固態(tài)電池消息撩人：兩個來自中國，一個來自日本

撰文/ 張 南

/ 黃大路

設(shè)計/ 慕 衍

最近，固態(tài)電池領(lǐng)域一下來了三個好消息，兩個來自中國，一個來自日本。

第一個好消息，2025年10月7日，光明網(wǎng)發(fā)布消息稱，中國科學(xué)院金屬研究所科研團(tuán)隊在固態(tài)鋰電池領(lǐng)域取得突破，為解決固態(tài)電池界面阻抗大、離子傳輸效率低的關(guān)鍵難題提供了新路徑。

該研究成果已于近日發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）上。

第二個好消息，新華每日電訊 2025 年 10 月 8 日的報道稱，記者從中國科學(xué)院物理研究所獲悉，黃學(xué)杰團(tuán)隊等開發(fā)出了一種陰離子調(diào)控技術(shù)，它成功解決了全固態(tài)金屬鋰電池中電解質(zhì)與鋰電極之間難以緊密接觸的世界性難題。

相關(guān)研究成果已于7日發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《自然-可持續(xù)發(fā)展》（Nature Sustainability）上。

面對中方連續(xù)兩個好消息，日方坐不住了。

10月8日，豐田發(fā)布消息，豐田汽車和住友金屬礦業(yè)（SMM）已達(dá)成協(xié)議，共同開發(fā)和生產(chǎn)用于電動汽車（BEV）的全固態(tài)電池的正極材料，這是住友金屬礦業(yè)改造其電池材料業(yè)務(wù)舉措的一部分。

鑒于中國在磷酸鐵鋰和三元電池領(lǐng)域的突出優(yōu)勢，現(xiàn)在國外特別是日本希望能夠在固態(tài)電池領(lǐng)域異軍突起，而中國因此也是愈發(fā)警惕，不斷喊著狼來了的故事。這也就讓我們一時不知道該如何看這三則全固態(tài)電池領(lǐng)域的好消息了。

書齋里還是在工廠里

我們來看中國科學(xué)院金屬研究所科研團(tuán)隊的研究成果。

他們利用聚合物分子的設(shè)計靈活性，在主鏈上同時引入離子傳導(dǎo)基團(tuán)與電化學(xué)活性短硫鏈，制備出一種在分子尺度實現(xiàn)界面一體化的新型材料。這種材料不僅具備高離子傳輸能力，還能在不同電位區(qū)間實現(xiàn)離子傳輸與存儲行為的可控切換。

據(jù)稱，基于該材料構(gòu)建的一體化柔性電池表現(xiàn)出優(yōu)異的抗彎折性能，可承受20000次反復(fù)彎折。當(dāng)將其作為復(fù)合正極中的聚合物電解質(zhì)使用時，復(fù)合正極能量密度提升達(dá)86%。

再看黃學(xué)杰團(tuán)隊聯(lián)合華中科技大學(xué)、中科院寧波材料技術(shù)與工程研究所等單位的成果。

他們在電解質(zhì)中引入碘離子，使其在電場作用下遷移至界面，形成富碘層，主動吸引鋰離子填充孔隙，從而讓電極與電解質(zhì)保持長期穩(wěn)定貼合。

經(jīng)測試，基于該技術(shù)的原型電池在數(shù)百次循環(huán)后性能依然穩(wěn)定，展現(xiàn)出遠(yuǎn)超現(xiàn)有同類電池的壽命與安全性。

有感于這兩則新聞，新浪財經(jīng)在市場資訊頻道表示，有業(yè)內(nèi)專家指出，這兩項研究分別從“電極界面接觸”與“離子傳輸效率”兩大關(guān)鍵瓶頸出發(fā)，均取得實質(zhì)性突破，標(biāo)志著我國科研團(tuán)隊在全固態(tài)鋰電池核心技術(shù)攻關(guān)上實現(xiàn)了系統(tǒng)性進(jìn)展。

再看豐田汽車的成果。

利用住友金屬礦業(yè)獨有的粉末合成技術(shù)，豐田汽車和住友金屬礦業(yè)成功開發(fā)出適用于全固態(tài)電池的新型“高耐久性正極材料”，攻克了反復(fù)充放電循環(huán)過程中正極材料劣化等難題。

雙方從2021年左右起就圍繞全固態(tài)電池正極材料展開聯(lián)合研究，未來，雙方將繼續(xù)在提升全固態(tài)電池正極材料的性能、品質(zhì)、安全性以及降低量產(chǎn)成本等多個領(lǐng)域展開合作，目標(biāo)是在全球率先實現(xiàn)全固態(tài)電池在純電動汽車上的實際應(yīng)用。

豐田的目標(biāo)是在2027—2028年將配備全固態(tài)電池的電動汽車推向市場?！镀嚿虡I(yè)評論》認(rèn)為，這已經(jīng)是去年以來豐田第四次提出固態(tài)電池要量產(chǎn)的目標(biāo)。

第一次是在2024年11月，豐田官網(wǎng)更新消息稱，其高性能電池和固態(tài)電池獲得了日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省的認(rèn)定，計劃于2026年開始陸續(xù)量產(chǎn)。同時，去年10月份豐田宣布與出光興產(chǎn)達(dá)成協(xié)議合作量產(chǎn)全固態(tài)電池，雙方計劃在2027—2028年實現(xiàn)下一代電池的商業(yè)化，然后實現(xiàn)全面量產(chǎn)。

第二次是在2025年4月15日，豐田汽車宣布與出光興產(chǎn)達(dá)成歷史性合作，正式突破全固態(tài)電池量產(chǎn)技術(shù)瓶頸，搭載豐田固態(tài)電池的車型最快2027年上市。

第三次是今年4月20日，豐田汽車與松下控股宣布深化固態(tài)電池研發(fā)合作，計劃2027年實現(xiàn)全固態(tài)電池的量產(chǎn)，用于下一代電動車。雙方計劃投資5000億日元，在日本建設(shè)年產(chǎn)10GWh的電池工廠，工廠預(yù)計2026年啟動試生產(chǎn)，2027年正式量產(chǎn)。

中國的研究還在書齋里，而日本的研究好像已經(jīng)準(zhǔn)備產(chǎn)業(yè)化，由此觀之，豐田似乎在固態(tài)電池領(lǐng)域已經(jīng)領(lǐng)先中國同行。

全固態(tài)電池發(fā)展線路圖

不過，在固態(tài)電池真正量產(chǎn)前，目前這一切也都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能算數(shù)，某種意義上，或許可以說，都是在釋放煙幕彈或者博眼球。

眾所周知，業(yè)內(nèi)對全固態(tài)電池著迷，是因為從液態(tài)電池到全固態(tài)電池，液態(tài)含量逐漸降低（液態(tài)電池液態(tài)含量25wt%左右，半固態(tài)電池15wt%，準(zhǔn)固態(tài)電池5wt%，全固態(tài)電池0wt%）。隨著液態(tài)含量減少，電池安全性逐步提升。

在熱失控溫度方面，全固態(tài)電池（如氧化物全固態(tài)電池）熱失控溫度大幅高于液態(tài)電池，固態(tài)電池T2溫度（熱失控預(yù)警溫度）提高100度以上，特殊體系甚至不發(fā)生熱失控。

在產(chǎn)熱量方面，全固態(tài)電池產(chǎn)熱量僅為鋰離子電池的25-30%，這意味著全固態(tài)電池在使用過程中，因發(fā)熱引發(fā)安全問題的風(fēng)險更低，極大改善了電池的本征安全性（電池自身材料、結(jié)構(gòu)等決定的安全性）。

《汽車商業(yè)評論》注意到，中國有這樣一張全固態(tài)電池發(fā)展線路圖：

固態(tài)電池發(fā)展到2024年，還處于半固態(tài)過渡期，部分企業(yè)推出固液混合電池產(chǎn)品，這類電池能量密度在260-360Wh/kg之間，處于從液態(tài)電池向全固態(tài)電池過渡的階段。

從2024年到2026年是全固態(tài)產(chǎn)業(yè)化驗證期，有10多家頭部整車、電池企業(yè)公開全固態(tài)電芯進(jìn)展，發(fā)布固態(tài)電池量產(chǎn)計劃，行業(yè)開始對全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)行驗證。

從2026年到2028年，全固態(tài)電池示范應(yīng)用期，整車企業(yè)主導(dǎo)進(jìn)行搭載裝車測試驗證，全固態(tài)電池的材料、結(jié)構(gòu)、工藝、技術(shù)路線趨于定型，為后續(xù)大規(guī)模應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

最后是2028年到2030年，屬于全固態(tài)電池推廣期，全固態(tài)電池開始規(guī)?；a(chǎn)，行業(yè)競爭焦點轉(zhuǎn)向綜合性能改善（如快充、壽命等）以及降低成本，且全固態(tài)電池能量密度目標(biāo)≥400Wh/kg，相比傳統(tǒng)液態(tài)電池能量密度有顯著提升，能更好滿足動力電池對高能量密度的需求。

此間亦有人士認(rèn)為，固態(tài)電池會先在新興領(lǐng)域，如人形機(jī)器人、可穿戴設(shè)備、無人機(jī)、醫(yī)療器械等開始應(yīng)用，之后才會搭載到汽車上，汽車行業(yè)實現(xiàn)規(guī)模商業(yè)化預(yù)計要到2030年。

大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化面臨重重阻礙

為什么？這是因為全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化是個重大課題，無論是技術(shù)、成本，還是生產(chǎn)制造，全固態(tài)電池走向大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化面臨重重阻礙。

首先，技術(shù)端，固態(tài)電解質(zhì)離子電導(dǎo)率低，會影響電池內(nèi)部離子傳輸效率，制約電池性能。固-固界面存在阻抗大且穩(wěn)定性不足的問題，這會增加電池內(nèi)阻，影響電池充放電等工作表現(xiàn)。

還有，鋰枝晶與析鋰問題，鋰枝晶的生長可能會刺穿電解質(zhì)，引發(fā)電池短路等安全隱患，析鋰也會降低電池的容量和循環(huán)壽命。

不久前的一個行業(yè)論壇上，中國汽車技術(shù)研究中心首席科學(xué)家王芳表示：“雖然固態(tài)電池的安全邊界確實比液態(tài)電池更寬，但一旦突破邊界，后果可能比液態(tài)電池更嚴(yán)重?！?/p>

確實，畢竟單位體積內(nèi)匯聚的能量密度超過其他類型動力電池，那么它一失控，后果就更加嚴(yán)重。

其次，成本端，全固態(tài)電池原材料價格高，像硫化鋰價格高達(dá)300萬元/噸，大幅推高了電池的原材料成本。生產(chǎn)工藝復(fù)雜，需要無氧環(huán)境、納米級精度設(shè)備等，提升了制造成本。

最后，生產(chǎn)制造端，干法電極工藝良率不足，當(dāng)前實驗室良率僅60%-70%，難以滿足大規(guī)模生產(chǎn)對良率的要求；規(guī)?；a(chǎn)設(shè)備缺失，部分生產(chǎn)環(huán)節(jié)還需要特定設(shè)備，制約了大規(guī)模生產(chǎn)的開展。

根據(jù)咨詢公司Battery Intelligence的研究，固態(tài)電池的單位成本達(dá)到1200元/kWh，加上目前已投入的巨額研發(fā)費用，早期固態(tài)電池汽車不可避免地價格昂貴，限制了其初期的大眾市場潛力。

10月9日，美國銀行全球研究部金屬研究主管邁克爾·威德默 (Michael Widmer) 在接受CNBC的Squawk Box Europe節(jié)目采訪時指出：“現(xiàn)實情況是，就目前而言，當(dāng)我們審視電動汽車領(lǐng)域時，鋰電池仍然是必由之路?！?/p>

他說：“這是主流，未來五到十年可能都會保持這種狀態(tài)?！?/p>

美國交通與環(huán)境組織車輛和電動汽車供應(yīng)鏈高級主管朱莉婭·波利斯卡諾娃 (Julia Poliscanova) 曾在巴黎車展上說道：“如果五年前我們談?wù)撨@個，我會對固態(tài)電池感到非常興奮?！?/p>

隨后，她話鋒一轉(zhuǎn)：“但看看目前的技術(shù)，鋰離子電池，它們已經(jīng)有了很大的進(jìn)步。更便宜的技術(shù)的漸進(jìn)式改進(jìn)已經(jīng)很好了，所以把所有的注意力都放在固態(tài)電池上可能已經(jīng)不那么有吸引力了。”

傳統(tǒng)動力電池的強(qiáng)大韌性

確實，如果我們分析當(dāng)下磷酸鐵鋰及高錳高電壓電池體系的能量密度、續(xù)航和成本，不得不承認(rèn)，全固態(tài)電池要在汽車領(lǐng)域登堂入室現(xiàn)在還遠(yuǎn)沒有那么順利。

以磷酸鐵鋰電池路線為例，它的電芯體積能量密度為400-420Wh/L，通過補(bǔ)鋰、摻硅，提升壓實密度、面密度，對箔材、隔膜等進(jìn)行輕薄化處理，以及提高內(nèi)部體積利用率等方式，能量密度可提升至440-450Wh/L。

整包體積利用率方面，磷酸鐵鋰電池量產(chǎn)時整包體積利用率約75%，借助無模組設(shè)計、電氣件集成化、結(jié)構(gòu)件輕量化等手段，整包體積利用率能持續(xù)提升至80%以上。

續(xù)航里程方面，過去磷酸鐵鋰電池支持的續(xù)航里程多為400-500km，當(dāng)前量產(chǎn)可覆蓋600-700km，且續(xù)航還在持續(xù)提升，以滿足主流車型的續(xù)航需求，不過磷酸鐵鋰能量密度提升已接近極限。

再以高錳高電壓路線為例，磷酸錳鐵鋰（LMFP）、尖晶石鎳錳酸鋰（LNMO）等高錳體系電池，能進(jìn)一步提升能量密度。

從不同體系電芯能量密度來看，LFP/Gr（磷酸鐵鋰/石墨）能量密度為400-450Wh/L，LMFP/Gr為460-480Wh/L，HV-LNMO/Gr（高壓尖晶石鎳錳酸鋰/石墨）達(dá)550-580Wh/L，HV-NCM/Gr（高壓鎳鈷錳/石墨）則為580-630Wh/L，能量密度逐步升高。

在單位電量碳酸鋰投入量方面，LFP為0.54kg/kwh，LMFP是0.48kg/kwh，HV-LNMO僅0.38kg/kwh，NCM（Ni6，鎳含量60%的鎳鈷錳）為0.6kg/kwh。高錳體系電池在提升能量密度、增加續(xù)航的同時，還能降低對碳酸鋰的消耗，有助于降低電池成本。

《汽車商業(yè)評論》認(rèn)為，固態(tài)電池成本約為液態(tài)電池的1.5-2倍，主要應(yīng)用于高端車市場，而LFP（磷酸鐵鋰）和NCM（鎳鈷錳）電池仍會主導(dǎo)主流市場。

于是，伍德麥肯茲分析師馬克斯·里德（Max Reid）干脆表示：“實際上，我的觀點是，半固態(tài)電池是一種折中技術(shù)，它實際上將取代全固態(tài)電池。”