固态电池是什么？一文看懂，核心秘密

提起固态电池，你是否对它的概念懵懂不清，甚至毫无认知？别急，今天这篇文章，就带你全方位认识固态电池，解开你的疑惑。

固态电池，全称是全固态金属锂电池，它是一种使用固体电极和固体电解质的电池，内部完全不存在液体，由无机物或有机高分子固体作为电池的电解质，取代了传统液态锂电池中的电解液和隔膜。

而市面上，也存在半固态电池。其电极液的含量为5%-10%；传统液态电池，液体含量通常为25%，而全固态电池将完全使用固态电解质，液体含量将降为0%，本期讨论的是全固态电池。

一、组成对比

传统液态锂电池主要由正极材料、负极材料、电解液和电池隔膜四部分组成；而全固态锂电池电池，核心是将电解液+隔膜都替换为固态电解质。

正极从高镍升级到了超高镍、镍锰酸锂、富锂锰基等正极；负极从石墨体系升级到预锂化的硅基负极、锂金属负极；能量密度可达500Wh/kg。

二、固态的优缺点

固态电池在安全性、能量密度和集成性方面均优于传统液态电池。缺点是产量成本和产业化不及液态电池。

（1）高安全性：固态电池采用固体电解质代替液态电解液，显著提高了热稳定性；液态电解液的热分解温度通常低于160℃，而固态电解质如氧化物的热分解温度可超过500℃，大大降低了电池热失控的风险。

（2）其次是高比能，能量密度：固态电池的电化学窗口高于5V，远高于液态电池的4.4V以下，这使得它能够适配高比能的正负极材料，提升能量密度。与锂负极搭配时，固态电池的比能量有望达到500Wh/kg，有助于解决新能源汽车的续航焦虑。

（3）易成组，固态电池无需使用隔膜，内部为串联结构，简化了系统集成，降低了成本。

（4）产业化阶段&量产成本：固态电池目前处于样品或中试阶段，预计2027年以小规模量产，2030年后商业化；量产初期成本（电芯+Pack）为1-3元；而液态电池应用成熟、大规模量产，持续优化，量产成本上三元约 0.6-0.8 元/Wh，磷酸铁锂约 0.4-0.6 元/Wh。

三、固态电池三种技术路径

固态电解质主要分硫化物、氧化物、聚合物等三大技术路径：

其中，硫化物路线材料成本高、制造成本低、能量密度上限最高；聚合物路线材料成本低、制造难度大，能量密度上限较低；氧化物路线材料成本、制造成本、能量密度上限居中。

根据EVTank统计，全球固态电池企业选择硫化物的占比为38%，选择氧化物的占比为32%，选择聚合物的有22%。

（一）聚合物–中低性能电池

聚合物电解质材料主要基于有机物，具有较好的柔性和成膜性，容易加工，能够适应复杂的电池结构，同时与现有的电解液生产设备、工艺都比较兼容，对负极界面的相容性较好。

其缺点包括：

（1）离子电导率太低，需要加热到 60℃高温才能正常充放电；

（2）化学稳定性较差，无法适用于高电压的正极材料，在高温下也会发生起火燃烧的现象；

（3）电化学窗口窄，电位差太大时（>4V）电解质易被电解，使得聚合物的性能上限较低。

因此，聚合物电解质路线虽然技术较为成熟，最早推进商业化应用，但更多用于对成本和柔性有要求的中低性能电池，或通过与其他材料复合以“取长补短”。

（二）氧化物–半固态电池

氧化物材料具有良好的化学稳定性和机械强度，离子电导率比聚合物更高，热稳定性高达 1000℃，可以在高压环境下保持稳定，能够有效提升电池的长寿命和安全性，因此成为混合固液电池（半固态电池）的理想选择。

其缺点：

（1）相对于硫化物，其离子电导率偏低，使得氧化物固态电池在性能提升过程中会遇到容量、倍率性能受限等一系列问题；

（2）氧化物非常坚硬，导致固态电池存在刚性界面接触问题，与正极复合接触效果差，在简单的室温冷压情况下，电池的孔隙率非常高，可能导致电池无法正常工作。一般通过掺杂、复合等技术手段改性氧化物材料，以解决界面问题。

当前，氧化物路线主要是作为全固态的过渡方案，主要用于半固态电池。

（三）硫化物–最理想场景

硫化物材料是固态电解质中离子电导率最高的材料，能够极大提升全固态电池的整体导电性，机械性能好，并且电化学稳定窗口较宽（5V 以上），工作性能表现优异，被视为理论上最理想的固态电解质材料。

其缺点：

（1）界面不稳定，容易与正负极材料发生副反应，造成界面高阻抗，导致内阻增大；

（2）在制备工艺层面，硫化物固态电池的制备工艺比较复杂，且硫化物容易与空气中的水、氧气反应产生硫化氢（H₂S）剧毒气体。

硫化物电解质最大优势在于高导电率、高热稳定性，最适用于电动车，商业化潜力大。

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