画饼十几年，永远在跳票，固态电池为何总是“下次一定”？｜图文

在 2024 年，柴司策划小卡就说要写“固态电池”选题，因为“2025 年是固态电池元年”，提前部署，好接广告；

等到了 2025 年 ，“固态电池元年”又跳票到了2026年和 2027 年；

如果我们往前翻翻合订本，会发现 2018年、2021年、2022年、2023年 ......年年都是“固态电池元年”：

翻一翻汽车内容的评论区，还真有一群人说要等到固态电池上车，才愿意买新能源车。

这期视频，我们找到了在中国科学院物理所研究电池的博士生白睿，来看看固态电池好在哪里，为什么永远是“明年一定”？虽然说等等党永不认输，但等到哪个明年，汽车才能用上固态电池？

视频版

↓↓ 看完这个视频就知道了 ↓↓

↑↑ 信我，真的超级好看 ↑↑

图文版

各个行业，尤其是汽车界，吹……期盼固态电池已经很久了。这主要是因为固态电池画了一个真香的大饼——安全。

很多人觉得电车不安全，是因为电池包易燃易爆炸。这个锅，主要跟锂电池里的电解液有关。

我们如今用的锂电池，正负极之间是一层隔膜，其中浸满了用于传导离子的电解液。在充放电时，带正电的锂离子经过隔膜和电解液到达对面，带负电的电子则通过外部电路移动，形成电流。这里的“电解液”，主要成分是有机碳酸酯类溶剂和锂盐。

有机碳酸酯类溶剂易挥发、闪点低，一旦泄露或者受热，就容易爆炸；后者比如六氟磷酸锂，受热分解的同时会释放更多热量，加剧燃烧。

那如果，我们能把电解液和隔膜打包扔掉，替换成某种作用相同，但更稳定的固体，不就安全了吗？

而且这样一来，固态电池的体积能量密度也更高：

据说固态电池的体积能量密度能达到800-1000Wh/L，相比目前使用液态电解液的三元锂电池和磷酸铁锂电池接近翻倍。

又安全又持久，这就是固态电池给各位画的饼。

但要把饼做出来，还剩下一个问题：到底要用什么固体，来充当电解质呢？

如果你还没把《高中化学必修 1》还给老师的话，那应该能记得它曾高屋建瓴地指出：电解质往往需要在溶液，或者高温熔融状态下，才能导电。而呈固态时离子不能自由移动，所以无法导电。

要做固态电池，就要改写教科书。被寄予厚望逆天改命的材料有好几种：聚合物、氧化物和硫化物，以及一些“非主流”路线。

固态电池什么时候能上车，就看这些技术路线哪个能率先跑通。

首先，其中的聚合物，已经被淘汰了。

2011 年，法国一家公司推出过的一款搭载聚合物固态电池的电动汽车。它电池小，续航少，充电慢，更奇葩的是每次开车前都要先把电池预热到 60-80℃。

之所以这么拉胯，是因为聚合物固态电池在室温下的离子电导率非常低。

所谓“离子电导率”，就是衡量电解质导电能力的物理量。聚合物在室温下的离子电导率，只有电解液的千分之一甚至更低，没法儿用；加热到 60℃ 后也只有液态电解质的十分之一。

所以聚合物固态电池上车之后，很快又下车了。

相比而言，氧化物、硫化物的电导率，比聚合物高了几个数量级。他们也是目前车企和电池厂的主流技术路线。

其中的氧化物，也已经上车了，但却只能以所谓“半固态电池”的身份上车。这是为啥呢？

氧化物很稳定，生产、使用都很安全。虽然电导率也远不如电解液，但差不多能用。它最大的问题是，是解决不了“界面阻抗”的问题。

界面阻抗，是指锂离子在通过电极和电解质的接触面时，所遇到的阻力。我们现在用的锂电池中，电极是浸润在电解液中的，二者接触面积很大，锂离子很容易就能移动。

但固态电池就麻烦了：

因为是固体和液体的界面，相当于液体本身就具备这种浸润性，它这样子界面接触就非常好。那如果是固体与固体之间的接触的话，它相当于就是一个颗粒与一个颗粒的这种“点接触”，它没有办法像到做到像固-液这种“面”接触。就相当于就是它的这种接触的点少了，那么它的传输的这个作用就会大大地被削弱。

不管用哪种材料，“界面阻抗”都是固态电池目前最大的技术难题之一。一些车企宣传的“半固态电池”，就是在氧化物之外，再加入一部分电解液，来解决界面阻抗问题，属于一种妥协方案。

但问题是加了电解液之后，还是得面对锂电池“易燃易爆炸”的风险：

你这既然有电解液加在里面，那为什么不全用这个液态电池呢？

因为你像有电解液加在里面，依然保留了之前液态电池，它这个或者说有机溶剂的，它这种在密闭空间里面会随时发生这个热失控的这个风险，它还是存在，相当于你相比液态电池也没有在热稳定性上没有进步太多；

然后相比于全固态电池，可能又没有把这个就是能量密度提升的，或者说很到位。

就是相当于这个只能说是有点想要去往前走，但是好像又没有迈出很多的那种感觉。

所以“半固态电池”，到底能不能在现有的技术路线上发展成全固态电池，难说。不过已经有车企宣称，会在 2026–2027 年前后让“全固态电池”上车，用的就是氧化物和其他物质混合的方案。

至于能不能成真......明年再看吧。

而硫化物，则是目前电池行业的顶级玩家，宁德时代、比亚迪、丰田、三星都在押注的“版本答案”。

硫化物的电导率非常优秀，目前研究最多的LGPS，锂锗磷硫，导电率几乎跟电解液相当。

但它的问题是……安全性弱了亿点。

硫化物固态电解质一旦暴露在空气中，就容易水解产生硫化氢，是著名的易燃易爆、有剧毒和臭鸡蛋味的气体。

这不光对生产环境提出了很高的要求，还大幅推高了生产成本。有报道说，目前锂锗磷硫的价格高达每公斤 7 万美元。作为对比，每公斤电解液只要 5 美元～

就算不管价格和安全性，技术上的难点也很多。就说“界面阻抗”的问题，硫化物也很难解决。相比于坚硬的氧化物，硫化物呈粉状，跟电极的接触面相对好一些——但目前也只能在实验室里通过外部加压等方式，勉强缓解这个问题。

真要量产上车有多难？手握 1000 多个固态电池专利的丰田对此最有发言权：

早在2011–2012 年，丰田就发布了基于锂锗磷硫开发的固态电池，并宣布将在 2015–2020 年商用；

到了2017 年的东京国际车展上，丰田又说他们计划在2020 年初推出一款由固态电池供电的原型车；

结果到了2019 年的东京车展上，这个“年初”又变成了2020 东京奥运会期间；

众所周知，2020 年东京奥运会其实是在 2021 年办的，所以丰田的 flag 也延期到了 2021 年；

到了 2021 年，又毫不意外地迅速跳票；

再等到了2023 年，丰田又计划在2027 年推出全固态电池的电动汽车；

但很快，这个时间点又推迟到了2030 年……

怎么讲，GTA VI 都没有丰田跳得多。GTA VII 跟全固态电池谁先上市，那都不好说～

除了这三种外，目前还有一些新的热门方向，比如卤化物。

清陶能源正在开发的第二代半固态电池，就使用了“氧化物+卤化物+聚合物”的组合。

还有把有机物和无机物复合在一起的固体电解质。

总之就是各种排列组合都试试，万一蒙对了呢～

那么最后，到底在哪个明年，“等等党”才能等到固态电池呢？

这个问题不是我们能回答的。不过就在诸多玩家又又又又宣布要在 26、27 年量产固态电池的时候，2024 年 9 月，电池行业的头号玩家，宁德时代的老板曾毓群说：

“如果用 1 到 9 表示固态电池的技术和制造成熟度，那当前行业最高水平只到了 4 左右，只是做出了一些器件样品，进行一些实验验证。”

至少宁德时代还拿不准，固态电池是不是能在 2027 年量产。他们预计至少要在2030 年之后，固态电池才能大规模应用，并实现和目前锂电池同样的价位水平。

我们也问了白睿，他似乎更“乐观”一点：

我感觉如果真要是全固态上车的话，这个时间可能真不好说，因为现在我至少没看到一个对界面改进很好的这种文章去报道出来……或者说这种相当于是真正的在不加外压，然后不加这个就是不加一点点解液，同时这个电池又能跑得很好的，就实验室产品感觉好像都没有看到。所以在如果说这个前提下再去说产业，我感觉就有点荒谬了。

但是也不好说。如果说这两年如果真的有一些这个课题组的同学，包括老师，包括企业，他们的这些研发人员，最终发现了某种方案真的是可行的，也不是说不可能啊。所以说这一切可能真的没有办法去人为地预测，只能说这个随缘了。

也有一句话说，

，就是所以说这个东西就是看看大家在这个研发或者说在研究过程当中有没有一些新的灵感出现。

听到这里，你心里应该有个数了～所以最后呢，我们祝愿产业界能顺利突破技术难题，让我们早点用上固态电池。

但各位等等党，也要做好心理预期。光明就在 2 年……

3 年……

或者 5 年后？

反正总会来的吧！加油！下期见！