在新能源汽車領(lǐng)域，固態(tài)電池正成為備受矚目的“明星”。不少人對(duì)它寄予厚望，仿佛看到了未來交通能源的完美解決方案，然而，現(xiàn)實(shí)真的如此理想嗎？固態(tài)電池究竟是市場(chǎng)吹捧的“神話”，還是具備真才實(shí)學(xué)的“潛力股”，值得我們深入探討。

要理解固態(tài)電池，需先了解電池的基本構(gòu)造與工作原理。鋰電池主要由正極、負(fù)極、電解質(zhì)和隔膜構(gòu)成。正極通常采用鈷酸鋰、錳酸鋰等含鋰化合物，負(fù)極常見石墨或硅基材料。充電時(shí)，外界電壓促使正極鋰離子經(jīng)電解質(zhì)穿過隔膜嵌入負(fù)極，電子則通過外部線路從負(fù)極流向正極；放電時(shí)，鋰離子從負(fù)極經(jīng)電解質(zhì)、隔膜返回正極，電子經(jīng)外部線路從正極流出形成電流。固態(tài)電池與液態(tài)電池在底層原理上并無本質(zhì)差異，關(guān)鍵區(qū)別在于電解質(zhì)形態(tài)。液態(tài)電池使用液態(tài)電解質(zhì)，多為“鋰鹽 + 有機(jī)溶劑”配方；固態(tài)電池則采用固體材料，存在硫化物、氧化物、凝聚態(tài)等不同技術(shù)路線。

液態(tài)電池中，正負(fù)極浸泡在液態(tài)電解質(zhì)里，微觀層面電極被電解液充分浸潤(rùn)，鋰離子通道暢通，因而具有較高的“倍率性能”，能實(shí)現(xiàn)較快充電速度和較大放電功率。但這也帶來問題，電極與電解液持續(xù)反應(yīng)，限制了電極材料選擇。例如，鋰金屬負(fù)極能量密度高，卻會(huì)與電解液反應(yīng)，所以只能選用能量密度較低但穩(wěn)定的石墨負(fù)極。液態(tài)電解質(zhì)中的有機(jī)溶劑存在安全隱患，電池?zé)崾Э貢r(shí)，110 度左右石墨負(fù)極與電解液反應(yīng)，150 度左右隔膜融化導(dǎo)致短路，溫度急劇升高，有機(jī)溶劑分解產(chǎn)生易燃易爆氣體，正極材料高溫分解釋放氧氣，極易引發(fā)劇烈燃燒甚至爆炸。

固態(tài)電池則相反。其固態(tài)正負(fù)極與固態(tài)電解質(zhì)看似緊密貼合，實(shí)則是無數(shù)“點(diǎn)接觸”，無法形成液態(tài)電池那樣的“面接觸”，鋰離子通道受阻，固 - 固界面阻抗高。不過，這也帶來優(yōu)勢(shì)，電解質(zhì)與電極界面反應(yīng)不活躍，可使用高能量密度材料，理論上能量密度潛力巨大。但缺點(diǎn)同樣明顯，不加壓等技術(shù)手段時(shí)，固體電解質(zhì)與電極接觸不良，倍率性能欠佳，充電速度和放電功率受限，且固態(tài)電解質(zhì)離子電導(dǎo)率低，離子遷移不暢。不過，固態(tài)電池安全性出色，氧化物電解質(zhì)和凝聚態(tài)電解質(zhì)耐高溫性能好，氧化物電解質(zhì)甚至能在 600 度高溫下保持穩(wěn)定。

從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，液態(tài)電池雖技術(shù)成熟，但已顯疲態(tài)，能量密度提升空間有限，常見三元鋰電池能量密度約 200wh/kg，磷酸鐵鋰僅 120wh/kg，300wh/kg 已是極限。固態(tài)電池則潛力巨大，300wh/kg 只是入門，400wh/kg 為行業(yè)普遍水平，寧德時(shí)代和比亞迪正沖擊 500wh/kg。以獲得一度電為例，液態(tài)電池方案需 5 公斤三元鋰電池或 8 公斤多磷酸鐵鋰電池，固態(tài)電池僅需 2 公斤多。當(dāng)下純電汽車動(dòng)力電池多達(dá) 100 度，液態(tài)電池包重量達(dá) 500kg 乃至 1 噸多，續(xù)航約 700km，但電池增大導(dǎo)致車子自重增加，影響底盤、懸架、操控性和安全性，邊際效應(yīng)明顯。而固態(tài)電池方案，100 度動(dòng)力電池包重量?jī)H 200 多公斤，若堆到 1 噸多，可獲得 500 度超級(jí)電池，按百公里 18 度電能耗，續(xù)航超 2700 公里，里程焦慮將不復(fù)存在。

然而，固態(tài)電池目前面臨成本難題。生產(chǎn)成本上，磷酸鐵鋰電芯成本已壓至 0.4 元/wh，容納一度電成本 400 元；高端三元鋰電芯成本 0.8 元/wh，容納一度電成本 800 元左右，部分企業(yè)甚至做到 0.25 元/wh。固態(tài)電池成本則高得多，最便宜的也要 1.5 元/wh，容納一度電成本 1500 元，較貴的達(dá) 5 元/wh，容納一度電成本 5000 元。以 50 度電池包為例，液態(tài)方案生產(chǎn)成本 4 - 5 萬元，對(duì)應(yīng)車價(jià) 12 - 15 萬元；固態(tài)方案最便宜也要 7 - 8 萬元，對(duì)應(yīng)車價(jià) 21 - 24 萬元。若制作 500 度超級(jí)電池，固態(tài)電池方案電池包最便宜也要 75 萬元，對(duì)應(yīng)車價(jià) 300 萬 - 400 萬元，價(jià)格高昂，難以普及。

固態(tài)電池成本居高不下，原因涉及多方面。原材料上，固態(tài)電解質(zhì)生產(chǎn)成本高，電解液價(jià)格便宜，一公斤不到 40 人民幣，而聚合物電解質(zhì) PEO、氧化物電解質(zhì) LLZO 每公斤價(jià)格成千上萬，硫化物電解質(zhì)（鋰磷硫氯）更是接近 4 萬元/公斤。良品率方面，液態(tài)電池成熟，固態(tài)電池目前良品率普遍不到 70%，大量原材料和工時(shí)被浪費(fèi)。工藝上，液態(tài)電池產(chǎn)線設(shè)備和工程師資源豐富，固態(tài)電池為解決界面阻抗需等靜壓設(shè)備，硫化物生產(chǎn)要求絕對(duì)干燥或惰性氣體環(huán)境。訂單量上，固態(tài)電池因成本高、工藝復(fù)雜、良品率低，訂單不足，難以形成規(guī)模效應(yīng)。

不過，降低固態(tài)電池成本并非無跡可尋。十五年前，液態(tài)電池一度電價(jià)格高達(dá) 1200 多美元，到 2021 年降至 130 美元/度。當(dāng)時(shí)消費(fèi)電子行業(yè)立下汗馬功勞，在手機(jī)、平板等高價(jià)值產(chǎn)品面前，電池成本占比低，2005 年 - 2012 年消費(fèi)級(jí)鋰電池導(dǎo)入期，電芯價(jià)格從 1 美元/wh 降至 0.5 美元/wh，2012 年 - 2015 年智能手機(jī)高速增長(zhǎng)期，電芯價(jià)格繼續(xù)降至 0.3 美元/wh 及更低，2015 年前后大量新能源品牌崛起。對(duì)于固態(tài)電池，當(dāng)下可先從無人機(jī)、手機(jī)、平板等對(duì)電池價(jià)格不敏感的領(lǐng)域入手，逐步降低成本。

值得欣慰的是，中國(guó)在固態(tài)電池技術(shù)上正不斷取得突破。10 月 7 日，新華社消息稱，中科院物理所旗下黃學(xué)杰團(tuán)隊(duì)聯(lián)合華中科技大學(xué)、中科院寧波材料技術(shù)與工程研究所的科研團(tuán)隊(duì)，開發(fā)出陰離子調(diào)控技術(shù)，解決了固態(tài)電解質(zhì)和電極之間的界面難題，不僅降低“界面阻抗”，還延長(zhǎng)電池壽命，幾百次循環(huán)后性能穩(wěn)定，遠(yuǎn)超行業(yè)平均水準(zhǔn)。在固態(tài)電池領(lǐng)域，中國(guó)背靠世界頭號(hào)消費(fèi)電子生產(chǎn)國(guó)和頭號(hào)新能源汽車生產(chǎn)國(guó)的優(yōu)勢(shì)，需求端旺盛，生產(chǎn)端若能跟上，固態(tài)電池的普及或許指日可待。