2019年诺贝尔化学奖得主之一的英国化学家斯坦利·威廷汉指出：“制造固态电池最困难的部分，是需要同时满足高能量密度、快速充电、长循环寿命和宽温度范围工作的要求。”如今，固态电池的技术成熟度究竟如何？距离量产上车还要多久？

技术创新催“热”固态电池

在业界的广泛关注与大力推动下，固态电池开发趋热。

“我们应用固态电解质膜和专用正极材料，制备出了能量密度高达350Wh/kg的固态电池样品。”不久前，上市公司珠海冠宇的相关负责人表示。同期，美国固态电池开发商Solid Power公开了其高含量硅全固态电池技术的安全和性能数据，其小型软包电池在室温下可实现1000多次循环。

正积极寻求新突破的SK创新将对Solid Power投资3000万美元（约合人民币1.9亿元），以换取技术使用权，联合生产车规级固态电池，并希望借此为长续驶电动汽车提供能量密度更高、成本更低的动力电池。此外，Solid Power的固态电池研究也获得了福特、宝马的资金支持。Solid Power方面回应称，将向SK创新提供自己研发的硫化物固态电解质、专利电池设计和生产工艺。

硫化物固态电解质有何奥妙？“锂离子电池固态化，在大幅提高安全性的同时，可兼具高能量密度和高功率密度。Solid Power使用的硫化物固态电解质，具有较高的离子电导率、较好的机械延展性以及与电极良好的界面接触等优点，是目前最有潜力和前景的新技术之一。”中国电池工业协会锂电池应用专业委员会顾问苏南峰在接受《中国汽车报》记者采访时表示，近两年来，固态电池技术开发速度加快，而Solid Power的全固态电池，就是建立在硫化物固态电解质基础上的，这是近年来固态电池研究领域的关键技术之一。

据悉，在固态电池布局上，韩国现代汽车也不甘落后，宣布将与美国动力电池制造商Factorial Energy（以下简称“FE”）合作，共同开发车规级固态电池。目前，双方已在“因子电解质系统技术”（FEST）研发中取得了突破性进展。

“因子电解质系统技术采用一种专有的固体电解质材料，替代了目前锂电池的液体电解质，并可通过匹配高电压、高能量密度的电极，实现安全可靠的电池性能。”四川新能源汽车动力电池产业联盟专家宋浩骏告诉记者。通过试验，FE的固态电池在25℃条件下，循环675次后容量仍可保持97.3％，理论上可使续驶里程提高20％～50％。其量产的便捷性则体现在，现有锂电池生产线不必做很大改动。

“目前，业界正在开发的固态电池按电解质的类型主要可分为三种，即聚合物，硫化物与氧化物。其中，聚合物电解质属于有机电解质，而后两种属于无机电解质。”广东工业大学新能源材料研究中心研究员陈新彤向记者介绍道。

主要技术难题仍然待解

固态电池进入量产阶段，才是真正开始投入应用的标志。现在，对于还要等多久时间的问题，人们都在翘首期待一个答案。

近日，蔚来汽车宣布将于年内量产ET7，而这款车也是该公司首款应用固态电池的产品。据悉，顶配版蔚来ET7将配装150kWh固态电池，续驶里程达到1000公里。但资料也显示，该款固态电池是90％固态＋10％液体电解质的半固态电池。

“半固态电池是一种过渡性技术，依据现有锂电池制造条件完全可以量产。”山东电池工业协会顾问谢瑜忠在接受记者采访时表示，在目前常见的NCM811电池基础上，向负极材料中添加硅碳元素，就可以制造出半固态电池，技术上并不难实现。其实，今年蜂巢能源发布的果冻电池也是一种半固态电池，已具备量产条件。

而真正的固态电池要实现量产，还面临不少挑战。“固态电池具有诸多优点，但要量产还需攻克一系列难题。”

江苏新能源汽车行业发展研究院研究员厉建平认为，固态电池具有安全、能量密度高、循环性能好、适应温度广、充电速度快等优点，但量产的难题在于：一是在固态电解质的选择上，几种技术路线各有千秋，如氧化物固态电池、薄膜固态电池难以制成大容量动力电池，聚合物固态电池无法在室温下工作且难以兼容高电压正极，硫化物固态电池则面临电解质对空气敏感、制造条件苛刻、原材料昂贵、规模化生产技术不成熟等问题；二是生产工艺不成熟，由于技术路线不确定，难以做到像现有三元锂电池那样成熟；三是还要解决固态电解质材料的锂离子电导率偏低、固/固界面接触性和稳定性差等问题；四是现阶段制备工艺复杂，整体生产成本过高。

“其实，诺奖得主威廷汉所说的固态电池要满足的技术要求，都是目前需要破解的技术难题。”浙江新能源技术应用研究院研究员陆安程告诉记者，目前各国选择的技术路线并不相同。其中，日韩企业多采用硫化物固态电解质技术路线，而中国企业多以氧化物路线为主，欧美企业的选择则呈多样化，如宝马与福特投资的Solid Power主要研发基于硫化物的全固体电池，而另一家美国电池企业Quantum Scape研发的固态电池走的是氧化物路线。

“从当前技术水平看，距离固态电池规模化量产预计还需要5～10年时间。”华东汽车新材料技术研究院研究员林澍文认为，虽然有的公司已开发出固态电池样品，但距离量产和商业化还有不近的距离。

抢占技术制高点的竞争激烈

尽管还有技术瓶颈有待突破，但这仍然挡不住企业纷纷抢先对固态电池进行布局的步伐。

成立于2012年的Quantum Scape，获得了大众汽车、上汽集团、大陆集团等企业的投资。宝马、福特、SK创新看好的Solid Power，计划2022年试制固态电池产品，并计划2024年开始量产。而丰田汽车在固态电池研发上也不落后，其推出的固态电池原型车已开始测试，有望2025年前后量产。

此外，大众汽车公开表示，未来将着力发展固态电池技术，并预计2025年投入使用；本田今年开始全固态电池生产技术验证，并力争应用到量产车型上；宝马集团发布规划，称计划在2030年前实现量产；LG能源也正在开发全固态电池，预计2026年实现量产；现代汽车的固态电池量产则定在2030年。

在国内，也有多家电池企业开始发力。被一汽、蔚来等车企看好的辉能科技，预计在2024年量产固态电池；大众汽车参股的国轩高科，正在推进固态电池及其固态电解质的研发；宁德时代主攻硫化物固态电池技术；万向钱潮、赣锋锂业、天齐锂业、中天科技等企业也在研发固态电池；赣锋锂业拟投资22亿元建设高比能固态电池超薄锂负极材料项目。

林澍文告诉记者，丰田的车规级固态电池拥有超过1000项专利，位居全球前列，而且大多是含金量较高的发明专利；国内多数电池企业与固态电池相关的专利大多只有个位数或两位数，辉能科技相关专利据称已到三位数，但大多是实用新型专利和外观设计专利，与丰田相比依然存在一定差距。

2020年11月，国务院办公厅印发的《新能源汽车产业发展规划（2021～2035年）》明确要求，加快固态动力电池技术研发及产业化。据预测，到2030年，全球固态电池市场将超过60亿美元（约合人民币383亿元），中国市场的占比将超过50％。

“在代表技术创新发展方向的固态电池方面，率先抢占技术制高点是关键。”厉建平认为，这也是率先量产及占据市场优势地位的关键。

文：赵建国 编辑：庞国霞 版式：王琨