
近期,全固电池研发取得了突破性进展,特别是在小批量样品制造及相关材料突破方面,多家公司及研究机构传出积极消息。如广汽集团正在积极推进中试产线计划,并已成功打通了全固态电池制造全流程,旨在降本增效,适应硫化固态电池的特定需求。同时,海外方面韩国LG、三星,欧洲大众等,它们在全固态电池领域早有布局并申请了大量专利,在技术成熟度和工业化设备方面领先国内。
但目前全固态电池制造还面临着固-固界面阻抗大、电解质材料路线不统一、锂枝晶影响循环寿命等研发端技术瓶颈,以及量产端的生产成本偏高,制造工艺良率偏低等产业化落地挑战。
深陷概念争议
全固态电池是一种电解质完全为固态材料的电池。它与当前主流的液态锂电池最根本的区别在于在电解质部分取消了易燃的液态有机电解液,转而使用更安全的固态材料,在安全性能、能量密度上要远超现在主流的锂离子电池。
当前全固态电池最核心的争议在于其定义争议,目前市面上对全固态电池概念还不统一。严格的理论派认为,电解质液态含量≤0%是目前学术界对全固态电池的理想定义。然而行业务实派更乐意接受一个更为宽松的阈值,如液态含量<5%,在性能、应用上与全固态接近即可纳入全固态电池范畴。
2025年5月China-SAE发布了《全固态电池判定方法》该方法认为,将样品在120℃真空环境下干燥6小时后,其失重率小于1% 即为全固态电池。但目前市场上如丰田、Quantum Scape等许多企业为突出其技术先进性,将含有微量液体的固态电池宣传为“全固态电池”导致目前市面上对全固态电池概念的混乱。
电池终极解决方案
在政策和行业的加持下全固态电池突然大火。相较于市面上目前流行的锂离子电池、全钒液流电池,全固态电池在安全性能、能量密度方面都有着质的突破,被称为是电池的“终极解决方案”。
目前市场端对动力电池的核心需求主要集中在安全性能和能量密度方面。安全性是动力电池的底线,它直接关系到用户的生命财产安全。而高能量密度则与长续航里程挂钩,直接解决用户的“续航焦虑”。在安全性能上全固态电池电解质直接采用固态材料,通过晶体结构中的通道或聚合物链段运动传输离子,从源头上解决了起火的风险。能量密度上,全固态电池的能量密度可超400 Wh/kg,实验室样品已达到500-600 Wh/kg,是目前主流的液态锂电池能量密度的2倍。
目前市场端对全固态电池的需求主要集中在高端乘用车、储能及新兴高端场景领域。其中,储能领域对全固态电池的需求主要集中在其能解决目前主流液态电池在长时储能应用场景下的安全性、循环寿命和成本焦虑。全固态电池本质安全、超1000次循环寿命及≥500Wh/kg的高能量密度,可优先应用于对安全要求极高的城市中心人口密集区储能电站、数据中心备用电源等储能场景。被视为“下一代电池技术”和电池的“终极解决方案”。
产业化进程加速
基于上诉优势,今年以来全固态电池的产业化进程加快。10月31日,三星SDI宣布,已与德国高端汽车制造商宝马集团及美国电池技术公司Solid Power共同签署三方协议,将就全固态电池验证项目展开合作。同日孚能科技表示,公司全固态电池配套车型续航里程可达1000-1500km,2025年推出并即将交付第一代硫化物全固态电池,能量密度达400Wh/kg。近日,北京卫蓝新能源董事长俞会根做客央视财经时也表示,如果固态电池全面量产后将极大的促进智能化领域发展,如电池做的足够小,可应用于多种高端医疗器械领域。
但目前全固态电池还面临着研发端固-固界面阻抗大、电解质材料路线不统一等技术瓶颈,以及量产端生产成本过高、制造工艺良率偏低、产业链配套缺失等问题,这都为全固态电池大规模产业化落地提出了挑战。
固态电解质与电极是固体接触,离子传输通道不畅,导致电池内阻高、充放电慢、功率性能差,这是全固态电池需要面临的最根本科学难题。
量产端全固态电池成本极高。目前全固态电池材料成本是液态锂电池的3-5倍。关键材料如高纯硫化锂价格昂贵,且生产线需要专用耐腐蚀设备,生产环境严苛。单条产线投资可达数十亿元,且现有液态电池产线无法兼容。加之目前全固态电池生产良率普遍低于70%,远低于液态电池的95%以上,其大规模产业化落地仍有待时日。
技术路选择各有侧重
依据电解质材料的使用不同,目前全固态电池主要有四大技术路线,分别为硫化物路线、氧化物路线、聚合物路线以及新兴的卤化物路线。电解质材料路线不统一也是目前难以大规模产业化落地的主要原因。
硫化物路线是指核心固态电解质部分使用硫元素与锂、磷、锗等元素构成的复杂无机晶体或玻璃陶瓷等材料,硫在其中扮演着构建离子传导通道的重要角色。其核心优势为质地柔软,在压力下能与电极材料形成较紧密的固-固接触,大大增强了其离子电导率,与目前主流的商用液态电解液相当。丰田、三星SDI以及国内宁德时代将其作为主要的全固态电池技术路线选择。
氧化物路线被行业视为全固态电池走向产业化的重要技术路径。其极高的电化学稳定性,可匹配高电压正极材料,提升电池能量密度的同时,熔点高、本质安全,彻底杜绝了因燃烧引起的风险且成本相对低廉。但目前该路线的技术瓶颈为电解质材料刚性强导致电解质与电极固-固接触时界面阻抗巨大,需要在>1200℃的高温烧结下才能获得高密度。目前行业工程攻坚主要集中在如何让“硬”材料“软”下来。
聚合物路线是指以高分子聚合物固态电解质(SPE) 作为核心的全固态电池技术。其核心材料使用聚氧化乙烯(PEO)、聚碳酸酯,聚焦于 “聚合物复合电解质”,能有效拓宽其电化学稳定性,使其匹配更高电压的正极材料(如富锂锰基)。这是一条先解决工程化和成本问题,再通过材料创新提升性能的务实路线。目前辉能科技、卫蓝新能源、国轩高科等已实现了技术性突破。
卤化物固态电解质路线是全固态电池领域中相对较新的研究方向,目前还主要集中在科研机构探索阶段。
中试线建设进入爆发期
中试线是连接实验室样品与大规模商业化生产的桥梁,主要任务是对技术路线、生产工艺和成本控制进行可行性验证。目前,全固态电池领域已从早期的实验室技术论证阶段,进入以中试线为标志的 “工程化验证与产业化攻坚” 关键阶段。
至目前超20家企业正在大力建设兆瓦时(MWh)级别全固态电池中试线。参与者既包括广汽集团、圣阳股份、宁德时代等头部电池厂商,也涵盖了清陶能源、安瓦新能源等固态电池初创公司。广汽集团目前已建成全国首条大容量全固态电池产线。在技术突破上,广汽研发出了大宽幅、高韧性硫化物全固态电解质膜,其固态电解质材料离子电导率突破10mS/cm,达到行业头部水平。
圣阳股份表示,公司自主研发的固态电池已顺利完成安全验证及循环稳定性测试,性能指标良好,可广泛应用于通信基站储能、电力储能及工程机械车辆等多个领域。
宁德时代全固态电池2027年有望实现小批量生产。卫蓝新能源为将全固态电池技术充分落地,正携手巴斯夫打造定制化材料解决方案,形成“技术+材料”的双重赋能体系。国轩高科表示,公司金石全固态电池正处于中试量产阶段,中试线下线电芯良品率可达90%。
不仅是电芯企业,材料端如容百科技、天赐材料等电解质企业,设备端如先导智能、赢合科技等也在同步建设中试线中, 推进产业链形成及加速落地。