池和锂离子聚合物电池是目前新能源汽车中常见的电池，也可以称为液态金属电池。在这种设计中，锂离子与充当电解质的两个固态金属电极和液态锂盐一起使用。电池充电时，离子颗粒从一个电极(负极)移动到另一个电极(阳极)，放电时反向移动。

这种电池存在两个主要问题，其中液体电池的安全性相对较低，尤其是在极端环境下，容易发生过热、起火等事故。此外，液体电池存在自放电现象，长时间不使用会自行失去能量。

为了解决这一缺点，固体电池技术应运而生。作为一种新型电池技术，它的电解质不再是液体，而是固体。固体电池被称为电动汽车未来的发展方向，因为它可以克服液体电池的一些限制。

固体电池是一种用固体电解质代替传统锂电池电解液和隔膜的电池。固体电池的工作原理与传统液体锂电池的原理相通。

充电时，正极中的锂离子从活性成分的晶格中嵌入，通过固体电解质转移到负极，电子通过外部电路转移到负极。它们在负极中复合成锂原子，合金化或嵌入负极材料中；放电过程与充电过程正好相反。

固体电池最大的特点是使用固体电极和固体电解质，所以固体电池与主流液体电池相比。它在能量密度、安全性、充电率和循环寿命方面具有明显的优势，理论上可以解决目前电动汽车的问题。

要知道，电池能量密度直接关系到电动汽车的续航里程。

首先，从电池能量密度的角度来看，固体电池已经摆脱了传统的液体电解质，所有这些都被固体电解质所取代。在相同的体积环境下，固体电池的能量密度大大提高。目前已知的能量密度高达500Wh/kg，锂电池目前的能量密度几乎是锂电池的两倍，这意味着续航里程也将大大提高，1000公里只是固体电池的开始。

从安全性来看，目前电动汽车主要使用液体锂电池。液体锂电池使用的电解液(包括碳酸酯电解液、聚合物电解质、混合电解质和固体电解质)是可燃的。当短路或穿刺时，电池有着火的风险。但固体电池采用固体电解质传导锂离子，具有不漏液、耐腐蚀、不易燃、受高温/低温影响小的特点。

固态电池本身就是固态的，不会有液体粘度的问题，所以低温性能会更好。在高温的前提下，常规电池只有20%的燃烧和爆炸概率。在电池稳定性方面，固态电池在碰撞、挤压、针刺等极端环境下具有更持久的化学活性。

因此，固体电池可以使能量密度更大，液体电池的能量密度极限为350Wh/h。kg，而且固体电池可以达到500Wh/kg以上。

有业内人士表示，固体电池可以循环充电6000次，使用寿命更长，因此固体电池在能量密度、稳定性、寿命等方面具有明显的优势。

目前，固体电池具有高聚物、氧化物、硫酸盐三种技术路线，取决于固体电解质的差异。

高聚物:欧美企业技术最成熟、商业化难度最小的高聚物固态电解质，有望在未来率先实现大规模量产，但电导率低，能量密度低；氧化物:氧化物固态电解质整体性能好。

硫酸盐:硫酸盐固态电解质电导率最高，延展性更好，潜力最大。然而，它的机械性能差，生产工艺复杂。如何保持性能稳定是一个大问题。

在正极材料方面，理论上固体电池的正极仍然可以使用目前的磷酸铁锂和三元材料，但固体电池的能量密度应该选择更高容量的正极材料。目前，固体电池的正极开发主要集中在高镍三元正极、镍锰酸锂和富锂锰基。

在负极材料方面，目前锂电池的负极材料主要是人造石墨，具有导电率高、稳定性好的优点，但石墨材料的比容量理论值较低。固体电池对高能量密度的需求将促进负极材料从石墨负极向硅基负极的发展，并长期迭代金属锂负极。

其中，高镍三元正极已成为目前主流的正极材料体系，具有能量密度高、倍率性能好、商业化程度高的优点。然而，富锂锰基、镍锰酸锂等材料具有突出的高能量密度优势，有望成为未来的主要方向。

另外，与液体电池相比，固体电解质需要使用一些稀有的金属原料，其中含氧化物电解质的含锆金属，硫酸盐电解质的含量。

根据比亚迪弗迪电池发布的最新信息，从技术路线的选择来看，弗迪电池很可能会选择高镍三元(单晶)。 硅基负极(低膨胀) 硫酸电解质(复合卤化物)的技术路线。其电芯容量可达60Ah以上，体积比能量密度可达800Wh/L，电池组能量密度超过280Wh/kg。

从成本上看，弗迪电池首先降低固态电解质的成本，然后计划在2027年将整体材料BOM的成本降低20~30倍，然后通过提高产品良率来提高。 规模化效果 工艺优化等形式，将制造成本降低30%～50%，届时将具有良好的价格竞争力。

就量产时间而言，比亚迪将于2027年小批量生产，配备比亚迪高端车型，示范工程规模约为1000台；2030年，预计将有4万辆车辆配备全固态电池；2033年，预计将有12万辆车辆配备全固态电池。

除了比亚迪，广汽集团宣布将于2026年上车全固态电池，届时将首先安装在白金车型上；新能源宣布，固体聚合物电池生产线已实现量产；太蓝新能源宣布开发世界上第一辆车的单个容量120Ah、超高能量密度体型化全固态锂金属电池，实测能量密度高达720Wh/kg。

长安汽车在2023年11月表示，在2027年推动重量能量密度达到350-500Wh/kg、半固态、固态电池的体积能量密度达到750-1000Wh/L，并逐步量产应用，并于2030年全面普及。

2024年5月，SAIC集团在新能源技术发布会上表示，SAIC全固态电池将于2025年在SAIC自有品牌实现规模搭载，并于2026年量产。全固态电池第一阶段产品能量密度超过400wh/kg，商品在第二阶段将超过500wh/kg。

宁德时代首席科学家吴凯此前透露，宁德时代有机会在2027年小批量生产固态电池。如果用1-9个数字来表示全固态电池的成熟度，宁德时代目前的成熟度为4，目标是2027年至7-8年。预计到2027年，宁德时代将实现全固态电池的小批量生产。

国轩高科于2024年5月发布了全固态电池金石电池，其能量密度达到350Wh/kg，预计2027年将实现全固态电池小批量上车试验，2030年将实现量产；卫蓝新能源预计到2026年底将实现全固态电池量产；新旺达计划在2026年实现固态电池量产。

可以预见，随着技术的不断发展和产业的稳定发展，固态电池有望在未来几年取得重大进展，或者将给新能源汽车和储能领域带来革命性的变化。

如今，越来越多的汽车公司和电池制造商将注意力转向固体电池领域。目前，谁能率先上车固体电池，谁就有先发优势。

因此，一场关于固体电池的“竞争”战拉响了。新能源汽车公司巨头比亚迪开发了固体电池技术专利的布局，包括氧化物和硫酸盐路线，已经完成生产，可以进行装载实验。此外，蔚来、赛力斯、SAIC等汽车公司也与固体电池制造商合作，大规模生产和装载商品，如蔚来和卫蓝新能源、赛力斯和赣锋锂电池、SAIC和陶瓷能源等。

不可否认，全固态电池是公认的下一代电池的首选方案之一，也将成为下一代电池技术竞争的关键制高点。然而，一些人对固态电池的发展有不同的声音。很多业内人士表示，固态电池技术尚未突破，新型电池材料的研发仍然是一个很大的问题，他们仍然对电池的大规模生产持谨慎态度。

目前固态电池主要面临两大问题，一是技术不成熟，二是成本高。从电池材料的研发技术来看，固态电解质的电导率较低，无法达到目前液态锂电池的电导率水平，这意味着电池内阻稍大，充放电性能会受到一定程度的影响。

此外，全固体电池仍面临负极和固体电解材料技术突破等问题，正负极材料和电解质的综合成本几乎占电池的一半。未来3-5年很难实现规模化和产业化。

从固态电池的成本来看，新型电池材料是成本的关键，综合成本几乎是目前锂电池的两倍多。换句话说，以目前100度的锂电池为例，综合成本在15万以上，这意味着整个固态电池可能接近30万。

当前这一过渡阶段，不少汽车公司推出了“半固态电池”的概念。

具体来说，半固体电池采用固体电解质和液体电解质的混合设计。电极材料创新，电极材料采用微小的锂化合物颗粒与液体电解液混合形成的砂浆作为电极材料。这种混合设计促进了液体电池的高离子传输速度，同时保持了固体电池的高安全性。

另外，半固态电池的结构也是独一无二的，通过两束带正负电的泥浆流和透水膜实现离子交换和电流流动。

半固态电池和固态电池原则上相似，但有三个明显的区别。首先，电解质的状态不同。固态电池采用完全固态的电解质，而半固态电池采用固态电解质和液态电解质的混合设计。

其次，能量密度的上限不同。固体电池通常具有更高的能量密度，因为它们完全使用固体电解质。当然，通过优化电极材料和结构设计，半固体电池还可以实现更高的能量密度，满足大多数应用的需要。

最后，由于固态电池采用了全新的结构和材料，生产工艺会比半固态电池更复杂，成本更高。半固态电池可以在一定程度上借鉴传统液态电池的生产技术和设备，降低生产成本，更有利于大规模商业应用。

今年7月，蔚来汽车更新了使用手册，其多款车型增加了150kWh的半固态电池组，其能量密度达到261Wh/kg，续航时间可以达到1000公里。在蔚来之前，岚图在今年第一季度推出了一款搭载半固态电池的新车:蓝图追光，但电池包容量只有109度，官方电池寿命为730公里。此外，上汽、北汽等车企也表示，近两年实现了半固态电池量产。

虽然全固态电池有很多技术难点，但是在电气化的大趋势下最终还是会被打破。一些内部人士表示，比较理想的情况是，2027年左右，全固态电池的能量密度可以达到400Wh/kg，真正的小规模生产装货或者即将到2030年，而大规模生产或者即将到2035年。根据有关企业发布的量产时间，固态电池“上车”计划一般在2028年至2030年之间进行。

但三元锂电池和磷酸铁锂电池仍将是固态电池大规模生产前的主流动力电池。对于很多消费者来说，电池寿命固然重要，但性价比同样重要。

除了刚刚介绍的公司，“国家队”即将准备出来。5月29日，《中国日报》报道称，中国可能投资约60亿元，鼓励有条件的公司研发全固态电池相关技术。宁德时代、比亚迪、一汽、SAIC、卫蓝新能源、吉利等6家公司可能得到政府基础研发的支持。

报道称，多位知情人士认定，该行业前所未有的项目由政府相关部委牵头，鼓励有条件的公司研发全固态电池相关技术。据悉，经过严格筛选，该项目最终分为聚焦高聚物、硫酸盐等不同技术路线的七大项目。

尽管具体金额尚未确定，但从这一消息可以看出，我国正向汽车工业发出信号-固态电池技术将得到国家的支持。

总的来说，在固态电池领域，日本、韩国、美国和欧盟都在积极布局固态电池行业，尤其是在日本，汽车公司和电池公司都加入了相关产业链的竞争。特别是丰田拥有1300多项全固态电池专利，在全球汽车公司中排名第一。从行业角度来看，中国是世界上固态电池专利布局最多的，约占31.4%，而日本约占27%。

在全固态电池布局方面，日本和韩国都在中国之前。日本在《电池产业战略》中指出，全固态锂电池的商业应用将于2030年左右实现。丰田汽车于2023年10月宣布，将努力实现2027年至2028年全固态电池产品化。

不久前，三星在韩国首尔举行的SNE电池日展上展示了其最新的电池技术。现场，韩国三星SDI还公布了全固态电池规划，承诺2027年量产。丰田表示，其首款配备固态电池的高端电动汽车将是雷克萨斯品牌。

三星 SDI 副总裁表示，汽车制造商对固体电池比目前的电动汽车电池更小、更轻、更安全感兴趣。他还补充说，固体电池的生产成本更高，所以在早期阶段主要用于高档豪华电动汽车，续航时间将超过600公里(约965.61公里)。

与传统锂电池相比，固态电池具有更长的行驶里程、更快的充电效率、更高的安全性、更长的循环寿命和更强的温度适应性。正是这样，很多网友喊道:“固态电池普及的那一天，就是燃油车退出历史舞台的时候。”。

虽然这句话有点夸张，但不可否认的是，固态电池确实可以解决目前电动汽车的诸多问题。当然，目前面临的困难也很明显，那就是成本问题。相信随着未来技术的不断成熟，成本会逐渐降低，固态电池在不久的将来会迎来大规模的“上车”。

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文丨高一飞

编辑|王歆，张宇喆

生产|有驾报道

本文来自微信微信官方账号“有驾”，作者：高一飞，36氪经授权发布。

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