固態電池離商業化還有多遠?

　　在2024年德國國際煙草和煙具貿易博覽會上，惠州億緯鋰能股份有限公司展出凝膠態電池。

　　續航更長、“體重”更輕、安全性更強、循環壽命更長……固態電池好處很多。和傳統電池電芯采用液態電解質和隔膜不同，固態電池電芯用的是固態電解質。近年來，市場對高性能電池的需求日益增加，作為下一代電池技術的“明星”，固態電池賽道吸引了大量資金和技術投入，商業化進程不斷提速。

　　目前固態電池研發取得了哪些突破?距離量產還有多遠?難點在哪?記者探訪相關企業機構，了解固態電池的發展故事。

　　優勢多 前景廣

　　“準備就緒，起飛，開始計時!”飛速旋轉的螺旋槳撥弄著風聲，一架白色涂裝的飛行器垂直沖上云霄，視野里的樹木、道路、場地越來越小。

　　在飛行測試基地，搭載“獵鷹”鋰金屬固態電池的電動垂直起降飛行器(eVTOL)億航EH216按照既定路線完成高功率起飛、巡航、懸停等動作后，緩緩降落在地面上。

　　48分10秒!機艙屏幕上的時間，定格了一個新紀錄。深圳欣界能源科技有限公司(以下簡稱“欣界能源”)總裁孫立很興奮：“這場飛行共持續了48分10秒!創下載人eVTOL續航時長的新紀錄，相較行業現有水平取得大幅提升。”

　　孫立介紹，“獵鷹”電池的單體能量密度達到480Wh/kg，比傳統電池提升1倍以上。采用創新材料體系，電池安全性也更有保障。

　　“獵鷹”鋰金屬固態電池是欣界能源研發的新產品，每千克電芯可釋放出480瓦時的電能。業界認為，固態電池的能量密度一般應達到400Wh/kg，而目前市面上主流的鋰離子電池能量密度約在150—250Wh/kg之間。從能量密度上看，固態電池具有很大優勢。

　　固態電池的優勢還不止于此。在低溫環境下，傳統鋰電池往往容易出現續航縮短、性能下降現象。而固態電池適應極端溫度的能力更加出色，即使在寒冷的冬季也可以保證正常使用。“這款電池的使用溫域比較寬，一般鋰電池的工作溫度在0℃到60℃之間，固態電池在-40℃到150℃都可以使用。”孫立介紹。

　　隨著飛行汽車、電動垂直起降飛行器、城市空中交通(UAM)的發展，固態電池有望成為低空飛行載具的一項主流電池技術，為固態電池下游應用打開市場空間。

　　除了低空經濟領域，固態電池在新能源汽車、3C數碼、儲能、深海探測等領域同樣展現出不俗的潛力。有機構預測，2025年全球固態電池需求量為17.3GWh，到2030年有望超過200GWh的市場規模，2025年至2030年年復合增長率達65.8%。

　　數據顯示，截至今年11月，國內固態電池產業鏈相關企業已超過200家;近4年固態電池行業投擴產規劃金額超2000億元，規劃產能超過400GWh，若以純電動汽車每輛80千瓦時的電池容量測算，可裝車500萬輛。

　　業內人士告訴記者：“固態電池突破了傳統液態鋰電池面臨的一些瓶頸，具有高能量密度和優異的安全性，在電動汽車及高端消費電子產品領域，固態電池的應用前景廣闊。”

　　一場攻關“馬拉松”

　　作為下一代電池技術的“明星”，固態電池賽道吸引到大量的真金白銀和技術投入。

　　在固態電池這條新賽道，不少企業立下“軍令狀”：比亞迪計劃2027年小批量生產硫化物全固態電池，并在2030年將其應用于主流電動車型;寧德時代擬于2027年達到小批量生產全固態電池水平;億緯鋰能計劃2026年取得工藝突破、2028年實現技術突破，推出400Wh/kg高比能全固態電池;國軒高科計劃2027年固態電池小批量上車實驗，2030年實現量產;長安汽車計劃在2030年推出液態、半固態、固態等8款自研電芯。

　　業內普遍認為，2030年或是固態電池產業化的關鍵節點。但是，目前固態電池離大規模商業化應用尚有一段差距。

　　從技術上看，固態電池的研發之路還面臨著不少挑戰。這場比新比強的技術競賽，更像是一場需要耐心與毅力的“馬拉松”。

　　與傳統電池的“固—液界面”相比，“固—固界面”的接觸性和穩定性更差，離子傳輸效率相對較低，這是固態電池研發的首要技術難題。

　　“固態電解質之間有縫隙就是斷路狀態，所以怎么把電解質無縫隙地壓到一起，是我們要攻關的問題。”惠州億緯鋰能股份有限公司中央研究院常務副院長趙瑞瑞介紹。

　　不少企業選擇了一條過渡線路：半固態、凝膠態電池。這兩類電池保留了部分電解液，能夠改善界面接觸和電導率問題，而且結構與液態電池相仿，與企業現有產線的兼容度高。不過，趙瑞瑞團隊在研究中發現，半固態、凝膠態電池發熱現象增多，不得不犧牲電池的一部分性能。所以，發展固態電池仍然是主流趨勢。

　　按照電解質的不同，固態電池的技術路線可分為聚合物、氧化物、硫化物、鹵化物等路線。出于多種考量，趙瑞瑞團隊把目光投向硫化物路線。

　　硫化氫是劇毒物。提起研發經歷，趙瑞瑞的語氣透露著一絲緊張。

　　做實驗前的第一件事，就是把硫化物電解質暴露在空氣中，測定硫化氫的含量。“為了判斷實驗環境是否安全，我們在每個房間內都安裝了3個以上的硫化氫監測探頭，即使有一個出故障，其他兩個還能工作。”趙瑞瑞說，“每個人都全副武裝，穿戴好防護服、防毒面具，但還是有很大的心理壓力。”

　　經過反復嘗試，預實驗取得了一些成果，團隊逐漸掌握了硫化物電解質的特性，看到了固態電池研發的希望。

　　要讓固態電池走進千家萬戶，還需克服一個巨大障礙，那就是成本。中國科學院青島生物能源與過程研究所固態能源系統技術中心副研究員鞠江偉向記者介紹：“前期投入大，固態電池尚未形成規模，難以實現從原材料到制備流程的降本。不過，隨著材料體系、產線裝配逐漸成熟，未來固態電池成本會逐漸降下來。”

　　保持信心與耐心

　　在固態電池產業化不斷提速的同時，許多人好奇，中國的固態電池研發在全球競爭中處于何種水平?

　　從固態電池的研發歷史來看，日本、韓國和一些歐美國家起步相對較早，中國雖入局較晚，但在部分特定領域的技術專利上并不落后。鞠江偉分析，日本在前期材料的制備合成上研究比較成熟，因此在固態電解質材料方面有不少專利;而在中后期的制膜、疊片、組裝及設備開發方面，我國的專利布局比較系統，具有技術上的領先性。

　　國家知識產權局數據顯示，截至2023年5月，全球固態電池關鍵技術專利申請量為20798項，其中中國有7640項，占比達36.7%;2018—2023年，中國固態電池全球專利申請量年均增長20.8%，增速位列全球第一，中國企業和科研機構在研發競賽中展現出強勁勢頭。

　　作為未來技術高地，固態電池研發的全球競爭十分激烈：日本經濟產業省推出國家電池戰略，目標是在2030年左右實現固態電池的全面商業化;韓國擬通過固態電池打造第二個“漢江奇跡”;歐盟發布《電池戰略研究與創新議程》，將固態鋰電池確定為重點研究主題之一……

　　因此，中國要在這場競賽中贏得先機，還需多方主體共同發力。

　　“固態電池研發投入大，且短期內難以收到回報。從實驗室走向企業和市場的過程，需要國家給予政策支持，并引導龍頭企業加大研發力度。”鞠江偉表示。

　　近年來，國家政策密集出臺，行業所需已成政策所向：2020年10月，國務院辦公廳發布《新能源汽車產業發展規劃(2021—2035年)》，首次將固態電池列入行業重點發展對象，并提出加快研發和產業化進程;2023年1月，工信部等六部門聯合發布《關于推動能源電子產業發展的指導意見》，提出加強固態電池標準體系研究;今年6月，工信部發布《2024年汽車標準化工作要點》，明確提出圍繞固態電池、電動汽車換電、車用人工智能等新領域，前瞻研究相應標準子體系，支撐新技術、新業態、新模式創新發展……

　　趙瑞瑞認為，在現有政策支持的基礎上，還應針對電池研發出臺一些規范或指導性意見，防止部分研究者急于求成，忽視必要的技術和安全條件盲目實驗。一旦釀成重大事故，將會打擊整個行業的研發積極性和市場的信心。

　　當前，固態電池還處在商業化的初級階段。面對激烈的技術競爭，中國的研究者們對固態電池的研發、量產和商業化保持著信心與耐心。提起研發經歷，趙瑞瑞說，她在項目規劃時會把任務分解成多個階段，一步一步來。“對固態電池這種特別難的項目，我們的每一步探索并不需要創造多大的經濟價值，只要和之前比，循環壽命、環境適應能力等指標有所突破，那就是值得的。”

　　“現在我們已經站在了潮頭浪尖上。我們希望通過全行業的努力，開拓更多的應用領域，為消費者帶來更多的便利，為社會創造更多的價值，讓中國企業在固態電池領域不斷創新、奮勇爭先。”孫立說。

　　來源：人民日報海外版記者 呂九海

作者：呂九海