被视为电动车和储能系统(ESS)下一代方案的全固态电池,商用化竞争正在升温。相比现有锂离子电池,全固态电池在能量密度、充电速度和安全性方面被寄予厚望,但要真正走向大规模市场,量产能力和成本控制仍是两道绕不开的门槛。
MIT Technology Review 本月21日刊文称,全固态电池以固态陶瓷或聚合物材料取代锂离子电池中的液态电解质。这一技术路线有望降低起火风险,同时提升能量密度并缩短充电时间,因此长期被视为下一代电池的重要方向。
不过,制约全固态电池商业化的代表性技术难题之一,仍是枝晶问题。采用锂金属负极的电池在充电过程中,可能形成树枝状锂沉积;一旦枝晶穿透电解质,电池内部就可能发生短路。固态电解质原本被视为阻挡枝晶的物理屏障,但实际测试显示,枝晶仍可能沿材料裂纹扩展。
除技术挑战外,量产同样是产业化必须跨过的一关。全固态电池制造需要大规模生产低缺陷率的陶瓷薄片,而部分电解质材料又容易与水发生反应,这意味着生产过程必须在严格控湿的干燥环境下进行。业内普遍预计,要到2030年代中期,全固态电池成本才有望接近现有锂离子电池包水平。
在这一背景下,美国全固态电池企业 QuantumScape 近日强调,公司已经具备推进商业化所需的关键制造技术。作为一家获得 Bill Gates 投资的企业,QuantumScape 长期聚焦与锂金属兼容的陶瓷类固态电解质研发,目标之一正是解决枝晶问题。
QuantumScape 联合创始人兼首席技术官 Tim Holme 表示,公司“用了10年时间,掌握了让该材料满足其他所有要求的加工方法”。
QuantumScape 在2025年公开了一套自研制造流程,用于快速生产并热处理全固态电池所需的陶瓷电解质。Tim Holme 表示,“在陶瓷领域,这种方式此前没人做过。”按其说法,传统陶瓷制造通常需要数天,而这套流程可将时间缩短至数分钟。不过,这样的生产效率能否在大规模量产中持续保持,仍有待验证。
整车厂和电池企业也在加快布局。Toyota 自2010年起就开始研究全固态电池,并与日本材料企业 Idemitsu Kosan 推动建设试点生产设施。Toyota 预计,搭载全固态电池的车辆可在10分钟内完成充电,续航里程最高可达745英里。
中国电池企业 CATL 也在加速相关研发。报道称,CATL 于2024年向全固态电池研究项目投入约26亿美元。去年秋季,Mercedes-Benz 在一辆 EQS 轿车上搭载全固态电池并进行测试行驶。相关报道称,该车行驶750英里后仍保有继续行驶的剩余电量。不过,由于各家企业的技术路线和测试条件不同,仅凭续航数据仍难以直接横向比较性能。
也有观点认为,全固态电池的早期市场未必首先来自电动车。车用电池市场规模虽然庞大,但如果制造成本过高,可能直接推升整车售价。与此同时,随着数据中心用电需求上升,电网侧储能市场也被看好扩大;但若新技术成本高于现有电池方案,就必须在成本和寿命方面展现出足够明确的优势。若能实现长时供电能力,其应用空间还有望进一步打开。
基于这一现实,部分企业正将早期目标市场锁定在对成本敏感度较低、需求规模相对较小的航空和军工领域。加州的 Solid Energize 和亚利桑那的 Sion Power,都是尝试切入相关市场的案例。
BloombergNEF 电池技术与供应链部门分析师 Evelina Stoikou 表示,这些领域“对成本不那么敏感,通常所需数量也更少”,也是一种“先验证概念、筹集试点工厂资金,最终再放大规模的有效路径”。
整体来看,全固态电池正从实验室验证阶段,转向量产工艺和早期客户开拓阶段。但在实验室证明性能,与实现稳定品质的大规模制造,仍是两件完全不同的事。谁能率先提升制造良率、压低生产成本,并具备与现有锂离子电池直接竞争的能力,谁才更有可能在这场商用化竞赛中占得先机。