全固態(tài)電池卷瘋了！深扒7份重磅論文專(zhuān)利，量產(chǎn)三大難關(guān)正被解決

車(chē)東西（公眾號(hào)：chedongxi）
作者 ｜ Janson
編輯 ｜ 志豪

固態(tài)電池又一次站到了動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)的聚光燈下！

日前，比亞迪電池事業(yè)群 CTO?孫華軍透露，比亞迪計(jì)劃在2027年左右啟動(dòng)全固態(tài)電池批量示范裝車(chē)應(yīng)用，2030年后實(shí)現(xiàn)大規(guī)模上車(chē)。

作為頭部電池企業(yè)，比亞迪再次將固態(tài)電池帶入到了大眾視野。事實(shí)上，行業(yè)內(nèi)其他玩家也都在進(jìn)行固態(tài)電池的布局。

無(wú)獨(dú)有偶，就在剛剛結(jié)束的周末，國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池玩家國(guó)軒高科也交出了自己的固態(tài)電池答卷。

國(guó)軒高科發(fā)布的“金石”全固態(tài)電池能量密度已突破400Wh/kg，并通過(guò)針刺、高溫?zé)嵯涞葮O限安全測(cè)試，全程無(wú)冒煙、無(wú)起火，各項(xiàng)指標(biāo)直指量產(chǎn)，不過(guò)距離大規(guī)模量產(chǎn)還需要時(shí)間。

▲國(guó)軒高科“金石”全固態(tài)電池

除此之外，寧德時(shí)代的判斷也很清晰，固態(tài)電池行業(yè)的科學(xué)問(wèn)題已經(jīng)基本解決，但仍有工程問(wèn)題，距離包括供應(yīng)鏈在內(nèi)的商業(yè)化還有一段距離。

這其實(shí)點(diǎn)出了當(dāng)前固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)最核心的矛盾：大家已經(jīng)不再只討論“固態(tài)電池有沒(méi)有希望”，而是在討論它到底能不能穩(wěn)定造出來(lái)、便宜造出來(lái)，并且長(zhǎng)期安全地裝在車(chē)上。

綜合來(lái)看，固態(tài)電池的行業(yè)時(shí)間表正在逐漸清晰：2026年前后進(jìn)入中試和裝車(chē)驗(yàn)證密集期，2027年前后開(kāi)啟小批量示范，2030年前后才可能進(jìn)入更大規(guī)模應(yīng)用。

那么，如何才能通過(guò)科技創(chuàng)新真正解決這些問(wèn)題？

為此，車(chē)東西深入探尋業(yè)界最新進(jìn)展，通過(guò)中國(guó)科學(xué)院物理所、清華大學(xué)、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)等團(tuán)隊(duì)的4篇代表性論文，以及寧德時(shí)代、比亞迪的3項(xiàng)產(chǎn)業(yè)專(zhuān)利，挖掘出了固態(tài)電池要得以落實(shí)量產(chǎn)的關(guān)鍵三要素——內(nèi)部材料能不能長(zhǎng)期貼得住，產(chǎn)線(xiàn)能不能穩(wěn)定低成本制造，裝到車(chē)上后能不能經(jīng)受真實(shí)道路、安全和壽命考驗(yàn)。

一、固態(tài)電池要上車(chē) 先得解決內(nèi)部接觸問(wèn)題

全固態(tài)電池量產(chǎn)前的第一道難題，不是“能不能把電解液換成固態(tài)電解質(zhì)”，而是換完之后，電池里面這些固體材料能不能長(zhǎng)期穩(wěn)定地貼在一起。

傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池里有電解液，它像水一樣，可以滲進(jìn)正負(fù)極材料的細(xì)小孔隙，把很多微小縫隙填上。

但全固態(tài)電池不一樣，正極、負(fù)極、電解質(zhì)都變成了固體，彼此之間更像“硬材料貼硬材料”。

▲鋰離子電池和全固態(tài)電池的工作原理

問(wèn)題在于，電池每一次充放電，材料都會(huì)發(fā)生輕微膨脹和收縮。時(shí)間一長(zhǎng)，原本貼合的地方就可能出現(xiàn)細(xì)小空隙。

這個(gè)空隙肉眼看不見(jiàn)，但對(duì)電池影響很大：離子傳輸會(huì)變慢，內(nèi)阻會(huì)上升，電池容量和壽命也會(huì)下降。

這也是為什么很多實(shí)驗(yàn)室里的固態(tài)電池，需要給電池施加外部壓力。簡(jiǎn)單說(shuō)，就是用外力把里面的材料壓緊，讓它們別松開(kāi)。

但這個(gè)辦法并不適合直接搬到車(chē)上，因?yàn)檐?chē)上的電池包要輕、要緊湊、要安全，如果還要長(zhǎng)期給電芯加很高的壓力，就會(huì)增加結(jié)構(gòu)復(fù)雜度，也會(huì)影響整車(chē)能量密度。

所以，行業(yè)現(xiàn)在真正要解決的問(wèn)題變成了：能不能不靠“大力出奇跡”，而是讓固態(tài)電池自己保持良好接觸？

目前，學(xué)術(shù)界的幾項(xiàng)新研究正是在回答這個(gè)問(wèn)題。

首先是中科院物理所黃學(xué)杰團(tuán)隊(duì)、寧波材料所姚霞銀團(tuán)隊(duì)、華中科技大學(xué)張恒團(tuán)隊(duì)提出了一種“動(dòng)態(tài)自適應(yīng)界面”。這個(gè)名字聽(tīng)起來(lái)復(fù)雜，但可以理解成：在電極和電解質(zhì)之間做一層會(huì)自我調(diào)節(jié)的緩沖層。

▲電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的碘化物離子遷移形成富含碘的DAI

這層緩沖層不是簡(jiǎn)單貼上去的保護(hù)膜，而是在電池循環(huán)過(guò)程中，由材料里的特定離子逐漸遷移到界面位置，形成一層更柔軟、更容易貼合的界面層。

它的作用有點(diǎn)像給兩塊硬材料之間加了一層“軟墊”。當(dāng)鋰金屬負(fù)極在充放電中發(fā)生體積變化時(shí)，這層“軟墊”可以跟著調(diào)整，減少材料之間脫開(kāi)的風(fēng)險(xiǎn)。

論文結(jié)果顯示，這種設(shè)計(jì)可以讓鋰金屬全電池在較長(zhǎng)循環(huán)后仍保持較高容量，軟包電池也實(shí)現(xiàn)了零外壓循環(huán)驗(yàn)證。這里的“零外壓”很關(guān)鍵，意思是電池不再需要靠外部持續(xù)加壓來(lái)維持運(yùn)行，這對(duì)未來(lái)裝車(chē)非常重要。

除了讓界面貼得住，固態(tài)電解質(zhì)本身還要解決另一個(gè)問(wèn)題：能不能像現(xiàn)有電池材料一樣被穩(wěn)定制造出來(lái)。

很多無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)性能不錯(cuò)，但它們往往偏硬、偏脆。放在實(shí)驗(yàn)室里可以做成樣品，但到了產(chǎn)線(xiàn)上，就會(huì)遇到麻煩：不好做薄，不好輥壓，也不容易和電極顆粒充分貼合。

▲介質(zhì)不同狀態(tài)下的表現(xiàn)

中科院物理所胡勇勝團(tuán)隊(duì)提出的VIGLAS粘彈性無(wú)機(jī)玻璃電解質(zhì)，就是想解決這個(gè)矛盾。

簡(jiǎn)單說(shuō)，它想讓無(wú)機(jī)電解質(zhì)既保留穩(wěn)定性，又具備一定柔韌性。也就是不再像一塊脆玻璃，而更像一種“可以變形、可以貼合”的薄膜材料。這樣一來(lái)，它就更容易和電極貼緊，也更有機(jī)會(huì)進(jìn)入輥壓、薄膜化等連續(xù)制造流程。

最后，固態(tài)電池負(fù)極側(cè)的問(wèn)題也很關(guān)鍵。

在固態(tài)鋰金屬電池里，鋰金屬負(fù)極在充放電過(guò)程中會(huì)反復(fù)沉積和剝離?？梢园阉斫獬桑轰囋谪?fù)極表面不斷“長(zhǎng)出來(lái)”和“退回去”。這個(gè)過(guò)程如果不穩(wěn)定，就容易讓界面開(kāi)裂，甚至帶來(lái)鋰枝晶等安全和壽命問(wèn)題。

清華大學(xué)康飛宇、賀彥兵團(tuán)隊(duì)聯(lián)合天津大學(xué)楊全紅團(tuán)隊(duì)提出的“延展性SEI”，解決的就是這個(gè)問(wèn)題。

▲該研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)示意圖

SEI可以簡(jiǎn)單理解為負(fù)極表面的一層保護(hù)膜。傳統(tǒng)保護(hù)膜如果太硬，在反復(fù)充放電時(shí)容易開(kāi)裂；而他們希望做出一層更有韌性的保護(hù)膜，讓它能跟著鋰金屬的變化一起“伸縮”，不容易破。

這就像在負(fù)極表面加了一層更耐折騰的保護(hù)層。它不是一壓就裂的硬殼，而是更能承受反復(fù)變化的柔性保護(hù)膜，從而提升電池循環(huán)穩(wěn)定性。

把這些研究放在一起看，固態(tài)電池的攻關(guān)方向已經(jīng)很清楚：

過(guò)去，行業(yè)更關(guān)心固態(tài)電解質(zhì)本身的性能，比如離子傳得快不快；

現(xiàn)在，大家更關(guān)心的是它能不能真正裝進(jìn)電池里，并且長(zhǎng)期穩(wěn)定工作。

換句話(huà)說(shuō)，固態(tài)電池量產(chǎn)前要解決的，不只是“材料夠不夠先進(jìn)”，而是三個(gè)更現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題：

第一，電極和電解質(zhì)能不能長(zhǎng)期貼得住；第二，電池能不能少依賴(lài)外部壓力；第三，材料能不能進(jìn)入連續(xù)化制造流程。

對(duì)車(chē)企和電池企業(yè)來(lái)說(shuō)，這些問(wèn)題才真正決定固態(tài)電池能不能從論文、樣品，走向穩(wěn)定量產(chǎn)和裝車(chē)應(yīng)用。

二、固態(tài)電池第二道坎：樣品能做出來(lái)，產(chǎn)線(xiàn)能不能穩(wěn)定造？

解決了材料之間“貼不貼得住”的問(wèn)題，固態(tài)電池還要面對(duì)第二道坎：實(shí)驗(yàn)室里做出一個(gè)樣品不難，難的是在產(chǎn)線(xiàn)上把一批電芯都穩(wěn)定做出來(lái)。

對(duì)電池企業(yè)來(lái)說(shuō)，量產(chǎn)不是看單個(gè)電芯的最好成績(jī)，而是看成千上萬(wàn)個(gè)電芯能不能保持一致。性能要穩(wěn)定，良率要穩(wěn)定，成本也要壓得下來(lái)。否則，即使實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)再漂亮，也很難真正裝車(chē)。

前面提到，全固態(tài)電池內(nèi)部沒(méi)有液態(tài)電解液幫忙填縫，正極、負(fù)極和固態(tài)電解質(zhì)都要靠緊密接觸來(lái)工作。放到生產(chǎn)線(xiàn)上，這就變成了一個(gè)很現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題：電芯要壓得足夠緊，但又不能壓壞。

如果壓得不夠，材料之間會(huì)有縫隙，電池循環(huán)壽命會(huì)受影響；如果壓得太狠，封裝膜、極片邊緣、內(nèi)部結(jié)構(gòu)又可能受損，良率就會(huì)下降。

比亞迪在專(zhuān)利CN118748295A中提出的方案，就指向這個(gè)問(wèn)題。該專(zhuān)利在全固態(tài)電池最外側(cè)負(fù)極片上設(shè)置陶瓷層，利用陶瓷層更硬、更穩(wěn)定的特點(diǎn)，讓電芯在等靜壓過(guò)程中受力更均勻，從而減少外包裝膜破裂和后續(xù)加壓過(guò)程中的撕裂風(fēng)險(xiǎn)。

▲比亞迪專(zhuān)利結(jié)構(gòu)示意圖

這件事聽(tīng)起來(lái)很細(xì)，但它反映的是固態(tài)電池量產(chǎn)中的一個(gè)核心問(wèn)題：電芯不是壓得越緊越好，而是要壓得均勻、壓得可控，還不能把封裝和極片壓壞。

除了“怎么壓”，企業(yè)還在想辦法解決另一個(gè)問(wèn)題：電池循環(huán)久了，負(fù)極一側(cè)會(huì)不會(huì)出問(wèn)題。

在固態(tài)電池里，負(fù)極和固態(tài)電解質(zhì)之間是最容易出問(wèn)題的位置之一。這里既要讓鋰離子順利通過(guò)，又要盡量減少副反應(yīng)，還要防止鋰枝晶刺穿結(jié)構(gòu)。如果控制不好，它會(huì)影響壽命，甚至帶來(lái)安全風(fēng)險(xiǎn)。

寧德時(shí)代近期公布的兩項(xiàng)固態(tài)電池專(zhuān)利，思路就是在負(fù)極表面加一層“功能層”。這個(gè)功能層可以理解成電池內(nèi)部的一層“緩沖墊”或者“過(guò)濾層”：既要讓鋰離子通過(guò)，又要增強(qiáng)界面強(qiáng)度，減少開(kāi)裂和副反應(yīng)。

其中，申請(qǐng)公布號(hào)為CN121238027A的專(zhuān)利提出，在負(fù)極層表面設(shè)置功能層，這層材料由聚合物類(lèi)電解質(zhì)和少量石墨烯類(lèi)材料組成。石墨烯類(lèi)材料質(zhì)量占比控制在0.3%~2%，平均片徑為30μm~220μm。專(zhuān)利摘要顯示，這一設(shè)計(jì)可以提升固態(tài)電池循環(huán)穩(wěn)定性。

▲寧德時(shí)代CN121238027A專(zhuān)利

這項(xiàng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)不是“用了石墨烯”本身，而是它想解決一個(gè)更具體的問(wèn)題：功能層既不能太軟，也不能太硬。

如果太軟，擋不住開(kāi)裂和枝晶；如果太硬，又可能影響鋰離子通過(guò)。

所以寧德時(shí)代選擇讓聚合物類(lèi)電解質(zhì)負(fù)責(zé)傳導(dǎo)鋰離子，少量石墨烯類(lèi)材料負(fù)責(zé)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。簡(jiǎn)單說(shuō)，就是讓這層“緩沖墊”既能通行，又更結(jié)實(shí)。

另一項(xiàng)申請(qǐng)公布號(hào)為CN121076266A的專(zhuān)利，則把功能層設(shè)計(jì)成多孔石墨烯類(lèi)材料。專(zhuān)利限定單片多孔石墨烯類(lèi)材料的孔隙率為3%~9%，平均孔徑為0.2nm~15nm；在電池SOC小于或等于10%的條件下，功能層中多孔石墨烯類(lèi)材料質(zhì)量含量為91%~100%，用于提高固態(tài)電池循環(huán)性能。

▲寧德時(shí)代CN121076266A專(zhuān)利

這項(xiàng)方案可以理解成給負(fù)極前面加了一層“有孔的防護(hù)網(wǎng)”。

防護(hù)網(wǎng)本身要足夠強(qiáng)，降低鋰枝晶刺穿和功能層破碎的風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)，孔結(jié)構(gòu)又要讓鋰離子能夠順利通過(guò)，不能把離子通道堵住。

除了“怎么壓”和“怎么保護(hù)界面”，還有一個(gè)更現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題：怎么便宜地量產(chǎn)。

硫化物電解質(zhì)被很多企業(yè)視為全固態(tài)電池的重要方向，因?yàn)樗碾x子傳輸性能較好。但它也有明顯門(mén)檻：材料成本高，對(duì)生產(chǎn)環(huán)境要求嚴(yán)，對(duì)工藝控制也更敏感。換成產(chǎn)業(yè)語(yǔ)言，就是：性能好是一回事，能不能低成本、穩(wěn)定、大批量生產(chǎn)是另一回事。

中科大馬騁團(tuán)隊(duì)的研究提供了另一種思路：開(kāi)發(fā)一種低成本、容易變形的鋰鋯鋁氯氧固態(tài)電解質(zhì)，讓電池在5MPa壓力下也能保持較好界面接觸，并且可以適配干法工藝和卷對(duì)卷生產(chǎn)。

相關(guān)報(bào)道顯示，這種材料的核心原材料成本不到主流硫化物固態(tài)電解質(zhì)的5%。

▲中科大最新固態(tài)電池性能

這項(xiàng)工作的意義在于，它不是只從實(shí)驗(yàn)室性能出發(fā)，而是反過(guò)來(lái)從量產(chǎn)角度設(shè)計(jì)材料。材料不僅要能傳導(dǎo)鋰離子，還要容易加工、容易壓實(shí)、成本足夠低，并且能夠進(jìn)入連續(xù)化生產(chǎn)流程。

也就是說(shuō)，固態(tài)電池要真正量產(chǎn)，不能只看某一個(gè)指標(biāo)有多高，而要看它能不能同時(shí)滿(mǎn)足三件事：

第一，電芯內(nèi)部要壓得緊，避免材料之間接觸不良；第二，封裝和邊緣結(jié)構(gòu)要扛得住加工壓力，不能一壓就壞；第三，材料和工藝要足夠便宜、穩(wěn)定，并且能夠連續(xù)生產(chǎn)。

只有這三件事同時(shí)成立，固態(tài)電池才可能從實(shí)驗(yàn)室樣品，走向真正穩(wěn)定的量產(chǎn)電芯。

三、裝車(chē)驗(yàn)證開(kāi)啟 固態(tài)電池進(jìn)入“實(shí)車(chē)考場(chǎng)”

解決了材料和工藝的問(wèn)題，固態(tài)電池最終能不能上車(chē)，還要交給整車(chē)來(lái)驗(yàn)證。

對(duì)車(chē)企來(lái)說(shuō)，實(shí)驗(yàn)室電芯性能再好，也只是第一步。真正進(jìn)入裝車(chē)階段后，電池要面對(duì)的是更復(fù)雜的使用環(huán)境。

車(chē)身振動(dòng)、溫度變化、快充工況、碰撞安全、電池包結(jié)構(gòu)適配，以及長(zhǎng)時(shí)間道路測(cè)試帶來(lái)的可靠性考驗(yàn)。

目前，國(guó)內(nèi)車(chē)企已經(jīng)開(kāi)始把固態(tài)電池推向?qū)嵻?chē)場(chǎng)景。一汽紅旗全固態(tài)電池首臺(tái)樣車(chē)下線(xiàn)，并裝載于紅旗天工06車(chē)型，標(biāo)志著其進(jìn)入實(shí)車(chē)測(cè)試階段。

▲紅旗全固態(tài)電池首臺(tái)樣車(chē)成功下線(xiàn)

相關(guān)信息顯示，該項(xiàng)目在硫化物電解質(zhì)、10Ah電芯性能、60Ah電芯工藝等環(huán)節(jié)取得階段性進(jìn)展，66Ah電芯也通過(guò)了200℃極端熱濫用測(cè)試。

吉利的節(jié)奏則落在Pack和裝車(chē)驗(yàn)證上。吉利控股在2026年1月宣布，年內(nèi)將完成自研全固態(tài)電池首個(gè)Pack下線(xiàn)，并進(jìn)行裝車(chē)驗(yàn)證；其固態(tài)電池研發(fā)依托浙江綠色智行和湖州耀寧固態(tài)電池研究院，形成工藝放大和全流程研發(fā)的雙中試布局。

廣汽也在推進(jìn)類(lèi)似路徑。公開(kāi)信息顯示，廣汽此前已宣布全固態(tài)電池將在2026年率先搭載于昊鉑車(chē)型，后續(xù)也有消息稱(chēng)其全固態(tài)電池中試線(xiàn)已投產(chǎn)，并計(jì)劃在2026年開(kāi)展小批量裝車(chē)試驗(yàn)。

海外車(chē)企同樣進(jìn)入實(shí)車(chē)驗(yàn)證階段。

寶馬已宣布全球首輛搭載全固態(tài)電池的BMW i7測(cè)試車(chē)型在慕尼黑啟動(dòng)道路實(shí)測(cè)，該車(chē)搭載Solid Power提供的大尺寸全固態(tài)電芯，測(cè)試重點(diǎn)包括電芯膨脹管理、運(yùn)行壓力控制和溫度調(diào)節(jié)等問(wèn)題。

▲搭載固態(tài)電池的BMW i7測(cè)試車(chē)

奔馳也在推進(jìn)固態(tài)電池原型車(chē)測(cè)試。其與Factorial Energy合作，將固態(tài)電池集成到EQS原型車(chē)中進(jìn)行道路測(cè)試，目標(biāo)是驗(yàn)證固態(tài)電池在真實(shí)道路環(huán)境下的續(xù)航、安全和系統(tǒng)適配能力。

與此同時(shí)，Stellantis與Factorial的合作則更接近車(chē)規(guī)驗(yàn)證環(huán)節(jié)。Stellantis方面披露，雙方聯(lián)合驗(yàn)證的FEST固態(tài)電池能量密度達(dá)到375Wh/kg，容量為77Ah，并計(jì)劃在2026年將該電池集成到示范車(chē)隊(duì)中，通過(guò)實(shí)際駕駛繼續(xù)驗(yàn)證。

這些動(dòng)作說(shuō)明，固態(tài)電池的競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)從實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)向整車(chē)驗(yàn)證。

車(chē)企現(xiàn)在要解決的問(wèn)題，更多的是電芯、Pack、電池包、熱管理、車(chē)身結(jié)構(gòu)和整車(chē)控制能不能協(xié)同工作。

不過(guò)，也要看到，裝車(chē)驗(yàn)證并不等于大規(guī)模量產(chǎn)。

現(xiàn)階段大多數(shù)全固態(tài)電池仍處在樣車(chē)測(cè)試、中試放大或小批量示范階段，真正商業(yè)化還要繼續(xù)跨過(guò)壽命、良率、成本和供應(yīng)鏈穩(wěn)定性幾道關(guān)。

換句話(huà)說(shuō)，固態(tài)電池確實(shí)正在靠近汽車(chē)產(chǎn)業(yè)，但它首先要通過(guò)的不是發(fā)布會(huì)，而是真實(shí)道路和量產(chǎn)體系的雙重考試。

結(jié)語(yǔ)：固態(tài)電池或進(jìn)入最后沖刺階段

從實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù)突破到車(chē)企的實(shí)車(chē)測(cè)驗(yàn)，固態(tài)電池正從“科學(xué)命題”轉(zhuǎn)向“工程落地”。

目前，學(xué)術(shù)界與產(chǎn)業(yè)界已經(jīng)不再單純追求電導(dǎo)率指標(biāo)，而是通過(guò)自適應(yīng)界面、粘彈性電解質(zhì)等創(chuàng)新方案，正面解決固-固接觸與界面穩(wěn)定性等量產(chǎn)痛點(diǎn)。

隨著寧德時(shí)代、比亞迪等巨頭明確2027年這一關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，全固態(tài)電池的競(jìng)爭(zhēng)重心已向干法工藝、連續(xù)化生產(chǎn)及成本控制轉(zhuǎn)移。

這場(chǎng)關(guān)于下一代動(dòng)力電池話(huà)語(yǔ)權(quán)的終極沖刺，正隨著工藝節(jié)點(diǎn)的攻克而加速到來(lái)。