中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：據(jù)新華社和央視新聞5月21日?qǐng)?bào)道，近日，中國(guó)科學(xué)院金屬研究所沈陽(yáng)材料科學(xué)國(guó)家研究中心研究員王春陽(yáng)聯(lián)合國(guó)際團(tuán)隊(duì)，利用原位透射電鏡技術(shù)在納米尺度首次揭開(kāi)了固態(tài)電池突發(fā)短路成因，并提出相應(yīng)對(duì)策，研究成果5月20日發(fā)表在《美國(guó)化學(xué)會(huì)會(huì)刊》（Journal of the American Chemical Society，簡(jiǎn)稱 JACS）上。
JACS網(wǎng)站截圖
近年來(lái)，全固態(tài)電池由于高能量密度、高安全性等優(yōu)勢(shì)，備受行業(yè)關(guān)注，但壽命短與短路問(wèn)題長(zhǎng)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(dāng)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(lái)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(chē)進(jìn)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(wèn)世以來(lái)，它就成為全球動(dòng)力電池下半場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)之一，業(yè)內(nèi)上下都對(duì)其寄予厚望。然而這種革命性電池面臨一個(gè)致命難題：固態(tài)電解質(zhì)會(huì)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(dǎo)致大電流和高溫，可能破壞電池結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致電極材料反應(yīng)或電解質(zhì)分解，影響性能，甚至導(dǎo)致失效。
無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)中的軟短路—硬短路轉(zhuǎn)變機(jī)制示意圖以及其抑制機(jī)理
圖源：中國(guó)科學(xué)院金屬研究所官網(wǎng)
在王春陽(yáng)及國(guó)際團(tuán)隊(duì)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(dǎo)的鋰金屬析出和互連形成的電子通路直接導(dǎo)致了固態(tài)電池的短路，這一過(guò)程分為兩個(gè)階段：軟短路和硬短路。
“鋰離子在電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下遷移時(shí)，這些缺陷處的電場(chǎng)畸變會(huì)導(dǎo)致局部電流密度激增，迫使鋰金屬以納米級(jí)‘樹(shù)根’形態(tài)沿缺陷生長(zhǎng)，形成瞬間導(dǎo)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(huì)逐步形成記憶性導(dǎo)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(fù)責(zé)人王強(qiáng)（化名）在研究了王春陽(yáng)團(tuán)隊(duì)的論文后，對(duì)記者解釋了這一短路機(jī)理。
基于這些發(fā)現(xiàn)，研究團(tuán)隊(duì)利用具有機(jī)械柔性且電子絕緣的三維聚合物網(wǎng)絡(luò)，發(fā)展了“剛?cè)岵?jì)”的無(wú)機(jī)－有機(jī)復(fù)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(lái)說(shuō)，短路的原因，一個(gè)是固態(tài)電池材質(zhì)本身，一個(gè)是電池電流密度不均勻?qū)е碌摹！蓖鯊?qiáng)表示，“而應(yīng)對(duì)策略的原理便是用有機(jī)和無(wú)機(jī)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(bào)道提到，該研究通過(guò)闡明固態(tài)電解質(zhì)的軟短路－硬短路轉(zhuǎn)變機(jī)制及其與析鋰動(dòng)力學(xué)的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，為固態(tài)電解質(zhì)的納米尺度失效機(jī)理提供了全新認(rèn)知，為新型固態(tài)電池的開(kāi)發(fā)提供了新的理論依據(jù)。
有機(jī)—無(wú)機(jī)復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)中的穩(wěn)定鋰離子傳輸
圖源：中國(guó)科學(xué)院金屬研究所官網(wǎng)
固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程加速
今年來(lái)，我國(guó)汽車(chē)行業(yè)對(duì)于固態(tài)電池的熱情越燒越旺，從實(shí)驗(yàn)室到落地，企業(yè)已經(jīng)進(jìn)入到軍備競(jìng)賽的階段。各大主機(jī)廠、新老電池企業(yè)緊鑼密鼓搞研發(fā)、做驗(yàn)證，并陸續(xù)公布了量產(chǎn)時(shí)間。
5月17日，國(guó)軒高科宣布已建成全固態(tài)電池中試線，設(shè)計(jì)產(chǎn)能0.2GWh。據(jù)相關(guān)業(yè)務(wù)負(fù)責(zé)人現(xiàn)場(chǎng)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(kāi)啟裝車(chē)測(cè)試。
4月10日，上汽集團(tuán)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(yīng)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(cè)試項(xiàng)目打造的測(cè)試車(chē)，正式啟動(dòng)道路測(cè)試。經(jīng)測(cè)試，搭載該電池的純電EQS測(cè)試車(chē)?yán)m(xù)航里程增加25%。整套電池系統(tǒng)能量密度高達(dá)450瓦時(shí)/千克。
2月15日，中國(guó)一汽首席科學(xué)家兼研發(fā)總院（科技創(chuàng)新管理部）高端汽車(chē)集成與控制全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任王德平透露，中國(guó)一汽2014年開(kāi)始研發(fā)全固態(tài)電池，以整車(chē)需求為指引，計(jì)劃2027年進(jìn)行小批量應(yīng)用。
政策層面，早在2020年國(guó)務(wù)院發(fā)布的《新能源汽車(chē)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(diǎn)發(fā)展對(duì)象并提出加快研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。兩年后，工信部、科技部等多部門(mén)聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于推動(dòng)新能源電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》，提出加快研發(fā)固態(tài)電池儲(chǔ)能技術(shù)，加強(qiáng)固態(tài)電池標(biāo)準(zhǔn)體系研究工作，強(qiáng)化應(yīng)用領(lǐng)域的支持和引導(dǎo)。
今年2月，工信部等八部門(mén)發(fā)布《新型儲(chǔ)能制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展行動(dòng)方案》，明確將固態(tài)電池列為重點(diǎn)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(chē)標(biāo)準(zhǔn)化工作要點(diǎn)》，將固態(tài)電池寫(xiě)進(jìn)全局規(guī)劃與前瞻布局，提出要推動(dòng)制定及發(fā)布車(chē)用人工智能、固態(tài)電池等標(biāo)準(zhǔn)子體系；要加快全固態(tài)電池、動(dòng)力電池在役檢測(cè)等標(biāo)準(zhǔn)研制，不斷優(yōu)化動(dòng)力電池性能要求。
地方政府也加快對(duì)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(dòng)固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)方案（2025-2030）（征求意見(jiàn)稿）》，提到到2027年形成固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)集群、2030年實(shí)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(chǔ)能示范引領(lǐng)創(chuàng)新發(fā)展工作方案》，計(jì)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(guò)稅收優(yōu)惠、研發(fā)補(bǔ)貼等政策構(gòu)建產(chǎn)業(yè)生態(tài)。
國(guó)際方面，歐、美、日、韓等傳統(tǒng)汽車(chē)強(qiáng)國(guó)同樣高度重視全固態(tài)電池的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化。對(duì)此，中國(guó)科學(xué)院院士歐陽(yáng)明高曾“拉響警報(bào)”，雖然中國(guó)的動(dòng)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(guó)企業(yè)應(yīng)該未雨綢繆，聯(lián)合起來(lái)攻關(guān)固態(tài)電池以應(yīng)對(duì)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(qǐng)已超過(guò)4.6萬(wàn)件，其中從技術(shù)來(lái)源（專利申請(qǐng)企業(yè)所屬國(guó)別）看，全球固態(tài)電池領(lǐng)域的專利申請(qǐng)中，近37%來(lái)自日本，近30%來(lái)自中國(guó)，兩者差距進(jìn)一步縮小；而從布局市場(chǎng)（專利申請(qǐng)所在國(guó)別）來(lái)看，中國(guó)已經(jīng)趕超日本，是全球固態(tài)電池專利布局最多的市場(chǎng)，約占35%。
量產(chǎn)進(jìn)入倒計(jì)時(shí)
“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(jī)理，對(duì)于后期設(shè)計(jì)會(huì)有極大的參考價(jià)值?！蓖鯊?qiáng)告訴《中國(guó)汽車(chē)報(bào)》記者，“其實(shí)除了電池結(jié)構(gòu)本身，生產(chǎn)固態(tài)電池對(duì)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(cè)試、調(diào)整?？傮w來(lái)說(shuō)，固態(tài)電池商業(yè)化進(jìn)程還面臨諸多問(wèn)題，雖然不是一個(gè)發(fā)現(xiàn)或一篇論文就能加速的，但顯而易見(jiàn)的是，這一發(fā)現(xiàn)對(duì)加快產(chǎn)業(yè)鏈成熟度有極大助益?！?/span>
當(dāng)前，業(yè)內(nèi)對(duì)于固態(tài)電池已經(jīng)達(dá)成兩點(diǎn)共識(shí)。第一，固態(tài)電池是鋰電池的一大終極形態(tài)，有望實(shí)現(xiàn)對(duì)液態(tài)鋰電池的完全替代；第二，技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的時(shí)間在2027～2030年，固態(tài)電池將集中爆發(fā)。
中國(guó)汽車(chē)工程學(xué)會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)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(xué)問(wèn)題以及整車(chē)熱管理、整車(chē)集成等工程化與產(chǎn)業(yè)化技術(shù)難題有待進(jìn)一步突破，預(yù)計(jì)2030年可實(shí)現(xiàn)小批量裝車(chē)驗(yàn)證，2035年才有可能規(guī)?；瘧?yīng)用。
歐陽(yáng)明高則在今年初的一場(chǎng)公開(kāi)演講中提醒，從行業(yè)全局來(lái)看，要重點(diǎn)防范全固態(tài)技術(shù)路線帶來(lái)的顛覆性風(fēng)險(xiǎn)。他指出，去年6月以后，國(guó)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(shí)間明確，定于2027年左右，2030年左右完全可以量產(chǎn)。對(duì)于500Wh/kg的車(chē)用全固態(tài)電池，預(yù)計(jì)產(chǎn)業(yè)化的時(shí)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(yīng)能力，接下來(lái)需要重點(diǎn)攻克大規(guī)模生產(chǎn)工藝。
全國(guó)政協(xié)常委、經(jīng)濟(jì)委員會(huì)副主任，工業(yè)和信息化部原部長(zhǎng)苗圩在第二屆中國(guó)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(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)的三大障礙。從當(dāng)前全球固態(tài)電池研發(fā)進(jìn)展來(lái)看，量產(chǎn)技術(shù)工藝有待成熟，2027年前后實(shí)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(lán)皮書(shū)》預(yù)測(cè)，預(yù)計(jì)到2030年，全球固態(tài)電池出貨量將達(dá)到614.1GWh，全固態(tài)電池市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到172億元。在新能源汽車(chē)領(lǐng)域，預(yù)計(jì)到2030年固態(tài)電池滲透率將達(dá)到10%。
隨著有關(guān)鼓勵(lì)政策的出臺(tái)、AI智能的快速發(fā)展，以及公眾對(duì)新能源技術(shù)的認(rèn)知提高，固態(tài)電池發(fā)展正迎來(lái)前所未有的利好因素。
