作為動力電池未來技術路線中難度較大的一種，寶馬、大眾、豐田等車企押注多年的全固態電池究竟何時能順利商業化量產，一直廣受業內外關注。

在5月13日于江西新余召開的2023中國（新余）鋰電新能源材料科技大會上，加拿大國家工程院院士、加拿大皇家科學院院士張久俊對澎湃新聞記者表示，“未來五年內全球全固態電池的商業化可能會有些難度，但十年內商業化量產沒有問題。”

張久俊院士在會議演講中，澎湃新聞記者森寧拍攝

在此次大會作的《高能固態鋰電池及復合電解質的發現、現狀、挑戰、展望》報告中，張久俊指出，發展固態電池是提高電池能量密度和改善電池安全性的有效策略。    

通常認為，固態鋰電池是一種采用固體電極和固體電解質的鋰離子電池，不使用有機電解液和塑料類高分子隔膜，電池負極未來可以用鋰金屬替代石墨和硅作為原材料。

在張久俊看來，目前，傳統主流的液態鋰離子電池面對著十大挑戰，分別包括能量密度、功率密度、安全特性、循環壽命、日歷壽命、自放電、快充性能、溫度范圍、資源環境、成本等。“其中能量密度和安全性是研發最關注的指標，被認為是技術更新換代的標志。”張久俊說。

除了安全性能高、能量密度高（使用鋰金屬作為負極能量密度能達到500Wh/Kg），固態電池的優點還包括熱穩定性好（溫度范圍更廣），結構緊湊，易于組裝。

實際上，近年來諸多國際主流車企和電池企業一直不遺余力地支持固態電池研發。今年早些時候，日本汽車制造商日產（Nissan）宣布，日產研發的全固態電池和現在的液體電解液鋰離子電池相比，成本會降低50%，能量密度提高1倍，并且可提供比現在電池快3倍的充電速度。日產計劃在2025年建立并運行全固態電池試點生產廠，2028年首次應用在汽車上，逐步實現量產。

大眾集團投資了固態電池初創公司QuantumScape，并在2021年稱，預計固態電池投入使用的時間將在2025年。寶馬集團則與初創公司Solid Power公司合作，第一輛采用全固態電池的寶馬原型車計劃2025年之前推出，2030年之前將實現全固態電池的量產。

就在上個月的上海國際車展上，全球動力電池龍頭寧德時代發布了全新一代凝聚態電池，并宣布將于年內量產，用于載人航空和新能源汽車。電池使用了高動力仿生凝聚態電解質，高比能正極，新型負極和電池隔膜，能量密度達到了500WH/kg。在業內看來，寧德時代的凝聚態電池被認為是介于液態電解質和全固態電解質電池之間的一種路線。

而國內的電池企業中，除了寧德時代，贛鋒鋰業的使用鋰金屬負極固態電池樣品能量密度可達到400Wh/Kg，已經通過了針刺等嚴苛安全測試。公司正在重慶建設20GWh的全國最大的固態電池基地，生產半固態電池產品，已和多家車企達成合作，將在多款車型上實現裝車運營。

此外，國內固態電池的積極參與者還有蔚來汽車、孚能科技、清陶能源、國軒高科、天齊鋰業、輝能科技等，目前產品多為含有部分液態電解質的半固態電池，大部分還在實現量產落地裝車的進程中。

復合固態電解質材料可成為新方向

在張久俊看來，固態電池的發展趨勢，仍然是液態電解質含量逐步下降，最終實現電解質的全固態。

不過，可以看到，受技術和成本的制約，固態電池的量產仍然存在挑戰。張久俊指出，固態電池的挑戰是離子電導率一般較低，電極/電解質界面接觸，部分材料成本相對較高。

其大規模發展要求電解質材料具有高離子導電性、高離子遷移數、寬電化學窗口、機械強度高、熱穩定性好，與電極接觸良好等性能。

據介紹，目前全球主流的固態電解質材料路線主要有三種，例如，Solid Power、SEE選擇的是聚合物固態電解質路線，松下、本田、豐田、三星、寶馬、寧德時代選擇的是硫化物固態電解質路線，QuantumScape、贛鋒鋰業、清陶能源、大眾、LG新能源選擇的是其中氧化物電解質路線。

但張久俊認為，單組分固態電解質的性能參數目前看來各有優劣，很難達到電池性能要求，例如“聚合物固態電解質的缺點是離子電導率低，氧化電壓低；氧化物固態電解質的主要缺點是界面接觸差；硫化物固態電解質的主要缺點是易氧化，水汽敏感。”張久俊說。

基于此，張久俊提出，使用復合固態電解質將成為解決固態電池缺點的有效解決方案。具體而言，四類主要的復合固態電解質包括了無機填充復合固態電解質、二維層狀結構復合固態電解質、三位連續結構復合固態電解質以及開放骨架機構復合固態電解質。

以零維無機顆粒填充復合固態電解質為例，零維顆粒無極材料填充于聚合物中可形成復合固態電解質，相對于單相固態電解質材料，所形成的復合固態電解質的室溫離子導電率提高了幾十倍到上百倍。

張久俊院士在會議演講中，澎湃新聞記者森寧拍攝

張久俊告訴澎湃新聞記者，“無機顆粒填充復合固態電解質目前來看可能發展最快，同時成本最低。”

盡管目前業內對于固態電池的商業化前景仍然充滿了爭議，但張久俊表示出了對固態電池前景的看好。“固態鋰電池的進一步開發是實現電動汽車電池安全性高、長循環壽命、高能量密度目標的必要策略。提高能量密度、功率密度、壽命、安全性仍然是固態電池開發的研究重點，而探索低成本的高性能電極、固態電解質材料是關鍵因素。”張久俊說。