固态电池研发动态与前瞻

自锂离子电池1991年商用以来，能量密度大幅提升，我国技术创新更将其从90Wh/kg推向近300Wh/kg新高。历经30余年发展，2023年中国锂离子电池出货量达887.4GWh，占全球市场的73.8%，极大促进了新能源汽车的繁荣，使中国在汽车制造业中脱颖而出。同期，中国新能源汽车产销量全球占比超60%，动力电池装机量前10中6家为中国企业，彰显了我国电池技术的全球领先地位。
　　高性能需求催生固态电池的崛起。随着电动汽车、储能、电动航空、智能终端及国家安全等领域的迅猛发展，市场对高能量密度、高安全、长寿命及低成本锂电池的需求愈发迫切。然而，现有锂离子电池受限于易燃的液态电解质，难以满足上述多重性能需求。在这一背景下，固态电池以其固态电解质的独特优势，展现出巨大的市场潜力和技术前景。固态电池不仅有望同时实现高能量密度、高安全、长寿命和低成本，更被全球公认为颠覆现有锂离子电池技术的关键所在。近年来，固态电池的研究热潮席卷学术界与产业界，各国政府亦纷纷加大投入，视其为先进电池技术的未来发展方向，是实现下一代高性能电池的重要途径，有望引领电动汽车、储能等行业的革命性变革，为全球能源结构的优化与可持续发展注入源源不断的动力。
　　全球固态电池技术路线大比拼。固态电池，凭借其固态电解质替代液态电解质的独特优势，正引领电池技术向更高能量密度与安全性迈进，成为国际电池领域的技术革新前沿。全球范围内，各国竞相研发固态电池，探索不同的技术路线。法国专注于聚合物电解质固态电池，尽管已具备产业化能力，但受限于能量密度无法超越现有水平，商业竞争力略显不足。美国则主攻固态金属锂电池，虽能量密度高，却面临安全性能及循环寿命的挑战，尚处于多路线摸索阶段。日本和韩国则主要投资于硫化物固态电池技术，尤其是丰田与三星在知识产权和技术上占据领先地位，但成本高昂、量产难度大，预计量产时间仍需5年以上。同时，一些国家发展了无机氧化物固态电池，该技术工程化制造困难，尚处于样件制作阶段。
　　在此背景下，中国则率先实现了氧化物和聚合物复合的固液混合动力电池的量产，即半固态电池。该技术路线能够兼容现有电池生产设备，不仅能推动电池技术的变革，还能快速迭代升级现有动力电池产业体系。此外，我国多个龙头企业和研发机构也在积极布局硫化物和聚合物复合全固态电池技术路线，有望在未来继续保持强劲势头和巨大潜力。
　　中国固态电池的发展历程与突破。中国在固态锂电池领域拥有深厚的研究历史和显著的技术突破。早在1976年便开始探索固态锂电池技术，中国科学院在多个五年计划中将其列为重点课题。1987年启动的“863计划”也将固态锂电池列为重点课题。然而，受限于当时对电池制造的理解，这些研发成果并未能形成产业规模。进入21世纪，特别是2013年后，中国固态电池研究迎来新热潮，取得了显著进展，现已跻身全球高性能固态电池领域前沿。2023年，中国实现重大技术飞跃：利用原位固态化技术路线，成功将液态电解质转化为固态电解质，生产出了聚合物和氧化物复合电解质的半固态动力电池。这款电池能量密度高达360Wh/kg，刷新了全球量产动力电池电芯能量密度的纪录。此外，该半固态动力电池已实现GWh级的规模化量产，为电动汽车提供了单次充电续航超1000km的强劲动力，并在无人机、储能电站等领域得到了广泛应用和推广。
　　固态电池发展面临的双重挑战。固态电池作为前沿电池技术，潜力巨大，但也面临多重挑战。在基础科学层面，固固界面接触和离子传输等难题尚待攻克，这些基础难题制约了固态电池性能的进一步提升。同时，全固态电池的核心材料和工艺装备等技术尚未全面突破，阻碍了其大规模生产和商业化步伐。在产业层面，我国锂离子电池产业面临利润压缩的困境，企业资金与研发投入不足，难以支撑固态电池前瞻技术的研发，这不仅延缓了技术创新，也限制了产业升级。因此，为应对这些挑战，需深化基础科学研究，攻克技术难关，并加大产业投入，加速固态电池技术的研发与商业化进程。
　　我国固态电池产业的未来发展展望。结合当前全球态势和国内研发实际，我国固态电池产业未来发展总体可分为三个阶段。近期，专注于氧化物和聚合物半固态电池，提升能量密度与循环稳定性，拓展其在新能源汽车、储能、智能装备等领域的应用。同时，加速全固态电池研发，以此带动固态电池产业链的战略布局与协同发展。中期，目标是提升原位固态化电池性能，实现从半固态到全固态的技术飞跃。此阶段将推动固态电池的规模化生产和工业化成熟应用，完善产业化布局，研发硫化物、卤素等新型电解质材料，并量产相应器件，力争2027年量产400Wh/kg全固态电池，推动其在汽车整车中应用。远期，则致力于实现500—600Wh/kg高功率、长寿命全固态电池量产。这些电池将广泛应用于新能源汽车、储能、电动航空、船舶等领域，为各行业提供革命性能源方案。
　　打造固态电池完整生态链。为达成固态电池领域的目标，必须构建一个覆盖原材料、电池材料、工艺、应用，直至测试诊断与回收的完整产业链条。为了加速这一进程并提升全社会的投资效率，应充分利用并优化现有生产设备，重点聚焦于材料和工艺流程的创新，以推动全固态电池技术的突破。此外，紧密结合数字研发、数字制造、数字检测、数字运维等先进手段，致力于实现极致制造、极简制造、极致性能、极低成本以及更大规模的产业目标。由此进一步推动固态电池技术的产业化、规模化和国际化。
　　在全球竞争加剧下，我国需深化固态电池技术、产业及支撑体系认知，制定明确规划。依托现有产业链优势，强化产学研合作，以应用为导向推动创新。利用全寿命周期测试数据为基准，突破全固态电池全产业链技术。通过这一系列举措，构建坚实的技术标准和知识产权体系，巩固我国锂电池全球领先地位，并抢占电动航空、智能终端、新能源存储及国家安全等领域的制高点。

（责编：赵珊）