中國儲能網(wǎng)訊：據(jù)新華社和央視新聞5月21日報道，近日，中國科學院金屬研究所沈陽材料科學國家研究中心研究員王春陽聯(lián)合國際團隊，利用原位透射電鏡技術(shù)在納米尺度首次揭開了固態(tài)電池突發(fā)短路成因，并提出相應對策，研究成果5月20日發(fā)表在《美國化學會會刊》（Journal of the American Chemical Society，簡稱 JACS）上。
JACS網(wǎng)站截圖
近年來，全固態(tài)電池由于高能量密度、高安全性等優(yōu)勢，備受行業(yè)關(guān)注，但壽命短與短路問題長期困擾其商業(yè)化，致使其遲遲難以步入大規(guī)模量產(chǎn)階段。
在當前政策密集加碼和行業(yè)企業(yè)加緊布局的背景下，此次固態(tài)電池研究迎來里程碑式突破，有望加快產(chǎn)業(yè)鏈成熟，將固態(tài)電池裝車進程大大提速。
突破性發(fā)現(xiàn)：首次揭示固態(tài)電池短路成因
自固態(tài)電池問世以來，它就成為全球動力電池下半場競爭的焦點之一，業(yè)內(nèi)上下都對其寄予厚望。然而這種革命性電池面臨一個致命難題：固態(tài)電解質(zhì)會突然短路失效。專家指出，盡管固態(tài)電池相較于液態(tài)電池結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，但如果內(nèi)部出現(xiàn)短路可能導致大電流和高溫，可能破壞電池結(jié)構(gòu)，導致電極材料反應或電解質(zhì)分解，影響性能，甚至導致失效。
無機固態(tài)電解質(zhì)中的軟短路—硬短路轉(zhuǎn)變機制示意圖以及其抑制機理
圖源：中國科學院金屬研究所官網(wǎng)
在王春陽及國際團隊的研究中，科研人員用原位透射電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，這些內(nèi)部缺陷誘導的鋰金屬析出和互連形成的電子通路直接導致了固態(tài)電池的短路，這一過程分為兩個階段：軟短路和硬短路。
“鋰離子在電場驅(qū)動下遷移時，這些缺陷處的電場畸變會導致局部電流密度激增，迫使鋰金屬以納米級‘樹根’形態(tài)沿缺陷生長，形成瞬間導電通路，即‘軟短路’。隨著軟短路的高頻發(fā)生和短路電流增加，固態(tài)電解質(zhì)會逐步形成記憶性導電通道，最終引發(fā)不可逆的‘硬短路’?！蹦愁^部電池企業(yè)相關(guān)負責人王強（化名）在研究了王春陽團隊的論文后，對記者解釋了這一短路機理。
基于這些發(fā)現(xiàn)，研究團隊利用具有機械柔性且電子絕緣的三維聚合物網(wǎng)絡，發(fā)展了“剛?cè)岵钡臒o機－有機復合固態(tài)電解質(zhì)，有效抑制了固態(tài)電解質(zhì)內(nèi)部的鋰金屬析出、互連及其誘發(fā)的短路失效。
“更通俗地來說，短路的原因，一個是固態(tài)電池材質(zhì)本身，一個是電池電流密度不均勻?qū)е碌??！蓖鯊姳硎?，“而應對策略的原理便是用有機和無機物結(jié)合的材料去填充可能存在的間隙，減少甚至消除這些結(jié)構(gòu)上的缺陷，避免‘軟短路’出現(xiàn)?！?/span>
報道提到，該研究通過闡明固態(tài)電解質(zhì)的軟短路－硬短路轉(zhuǎn)變機制及其與析鋰動力學的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，為固態(tài)電解質(zhì)的納米尺度失效機理提供了全新認知，為新型固態(tài)電池的開發(fā)提供了新的理論依據(jù)。
有機—無機復合固態(tài)電解質(zhì)中的穩(wěn)定鋰離子傳輸
圖源：中國科學院金屬研究所官網(wǎng)
固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化進程加速
今年來，我國汽車行業(yè)對于固態(tài)電池的熱情越燒越旺，從實驗室到落地，企業(yè)已經(jīng)進入到軍備競賽的階段。各大主機廠、新老電池企業(yè)緊鑼密鼓搞研發(fā)、做驗證，并陸續(xù)公布了量產(chǎn)時間。
5月17日，國軒高科宣布已建成全固態(tài)電池中試線，設計產(chǎn)能0.2GWh。據(jù)相關(guān)業(yè)務負責人現(xiàn)場介紹，中試樣件參數(shù)顯示，電芯能量密度為350Wh/kg，單體容量70Ah，目前已開啟裝車測試。
4月10日，上汽集團總裁賈健旭表示，上汽新一代固態(tài)電池將于今年底在全新MG4上量產(chǎn)應用；2027年，上汽首款全固態(tài)電池“光啟電池”將落地。
2月24日，梅賽德斯-奔馳基于全新固態(tài)電池測試項目打造的測試車，正式啟動道路測試。經(jīng)測試，搭載該電池的純電EQS測試車續(xù)航里程增加25%。整套電池系統(tǒng)能量密度高達450瓦時/千克。
2月15日，中國一汽首席科學家兼研發(fā)總院（科技創(chuàng)新管理部）高端汽車集成與控制全國重點實驗室主任王德平透露，中國一汽2014年開始研發(fā)全固態(tài)電池，以整車需求為指引，計劃2027年進行小批量應用。
政策層面，早在2020年國務院發(fā)布的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃 （2021—2035年）》中，就首次將固態(tài)電池列入行業(yè)重點發(fā)展對象并提出加快研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化進程。兩年后，工信部、科技部等多部門聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于推動新能源電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導意見》，提出加快研發(fā)固態(tài)電池儲能技術(shù)，加強固態(tài)電池標準體系研究工作，強化應用領(lǐng)域的支持和引導。
今年2月，工信部等八部門發(fā)布《新型儲能制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展行動方案》，明確將固態(tài)電池列為重點攻關(guān)方向，支持鋰電池、鈉電池向固態(tài)化發(fā)展，并提出2027年前打造3-5家全球龍頭企業(yè)。4月，工信部發(fā)布《2025年汽車標準化工作要點》，將固態(tài)電池寫進全局規(guī)劃與前瞻布局，提出要推動制定及發(fā)布車用人工智能、固態(tài)電池等標準子體系；要加快全固態(tài)電池、動力電池在役檢測等標準研制，不斷優(yōu)化動力電池性能要求。
地方政府也加快對相關(guān)產(chǎn)業(yè)的孵化扶植。3月19日，珠海市發(fā)布《珠海市推動固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動方案（2025-2030）（征求意見稿）》，提到到2027年形成固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)集群、2030年實現(xiàn)批量交付以及產(chǎn)業(yè)形成初步規(guī)模；2月，上海市發(fā)布《新型儲能示范引領(lǐng)創(chuàng)新發(fā)展工作方案》，計劃到2030年建成覆蓋固態(tài)電池上下游的完整產(chǎn)業(yè)鏈，通過稅收優(yōu)惠、研發(fā)補貼等政策構(gòu)建產(chǎn)業(yè)生態(tài)。
國際方面，歐、美、日、韓等傳統(tǒng)汽車強國同樣高度重視全固態(tài)電池的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化。對此，中國科學院院士歐陽明高曾“拉響警報”，雖然中國的動力電池產(chǎn)業(yè)已經(jīng)做到全球領(lǐng)先，但考慮到固態(tài)電池的顛覆性潛力，中國企業(yè)應該未雨綢繆，聯(lián)合起來攻關(guān)固態(tài)電池以應對挑戰(zhàn)。
根據(jù)智慧芽數(shù)據(jù)，截至2025年5月16日，全球固態(tài)電池領(lǐng)域的專利申請已超過4.6萬件，其中從技術(shù)來源（專利申請企業(yè)所屬國別）看，全球固態(tài)電池領(lǐng)域的專利申請中，近37%來自日本，近30%來自中國，兩者差距進一步縮小；而從布局市場（專利申請所在國別）來看，中國已經(jīng)趕超日本，是全球固態(tài)電池專利布局最多的市場，約占35%。
量產(chǎn)進入倒計時
“目前固態(tài)電池仍處于剛起步階段，短路現(xiàn)象還并不普遍，但發(fā)現(xiàn)了這一機理，對于后期設計會有極大的參考價值?！蓖鯊姼嬖V《中國汽車報》記者，“其實除了電池結(jié)構(gòu)本身，生產(chǎn)固態(tài)電池對工廠的環(huán)境要求也是主要挑戰(zhàn)，目前各企業(yè)也都在不斷測試、調(diào)整?？傮w來說，固態(tài)電池商業(yè)化進程還面臨諸多問題，雖然不是一個發(fā)現(xiàn)或一篇論文就能加速的，但顯而易見的是，這一發(fā)現(xiàn)對加快產(chǎn)業(yè)鏈成熟度有極大助益?！?/span>
當前，業(yè)內(nèi)對于固態(tài)電池已經(jīng)達成兩點共識。第一，固態(tài)電池是鋰電池的一大終極形態(tài)，有望實現(xiàn)對液態(tài)鋰電池的完全替代；第二，技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的時間在2027～2030年，固態(tài)電池將集中爆發(fā)。
中國汽車工程學會秘書長助理鄭亞莉日前介紹，全固態(tài)電池在全球范圍內(nèi)仍處于研發(fā)和中試階段，仍存在材料穩(wěn)定性、界面穩(wěn)定性、循環(huán)壽命等關(guān)鍵科學問題以及整車熱管理、整車集成等工程化與產(chǎn)業(yè)化技術(shù)難題有待進一步突破，預計2030年可實現(xiàn)小批量裝車驗證，2035年才有可能規(guī)?；瘧?。
歐陽明高則在今年初的一場公開演講中提醒，從行業(yè)全局來看，要重點防范全固態(tài)技術(shù)路線帶來的顛覆性風險。他指出，去年6月以后，國內(nèi)技術(shù)路線將聚焦三元/硫化物/硅碳，向著400Wh/kg前行，產(chǎn)業(yè)化時間明確，定于2027年左右，2030年左右完全可以量產(chǎn)。對于500Wh/kg的車用全固態(tài)電池，預計產(chǎn)業(yè)化的時間在2030～2035年。在眾志成城之下，硫化物固態(tài)電解質(zhì)已經(jīng)建立了小批量供應能力，接下來需要重點攻克大規(guī)模生產(chǎn)工藝。
全國政協(xié)常委、經(jīng)濟委員會副主任，工業(yè)和信息化部原部長苗圩在第二屆中國全固態(tài)電池創(chuàng)新發(fā)展高峰論壇上也表示，固態(tài)電池的技術(shù)成熟度、生產(chǎn)工藝以及高昂的成本是阻礙其實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)的三大障礙。從當前全球固態(tài)電池研發(fā)進展來看，量產(chǎn)技術(shù)工藝有待成熟，2027年前后實現(xiàn)小批量生產(chǎn)。
根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2025年固態(tài)電池高質(zhì)量發(fā)展藍皮書》預測，預計到2030年，全球固態(tài)電池出貨量將達到614.1GWh，全固態(tài)電池市場規(guī)模將達到172億元。在新能源汽車領(lǐng)域，預計到2030年固態(tài)電池滲透率將達到10%。
隨著有關(guān)鼓勵政策的出臺、AI智能的快速發(fā)展，以及公眾對新能源技術(shù)的認知提高，固態(tài)電池發(fā)展正迎來前所未有的利好因素。
