来源：中国汽车工程学会

当前，新能源汽车已进入全面市场化发展阶段，高效安全的动力电池成为保持产业持续竞争力的核心，全球来看以安全固态电解质替代易燃有机电解液为特征的全固态电池成为下一代电池的主要方向，全球发达国家及地区都在积极布局，力争率先突破关键技术，成为抢占下一轮动力电池发展先机的佼佼者。

(资料图片仅供参考)

碳中和背景下，发展新能源汽车是全球汽车产业应对百年变革的主要方向，也已成为各国减少温室气体排放、应对气候变化挑战、改善全球生态环境的共同选择。经过二十多年的发展，以磷酸铁锂、三元材料为代表的锂离子电池不断迭代创新，有力支撑新能源汽车产品竞争力持续增强，加快进入全面市场化发展的新阶段。

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随着动力电池的能量密度不断提升，其稳定性和安全性挑战日益凸显。与当前的有机电解液动力电池相比，全固态电池采用具有高稳定特性的固态电解质，能够兼容更高电压的正极材料以及更高比容量的负极材料，在提高动力电池能量密度的同时兼顾高安全要求，成为下一代电池技术创新的重要方向，也成为全球主要国家和领军企业竞相布局的战略制高点。

然而，全固态电池想要实现规模量产还需解决工程技术及产业化面临的多重难题。在工程技术方面，存在固-固界面接触不稳定影响性能发挥、采用锂金属易发生枝晶生长存在安全风险等问题。在产业化方面，还存在全固态电池产业链需要大规模重构和新设备开发、生产环境要求严苛、关键材料昂贵等问题。

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全固态电池要想实现真正的量产装车，需要满足两个前提：一是材料层级的关键科学问题取得突破，以满足能量密度、循环寿命、倍率性能、安全性能、温度适应性、生产成本这六大核心指标，使全固态电池成为真正的六边形战士；二是生产制造工艺改进、整车协同设计、测试标准体系等全生态链的完善。

前提一 关键科学问题取得突破

电解质的选择是全固态电池研发要考虑的首要问题。综合考虑离子电导率、加工性、稳定性和制造成本等诸多因素，目前更加接近产业化的电解质技术路线主要有两条：一是硫化物电解质，其离子电导率较高，但需要在材料稳定性、生产控制和成本方面做出较大努力；二是聚合物复合电解质，其可加工性更佳，可与无机固态电解质（硫化物/氧化物）等复合，提升综合性能。

为了进一步提高全固态电池的能量密度，电极材料的选择和瓶颈技术的突破同等重要。正极材料将向超高镍或富锂锰基升级、负极材料将向硅基材料或锂金属方向升级。然而，上述材料在与固态电解质一同构建全固态电池时，仍存在结构稳定性差、体积膨胀大、接触界面过小、界面接触失效、锂枝晶生长等科学问题，将影响电池的循环寿命和倍率性能。为了达到高电导率、高界面稳定性和高材料稳定性，建议依据实际使用工况开展研究工作，包括开发专用设备（改进材料表征手段）、优化制备工艺等。

除了材料之间复配的问题，电池系统的安全性也需要得到重视。固态电解质具有本征安全性，全固态电池的安全性相比液态电池有了显著提升，可一定程度上节省系统安全设计的部件和成本。但全固态电池并不等同于绝对安全，电池系统仍存在一定的热失控和热扩散风险，也需要针对热扩散的不同阶段体系化设计安全与防护措施，加强电芯级别的热失控预警能力和系统级别的热扩散防护能力。

前提二 产业生态建立完善

对于电池生产而言，全固态电池对材料界面一致性要求更高，需要生产工艺创新升级，特别是涂布及叠片设备需重点开发。全固态电池的生产工艺选择需充分考虑电芯性能、大规模制造可能性、制造合格率、制造成本等因素。当前，全固态电池可一定程度上沿用湿法工艺，与现有产业链的兼容度约70%，干法工艺兼容度则略低，但部分设备依赖于定制化开发，尤其是正负极和电解质膜生产设备。

对于整车设计而言，全固态电池的搭载装车需要整车企业和电池企业针对电池结构、系统集成等协同设计。失去电解液的浸润后，全固态电池需要外部提供较高的束缚压力，以保证固固界面下电池反应的稳定进行。同时，全固态电池在高温时的性能表现比室温更好，包括极化反应减少、循环寿命提高和倍率性能优化，热管理上需更注重电池系统保温，加强对温度的精细化调控。此外，全固态电池的搭载也对动力电池系统与底盘集成（CTC、CTB等）、结构件设计、全生命周期监测和管理等方面提出了新的需求。

原材料的高价格和供应链体系的不完善导致当前全固态电池的生产成本较高，远期将降至0.8元/Wh。根据测算，当前全固态电池的材料成本约为1.5-2.5元/Wh，显著高于当前的液态电池，且全固态电池的产线设备仍需定制化研发、初期制造合格率可能较低，将进一步推高整体成本。随技术进步和产业发展，通过材料性能提升、生产工艺简化、电芯结构创新等方式，全固态电池在大规模量产后可一定程度上降低生产成本，远期成本目标为0.8元/Wh。

整体而言，全固态电池的真正上车将依赖于科学问题的突破和产业生态的完善，2025年和2030年将是两个关键节点。根据研究团队广泛调研与研讨，预计2025年前后将建立全固态电池试制线并推出搭载的原型车，2030年前后将可能实现全固态电池小规模量产并正式装车使用。但需要强调的是，全固态电池的大规模上车时间仍需根据研发进展而定，若材料层面的关键科学问题和产业层面的高效生产工艺/低成本化无法有效解决，其量产时间将不及预期。

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总结

1. 固态电池的技术路线选择需同时兼顾电导率、加工性、稳定性和制造成本等，目前来看更接近产业化的路线主要有两条，一是硫化物全固态电池，需要在成本降低方面和生产环境控制做出较大努力；二是复合型全固态电池，聚合物固态电解质与其他电解质复合。除电解质外，正极将继续向高镍方向发展，负极则向硅基负极或金属锂负极发展。

2. 材料层面存在的科学问题包括界面反应、接触界面过小、接触失效、锂枝晶生长等。研发方向上，高电导率、高界面稳定性、高材料稳定性是选择材料的三个核心指标，建议模拟实际工况开展研究，包括开发专用设备（改进材料表征手段）、优化制备工艺等。

3. 全固态电池具有系列本征优势，但并不等同于绝对安全，电池安全还需要系统集成与理性设计，可在本征安全的基础上，针对不同的热蔓延阶段分段采取安全抑制措施，提高电芯的耐热能力、提升电池包的热防护和失控预警能力是重要举措。

4. 全固态电池需要外部提供较高束缚压力，以保证固固界面下的电池反应。此外，全固态电池对于整车的热管理设计、结构件设计、CTC集成、全生命周期监测和管理提出了新的需求，需要整车企业和电池企业协同设计，共同改进。

5. 全固态电池可一定程度上沿用现有湿法工艺，与现有产业链的兼容度约60-70%，干法工艺兼容度略低，但部分设备依赖定制化开发。此外，全固态电池初期会主打高端、差异化等增量市场，同时产业链建设需要一定周期，暂不会给原有产能布局带来较大冲击。

6. 全固态电池成本较高的原因，一是材料（电解质和更高比能的正负极）成本较高，二是供应链体系还不完善。通过材料性能提升、生产工艺简化、电芯结构创新等方式，实现大规模量产与应用后可一定程度上降低生产成本。

7. 根据国内外整车企业和动力电池企业的规划，预计2025年前后将建立全固态电池试制线并推出搭载的原型车，2030年前后将可能实现全固态电池小规模量产并正式装车使用，但大规模上车时间仍需根据研发进展而