“期望越大，失望越大”，這句話(huà)在當(dāng)下固態(tài)電池的討論中顯得格外貼切。隨著新能源汽車(chē)市場(chǎng)的蓬勃發(fā)展，固態(tài)電池作為下一代電池技術(shù)的熱門(mén)候選，頻繁出現(xiàn)在公眾視野中，每一次技術(shù)突破的報(bào)道都引發(fā)無(wú)數(shù)期待，可當(dāng)我們冷靜審視，會(huì)發(fā)現(xiàn)其中既有令人振奮的潛力，也有不容忽視的現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)。

要理解固態(tài)電池，先得從電池的基本結(jié)構(gòu)說(shuō)起。鋰電池構(gòu)造并不復(fù)雜，正極采用鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰和三元材料（鎳鈷錳酸鋰）等含鋰化合物，負(fù)極常見(jiàn)材料是石墨以及新興的硅基材料。正負(fù)極之間，電解質(zhì)負(fù)責(zé)傳輸鋰離子，隔膜則防止正負(fù)極短路。充電時(shí)，外界電壓驅(qū)使正極鋰離子經(jīng)電解質(zhì)、隔膜嵌入負(fù)極，電子經(jīng)外部線路從負(fù)極流向正極；放電時(shí)，鋰離子從負(fù)極返回正極，電子經(jīng)外部線路從正極流出形成電流。固態(tài)電池和液態(tài)電池在底層原理上并無(wú)本質(zhì)差異，區(qū)別主要在于電解質(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，有硫化物、氧化物、凝聚態(tài)等不同技術(shù)路線，二者差異根源在于微觀尺度下電解質(zhì)形態(tài)的不同影響。

液態(tài)電池中，正負(fù)極浸泡在液態(tài)電解質(zhì)里，電極被電解液充分浸潤(rùn)，鋰離子通道暢通，因此具備較高的“倍率性能”，充電速度快、放電功率大。但也正因如此，電極和電解液持續(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)與電解液持續(xù)反應(yīng)，只能選用穩(wěn)定性強(qiáng)但能量密度低得多的石墨負(fù)極。液態(tài)電解質(zhì)中的有機(jī)溶劑是危險(xiǎn)化學(xué)品，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度左右隔膜融化短路，溫度急劇升高，有機(jī)溶劑分解出易燃易爆氣體，正極材料高溫下分解釋放大量氧，極易引發(fā)劇烈燃燒甚至爆炸，這也是液態(tài)電池安全性受質(zhì)疑的原因之一。

固態(tài)電池則相反，固態(tài)正負(fù)極與固態(tài)電解質(zhì)是“點(diǎn)接觸”，無(wú)法形成液態(tài)的“面接觸”，鋰離子通道受阻，固 - 固界面阻抗高。不過(guò)，這種結(jié)構(gòu)也有好處，電解質(zhì)和電極界面反應(yīng)不活躍，能使用多種高性能材料，理論上能量密度可大幅提升。但缺點(diǎn)同樣明顯，不借助加壓等技術(shù)手段，固體電解質(zhì)和電極接觸不良，倍率性能不佳，充電速度和放電功率受限，且固態(tài)電解質(zhì)離子電導(dǎo)率低于電解液，離子遷移不暢。不過(guò)在安全性方面，固態(tài)電池優(yōu)勢(shì)突出，無(wú)需電解液，氧化物電解質(zhì)和凝聚態(tài)電解質(zhì)耐高溫性能優(yōu)異，氧化物電解質(zhì)甚至能在600度高溫下保持穩(wěn)定。

固態(tài)電池真正無(wú)可替代的優(yōu)勢(shì)，并非安全性，而是極高的能量密度潛力及隨之而來(lái)的經(jīng)濟(jì)性。液態(tài)電池能量密度極限約為300wh/kg，常見(jiàn)三元鋰電池約200wh/kg，磷酸鐵鋰僅120wh/kg；而固態(tài)電池300wh/kg只是入門(mén)，400wh/kg是行業(yè)普遍水平，寧德時(shí)代和比亞迪等巨頭正沖擊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)電池方案僅需2公斤多。當(dāng)前純電汽車(chē)動(dòng)力電池多達(dá)100度，液態(tài)電池包重量達(dá)500kg甚至1噸多，續(xù)航約700km，但電池增大使車(chē)輛自重增加，影響底盤(pán)、懸架、操控性和安全性，邊際效應(yīng)導(dǎo)致收益降低。若采用固態(tài)電池，100度電池包重量?jī)H200多公斤，若重量堆至1噸多，可獲得500度超級(jí)電池，按百公里18度電能耗計(jì)算，續(xù)航超2700公里，里程焦慮將不復(fù)存在。

然而，固態(tài)電池目前面臨的最大難題是成本。從生產(chǎn)成本看，磷酸鐵鋰電芯成本已壓至0.4元/wh，高端三元鋰電芯成本約0.8元/wh，部分企業(yè)甚至做到0.25元/wh；而固態(tài)電池成本高昂，最便宜的也達(dá)1.5元/wh，較貴的達(dá)5元/wh。以50度電池包為例，液態(tài)方案生產(chǎn)成本4 - 5萬(wàn)元，對(duì)應(yīng)車(chē)價(jià)12 - 15萬(wàn)元；固態(tài)方案最便宜也要7 - 8萬(wàn)元，對(duì)應(yīng)車(chē)價(jià)21 - 24萬(wàn)元。若打造500度超級(jí)電池，固態(tài)電池包最便宜也要75萬(wàn)元，車(chē)價(jià)將達(dá)300萬(wàn) - 400萬(wàn)元，如此高昂的價(jià)格，顯然難以被市場(chǎng)接受。

固態(tài)電池成本居高不下，涉及工藝、技術(shù)和管理等多方面問(wèn)題，歸根結(jié)底是市場(chǎng)發(fā)展階段問(wèn)題。原材料方面，固態(tài)電解質(zhì)生產(chǎn)成本高，電解液價(jià)格低廉，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(wàn)，硫化物電解質(zhì)（鋰磷硫氯）更是接近4萬(wàn)元/公斤。良品率上，液態(tài)電池成熟穩(wěn)定，固態(tài)電池良品率普遍不到70%，大量原材料和工時(shí)被殘次品浪費(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)干燥乃至惰性氣體環(huán)境。訂單量方面，固態(tài)電池因成本高、制造講究、良品率低，訂單量有限，難以形成規(guī)模效應(yīng)。寧德時(shí)代和比亞迪雖布局固態(tài)電池，但在成熟、廉價(jià)的液態(tài)電池占據(jù)市場(chǎng)的情況下，改造、新建產(chǎn)線生產(chǎn)固態(tài)電池動(dòng)力不足。

回顧液態(tài)電池成本降低歷程，或許能為固態(tài)電池提供借鑒。2010年，液態(tài)電池一度電價(jià)格高達(dá)1200多美元，2021年降至130美元/度。這得益于消費(fèi)電子行業(yè)的推動(dòng)，手機(jī)、平板電腦等高價(jià)值產(chǎn)品對(duì)電池成本不敏感，在2005 - 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 - 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，電池價(jià)格下降促使大量新能源品牌涌現(xiàn)。因此，固態(tài)電池若想降低成本，可先從無(wú)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。但如今手機(jī)行業(yè)增量放緩，廠商注重降本增效，固態(tài)電池在此領(lǐng)域求生也面臨挑戰(zhàn)。

盡管固態(tài)電池發(fā)展面臨諸多難題，但近期技術(shù)突破帶來(lái)希望。10月7日，新華社消息稱(chēng)，中科院物理所黃學(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)與工程研究所科研團(tuán)隊(duì)，開(kāi)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)平均水平。中國(guó)作為世界頭號(hào)消費(fèi)電子生產(chǎn)國(guó)和新能源汽車(chē)生產(chǎn)國(guó)，需求旺盛，固態(tài)電池未來(lái)能否突破困境，值得期待 。