中國固態(tài)電池技術獲突破，新能源車續(xù)航有望翻倍

2025-10-17 來源：電子工程專輯

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關鍵詞：全固態(tài)金屬鋰電池固態(tài)電解質(zhì) 技術突破量產(chǎn)挑戰(zhàn)

全固態(tài)金屬鋰電池被譽為下一代儲能技術的“圣杯”，其核心在于以固態(tài)電解質(zhì)替代傳統(tǒng)液態(tài)電解質(zhì)和隔膜，具備能量密度高、熱穩(wěn)定性好、不易燃爆、循環(huán)壽命長等優(yōu)勢，被視為替代傳統(tǒng)液態(tài)鋰離子電池的核心方向。

然而，長期以來，固體電解質(zhì)與金屬鋰電極之間的“固-固界面接觸”問題一直制約著全固態(tài)電池的實用化進程：硫化物固體電解質(zhì)硬度高、脆如陶瓷，而金屬鋰電極柔軟如橡皮泥，兩者貼合時界面易出現(xiàn)縫隙和孔洞，嚴重影響鋰離子傳輸效率和電池整體性能。

近日，我國科學家在固態(tài)電池領域取得重大突破，成功攻克全固態(tài)金屬鋰電池的關鍵技術難題，使得固態(tài)電池性能實現(xiàn)跨越式升級。這一突破標志著我國在下一代鋰電池技術上邁出了重要一步，有望將新能源汽車的續(xù)航里程從目前的最多500公里提升至1000公里以上，為新能源汽車、低空經(jīng)濟等前沿產(chǎn)業(yè)的發(fā)展注入強勁動力。

技術突破解決“卡脖子”難題

我國多個科研團隊通過聯(lián)合攻關，取得了三大關鍵技術突破：

一、“特殊膠水”——碘離子技術：中國科學院物理研究所聯(lián)合華中科技大學、中國科學院寧波材料技術與工程研究所等團隊，開發(fā)出一種基于“碘離子”的陰離子調(diào)控技術。該技術如同“特殊膠水”，在電池工作時可隨電場遷移至電極與電解質(zhì)的界面處，主動吸引鋰離子填補縫隙和孔洞，使二者實現(xiàn)緊密貼合。此項成果已發(fā)表于國際學術期刊《自然-可持續(xù)發(fā)展》，為全固態(tài)電池走向?qū)嵱没峁┝岁P鍵技術支撐。

二、“柔性變身術”——柔性骨架技術：中國科學院金屬研究所團隊在固態(tài)鋰電池領域取得突破，通過聚合材料為電解質(zhì)構建柔性骨架，大幅提升電池的機械性能。實驗顯示，該電池可彎折2萬次或擰成麻花狀仍保持完好，具備優(yōu)異的抗拉耐拽能力。同時，柔性骨架中引入的特定化學成分可提升鋰離子傳輸速度并增強儲電能力，使電池儲能容量提高86%。相關研究已發(fā)表于《先進材料》期刊。

三、“氟力加固”——含氟聚醚材料技術：清華大學化學工程系張強團隊成功開發(fā)出新型含氟聚醚電解質(zhì)。利用氟元素極強的耐高壓特性，在電極表面形成穩(wěn)定的“氟化物保護殼”，有效防止高電壓擊穿電解質(zhì)。該技術確保電池在滿電狀態(tài)下通過針刺測試和120℃高溫箱測試均不發(fā)生爆炸，顯著提升了電池的安全性和穩(wěn)定性。相關成果已于9月25日在線發(fā)表于《自然》雜志。

性能跨越式升級，量產(chǎn)仍需時間

此次技術突破顯著提升了全固態(tài)金屬鋰電池的性能。據(jù)介紹，以前100公斤的電池最多支持500公里續(xù)航，如今有望突破1000公里的限制。這一提升不僅解決了新能源汽車的續(xù)航焦慮問題，還為低空經(jīng)濟、人形機器人等領域提供了更高效的能源解決方案。

此次技術突破引起了國際社會的廣泛關注和高度評價。美國馬里蘭大學固態(tài)電池領域知名專家王春生教授表示，該研究從本質(zhì)上解決了制約全固態(tài)電池商業(yè)化的關鍵瓶頸問題，為實現(xiàn)其實用化邁出了決定性一步。中國科學家的持續(xù)貢獻標志著我國在下一代電池技術的國際競賽中，已從重要“跟跑者”轉(zhuǎn)變?yōu)椴糠帧邦I跑者”，為全球能源存儲技術的發(fā)展提供了中國智慧和中國方案。

盡管我國在全固態(tài)電池技術上取得了重大突破，但業(yè)內(nèi)人士指出，要實現(xiàn)大規(guī)模、低成本、穩(wěn)定良率的量產(chǎn)與廣泛商用，還需要更長時間。目前，材料、工藝、供應鏈與成本等瓶頸仍需解決。不過，隨著技術的不斷進步和產(chǎn)業(yè)化節(jié)奏的加快，固態(tài)電池有望在未來幾年內(nèi)逐步走向市場。

全國政協(xié)常委、經(jīng)濟委員會副主任苗圩今年在第二屆中國全固態(tài)電池創(chuàng)新發(fā)展高峰論壇就表示：“從目前全球固態(tài)電池研發(fā)進展的情況來看，固態(tài)電池技術工藝還沒有成熟，大體上2027年前后才能實現(xiàn)小批量生產(chǎn)，距離大規(guī)模的量產(chǎn)還需要更長的時間?！?/span>

寧德時代也坦言，固態(tài)電池商業(yè)化仍需突破材料與工藝難題，預計2030年左右才能實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)。也就是說，對于寧德時代這樣的電池巨頭，都承認固態(tài)電池量產(chǎn)要在五年之后。

車企已經(jīng)開始產(chǎn)業(yè)化應用？

那么，為何有些企業(yè)聲稱已經(jīng)在推進半固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化應用呢？

在8月29日的成都車展上，首款搭載半固態(tài)電池的新款上汽MG4正式上市，并宣布即將進入量產(chǎn)階段。與此同時，清陶能源計劃到2025年實現(xiàn)超過10GWh的半固態(tài)電池產(chǎn)能，該電池將配備于智己L6車型，支持近900V的超快充電功能。

國外方面，豐田與住礦金屬在10月8日宣布，在固態(tài)電池正極材料領域取得了新的突破，目標是在2027至2028年間將其應用于量產(chǎn)車型。此外，汽車制造商Stellantis與Factorial Energy合作開發(fā)的FEST?固態(tài)電池已經(jīng)成功通過驗證，展示了從15%充至90%只需18分鐘的快速充電能力。

市場為何對固態(tài)電池持有不同的看法？這表明固態(tài)電池正在步入“工程化加速期”——部分企業(yè)已經(jīng)完成了從實驗室技術突破到中試和示范應用的關鍵過渡，產(chǎn)業(yè)化的步伐明顯加快，但尚未全面進入“量產(chǎn)元年”。

按照液態(tài)電解質(zhì)在電芯材料混合物中的質(zhì)量比例，電池可以細分為液態(tài)（25%）、半固態(tài)（5%-10%）、準固態(tài)（0%-5%）和全固態(tài)（0%）。其中，半固態(tài)、準固態(tài)和全固態(tài)三種類型統(tǒng)稱為固態(tài)電池。固態(tài)電池采用固態(tài)電解質(zhì)替代了傳統(tǒng)液態(tài)電池中的液態(tài)電解質(zhì)和隔膜，減少了電池包的質(zhì)量和體積，賦予固態(tài)電池不易燃爆且熱穩(wěn)定性好、能量密度高、循環(huán)壽命長以及更優(yōu)的充放電性能等優(yōu)點。

真正的全固態(tài)電池商用需要滿足三大條件

當前市場上所稱的固態(tài)電池大多指的是半固態(tài)和準固態(tài)電池。真正的全固態(tài)電池仍需克服以下幾個主要挑戰(zhàn)：

首先，工藝一致性和良品率問題尚未完全解決。固態(tài)體系對薄膜厚度、界面處理、壓合與密封等精度要求極高。雖然實驗室能夠制造出少量高性能樣品，但在大規(guī)模生產(chǎn)時，如數(shù)萬片乃至百萬片級別的生產(chǎn)中，良品率下降和缺陷增加成為普遍難題。制造設備和工藝需要經(jīng)過多輪迭代才能滿足汽車行業(yè)的要求。

其次，材料供應和供應鏈規(guī)?；€不成熟。硫化物、氧化物、陶瓷隔膜及鋰金屬負極的大規(guī)模、低成本制備和穩(wěn)定供應是實現(xiàn)量產(chǎn)的重要限制因素。即使像豐田這樣的公司已在陰極材料的批量生產(chǎn)方面有所布局，上下游產(chǎn)業(yè)鏈的整體同步擴展仍需時間。

第三，成本曲線尚未形成（單位成本高于成熟的鋰電池）。初期設備投資、潔凈室需求、材料加工損耗以及較低的良品率導致固態(tài)電池的單位成本偏高。要使固態(tài)電池的成本與現(xiàn)有液態(tài)鋰電池競爭，至少需要在規(guī)模效應、良品率提升和材料成本降低等方面取得顯著進展。數(shù)據(jù)顯示，固態(tài)電池的成本高達500美元/kWh，而鋰離子電池的成本僅為100-150美元/kWh，差距顯著。最后，完整的產(chǎn)品質(zhì)量、使用壽命和安全性的驗證需要大量的時間和實際場景測試。