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摘要：“双碳”背景下，新能源汽车行业飞速发展，并带动了动力电池技术更新迭代。在这一浪潮下，动力电池行业探索出了未来发展新方向，走上了固态电池研究之路。文章围绕新能源汽车固态电池技术，系统化介绍了固态电池，从国内与国外两个视角梳理了发展现状，基于我国固态电池研究现状，总结了技术难点与挑战，包括关键技术尚不完善、工程化制备技术遭遇瓶颈、知识产权布局缺乏科学性和完善性。以推动固态电池技术持续研究为目标，提出了新能源汽车固态电池发展对策，最后，预测了未来发展趋势，希望对构建高安全性固态电池科研体系，推动固态电池技术产业化发展具有促进作用。

关键词：新能源汽车；固态电池技术；发展趋势

引言：新能源汽车产业发展以动力电池研究为关键，如何部署动力电池新体系，一直是动力电池行业重点思考的技术难点。科技部为动力电池研究以及新能源汽车行业发展提出了新方向，即推动固态电池技术发展。随着固态电池技术研究逐步向前推进，如何打破技术瓶颈成为新的问题。基于此，开展了关于推动固态电池技术发展的研究。

1固态电池技术概述

1.1概念

相较于液态电池，固态电池内部以固体电解质、固体电极材料为主[1]，无任何液体成分。因此，电能的储存与释放也是依靠正负极之间的固态电解质。相较于液态锂离子电池，固态电池具有体积小、起火燃烧风险低、高能量密度等特点，性能优越，成为动力电池行业未来研究的主流方向。

1.2类型

固态电池是半固态电池（液态电解质质量分数为5%-10%）、准固态电池（液态电解质质量分数为0%-5%）以及全固态电池（液态电解质质量分数为0%）的统称。现如今，常见的固态电池固态电解质有三种，它们的离子电导率、锂金属兼容性、长期使用稳定性、高电压兼容性、隔膜适应性以及正极电解质适用性有所不同，具体内容在表1中有所罗列。

1.3技术路线

不同于液态电池内部结构中存在隔膜，由于缺少隔膜，在研究固态电池固体电解质时，既要求其具有传导离子的功能，又要具备隔膜功能，为此，将固态电池的研究重点放在了高离子电导率固态电解质的研究中。现如今，固态电池的技术路线有两大类，分别是有机电解质和无机电解质，进一步细分后，形成针对不同类型固态电解质的三条技术路线，具体如表2所示。

2新能源汽车固态电池技术现状

2.1国外视角

关于固态电池技术的研究国内外均有进行，其国内外发展进程并不相同。相较于国内，国外关于固态电池技术研究的整体布局相对领先[2]。

（1）美国Solid Power 公司自2012年通过与汽车制造商，如福特等建立合作关系，开始研究柔性电池技术，现阶段，该公司将研究重点放在了第一代硫化物固态电池技术。从公布的研究成果中了解到，开发样品中的能量密度维持在320Wh/kg。Quantum Scape企业开展了电动汽车固态电池商业化发展行动。

（2）德国在2017年开展了为期三年的凝胶电解质和锂金属负极固态电池研究项目，出资方是德国联邦教育和研究部，项目负责人是德国系统与创新研究所（Fraunhfer）。德国政府在2018年推动了动力电池研发联盟的成立，并为固态电池技术研发与生产投入资金。同年，在公布的《电池2030+》中提出了未来十几年的固态电池研究目标，即截至2030年，按照3倍标准提高电池耐用性和可靠性等。在2019年，欧盟七国联合出资筹备了欧洲共同利益重大项目（IPCEI），提出了研发下一代创新、环保锂电池技术的发展战略。2022年，德国公布了固态电池技术路线图，组织多名专家参加，致力于逐步研发出能量密度为275Wh/kg和650Wh/L、325Wh/kg和835Wh的硫化物电解质固态电池。

（3）日本多家企业如丰田、松下等，依托基础研究和专利布局中的先发优势进行了关于固态电池的研究。丰田企业在硫化物全固态电池领域提出了2027年实现商业化的目标。日立以大容量、高温适用为目标，研究了固态电池。

2.2国内视角

国内关于固态电池的研究优势体现在性能方面，致力于下一代电池技术以高能量密度、高安全性、支持长久循环等为主要发展方向。国内科研院所、车企以及动力电池企业等积极研究固态电池材料、性能等，业务进程良好且成绩斐然。

（1）卫蓝新能源企业在2021年5月，已具有超过200件的发明专利，于2022年2月建设了总投资金额为４×1010元的100GWh固态锂电池项目。（2）太蓝新能源围绕氧化物技术路线，于2022年启动了“2+10” 亿瓦时固态锂电池自动化生产线建设，打造了第一条２×108Wh批量生产线。初代产品能量密度为350Wh/kg，支持-20-60℃的环境温度。

国内关于全固态电池的研究受技术瓶颈限制，尚存在很大的发展空间。现如今，大量企业仍未能完全脱离关于液态电解质的研究，从本质上讲电池内部结构以及机理的改变并不大，距离实现全固态电池规模化、商业化、产业化发展仍存在很长一段路要走。

3新能源汽车固态电池技术瓶颈

第一，关于关键技术瓶颈：国内固态电池研发面临接触、稳定性以及技术安全等多方面问题。不同固态电解质性能差异明显，物理或化学接触后的反应是不同的，基本上无法保障界面接触完好，部分情况下如接触电阻升高等还会造成固态电池总体性能受影响[3]。固态电解质的稳定性、离子导电性在高温环境中并不理想，这削弱了固态电池的安全性、循环性。此外，锂枝晶形成引发的电池短路风险、材料兼容性问题等都在影响固态电池的安全性。

第二，根据表2可以分析出，现如今的三条技术路线都存在制备工艺难度高、量产困难的技术难题。造成这一难题出现的原因有三点，首先，固态电池界面接触问题的解决需要有特殊工艺支撑，而这离不开耐高温高压设备的采购与引入，但是恰恰在这一方面受到了西方国家垄断，与此同时，国内尚未出现这类型设备的身影，面临设备研发困境。其次，三条技术路线均对固态电池制备环境提出了较高的标准和要求，国内目前没有满足制备环境要求的能力，因此很难实现规模化批量生产固态电池。最后，要想满足固态电池工业一致性、规模化量产要求，势必要降低成本，提高制备能力。

第三，国内关于固态电池的研发起步要晚于国外，因此，在关键技术、特殊设备等方面受限于人。国外诸如日本、韩国等国家的企业掌握着很多专利，并且这些国家特别重视专利保护，形成了相对完善的知识产权保护体系，对于国内而言，这作为技术壁垒增加了国内各企业研究固态电池的难度。另外，高昂的专利费用也会造成固态电池研究成本居高不下，不利于固态电池的产业化、规模化发展。此外，国内缺少完善的知识产权布局以及科技成果转化机制，造成部分科研成果尚且无法合理转化，这种错位现象，也起到了限制国内固态电池研究的作用。

4新能源汽车固态电池技术发展对策

4.1政府应加大扶持力度，支持技术创新

从国外固态电池研发布局中汲取经验，首先，为推动固态电池技术发展，政府应加大扶持力度，包括政策扶持、财政扶持等，为科研院所、高校企业研发固态电池技术提供支持和保障。例如，政府以国家重点基础研究发展计划、高新技术研究发展计划、产学研发展计划等为导向，编制固态电池研究计划，将作为国家重点领域重点研发项目大力推进，全力以赴攻克技术瓶颈，优化固态电池产业化研究布局。政府牵头，调动有关部门参与到项目专项基金平台的打造中，面向固态电池研发制定和颁布基金支持计划，成立固态电池产业化研发项目以及创新创业基金，为固态电池研发提供财政支持。通过颁布税收优惠政策，鼓励车企、动力电池企业投身到固态电池创新型项目、基础性或关键性研究中，提高国内固态电池研发水平。此外，政府以及有关部门也要推动固态电池的基础性研究，比如，正负极活性材料的研发等。基础性研究是我国在固态电池研发领域的一项短板，但同时也是进一步推进固态电池技术研发的关键，基于此，政府要支持科研院所、高校企业加强基础性研究，优化知识产权布局，促进专利转化。

4.2扶持领军企业，实现以点带面

在新能源汽车行业和动力电池行业中不乏固态电池技术研发领域的领军型企业、龙头企业[4]。在企业中高端转型发展道路上，该类型的企业如清陶能源、比亚迪、宁德时代等，具有强大的带头作用，能够号召中小型企业参与到固态电池技术研发中。与此同时，它们也是固态电池技术研发中不可缺少的力量。

政府有必要大力扶持这类产业攻克固态电池关键技术瓶颈，通过鼓励企业建立研发联盟等方式，巩固领军企业的领先优势，带动大中小型企业构建固态电池研发格局。挖掘固态电池领域制备经验丰富、制备能力相对较强的大型企业商业化、产业化发展固态电池的能力。

扶持领军企业时，国家和政府要科学划分固态电池研发优先级，针对新能源汽车行业动力电池需求等合理规划固态电池技术路线、产业链等。在支持领军企业带动大中小型企业优先攻克关键技术瓶颈的同时，通过颁布政策或财政扶持政策，优化新能源电池产业发展结构，发挥企业协同优势。

4.3开展国际项目，推广新研发模式

第一，在固态电池研发领域，欧盟、美国、日本、韩国等具有一定的技术优势以及综合实力。因此，国内企业应结合自身实力，以未来发展为目标，与其他国家建立合作关系，建设跨国合作项目，积累经验，引进先进技术。与此同时，加强技术创新，提升国内固态电池产业自主创新能力。第二，提高自主研发能力。在引进国外先进技术和经验的同时，也要加强自主研究，致力于独立开发出有价值的技术方案，逐步打破日韩等国搭建的技术壁垒，以便于在动力电池市场固态电池领域抢占一席之地。第三，对接国家标准。推动国内固态电池产业链、研发设计标准向国际化标准靠近。依托数字化信息技术，有序开展固态电池研发设计、电解质材料、生产制备工艺等方面相关标准的修订工作，打造公开的标准化平台，实现共享共赢。

4.4打造产学研一体化体系，加快科研成果转化速度

第一，打造集科研院所、高校企业于体系的动力电池技术应用创新联盟，聚集科研力量攻破固态电池关键技术瓶颈，包括界面接触问题、固态电解质材料问题、正负极活性材料等，提高固态电池协同研发力度[5]。第二，打造动力电池科研成果转化基地，优化固态电池成果转化流程，实现固态电池科研成果规范转化。组织开展固态电池科研成果应用示范活动，推动固态电池产业化发展。发挥区域优势，打造特色动力电池研发产业链，扩大动力电池企业生产规模。第三，固态电池关键技术瓶颈攻克离不开人才支撑，尤其是高层次科研人才。为此，加大人才培养力度，引领人才向着高层次科研人才转变。地方政府可根据人才市场需求，调整人才培养与引进政策，与用人单位一同，做好高层次人才的安置服务工作。另外，与高校对接，打造人才联合培养模式，采用订单模式培养企业所需的综合型、技术型人才。

5新能源汽车用固态电池技术未来发展趋势

新能源汽车行业固态电池技术未来总体趋势如图1所示，致力于不断提高能量密度、循环使用次数、安全性，实现工业化应用并形成成熟的应用体系。

围绕固态电池技术未来发展总体目标，结合现阶段技术难点，在未来，攻克全固态电池关键技术、核心材料瓶颈，着力解决固态电解质室温状态下离子电导率过低、电解质/电极界面阻抗过高、制备工艺不完善且难度高等问题。

目前，固态电池三条技术路线未来发展前景具有很高的不确定性。对于氧化物电解质，半固态电池有希望实现量产和规模化装车；对于硫化物电解质，在领军企业技术支持下，有希望突破技术壁垒，未来发展潜力较大；对于聚合物电解质，有可能作为补充路线出现在固态电池研究中，成为改善电解质柔性的技术路线。另外，材料体系不成熟，从短期视角来看，研究着力点是研究液态电解质替代材料体系，打造三元正极、硅碳负极的正负极材料体系；从中期视角分析，在技术创新支持下，不变动正负极材料体系，着力研究富硅和富锂负极材料及应用；从长期视角分析，逐步从半固态电解质体系过渡到全固态电解质材质。

结论：随着新能源汽车行业飞速发展，对能源存储技术形成了更高的要求。为满足新能源汽车企业的储能需求以及动力电池市场升级转型要求，加大固态电池研究力度，打破技术壁垒具有一定的必要性。为此，政府要加大财政/政策支持力度，扶持领军企业，打造国际项目，引进先进技术，加强自主研发，打造产学研一体化体系，完善固态电池科研成果转化平台。

参考文献：

[1]李玲.固态电池研发如何突破技术瓶颈[N].中国能源报，2024-01-29（003）.

[2]科技部高新技术司副司长续超前：推动固态电池技术发展[J].热固性树脂，2021，36（05）：69.

[3]许世琳，李雅琪.固态电池的发展现状、挑战与对策建议[J].智能网联汽车，2024，（03）：51-53.

[4]张春英，马亚辉，易正根，等.固态电池技术发展现状综述[J].现代车用动力，2023，（04）：1-5+10.

[5]薛海波，程晓燕，徐洋.我国固态电池产业化发展的问题与进路[J].西南石油大学学报（社会科学版），2024，26（02）：1-7.