How far are solid-state batteries?

2025 年，固態電池正以前所未有的熱度成為全球新能源產業的焦點。

一方面，主流的液態鋰電池技術在能量密度和安全性上逐漸逼近理論中的天花板，更多的突破集中在材料壓實密度、電芯成組效率等工程領域；另一方面，從實驗室到產業界，有關固態電池的技術突破、樣品發佈和量產時間表的消息近期接連不斷，在紛繁的概念和術語中吊起了資本市場和公眾的期待。

全固態電池（All-Solid-State Battery）是公認具有顛覆性優勢的下一代電池技術，被業界視作解決電動汽車裏程焦慮和安全焦慮的 “終極方案”。

其能量密度有望突破 600Wh/kg（瓦時每千克），是當前電池主流技術——液態鋰電池單體能量密度（200Wh/kg-300Wh/kg）的 2 倍以上；安全性也更高，能消除液態鋰電池電解質的熱失控風險。

然而，從科學理論到商業化量產的道路，遠比想象的艱難。固態電解質從材料的選型和穩定性，到高企的開發成本和高難度的製造工藝，構成了橫亙在產業化之前的 “死亡之谷”。

在當前固態電池的全球競賽中，中國企業與來自歐、美、日、韓等國的競爭對手幾乎站在同一起跑線上，均處於從科學驗證向工程驗證艱難爬坡的關鍵階段，尚無企業摸到規模商用的門檻。中國企業當中，從傳統電池企業國軒高科、欣旺達，到聚焦固態電池技術的企業清陶能源、衞藍科技，乃至車企奇瑞、上汽，都在固態電池領域積極探索，在硫化物、氧化物和聚合物等不同技術路線上多點佈局。

全固態電池在實驗室樣品階段已展示出顛覆性潛力。例如，欣旺達發佈的樣品能量密度達 400Wh/kg，奇瑞汽車展示的 “犀牛 S” 電池模組的電芯能量密度高達 600Wh/kg。還有多種停留在實驗階段的材料，能量密度突破 700Wh/kg。

而目前市場上已小規模應用的產品，大多屬於 “半固態電池”（業內也稱 “固液電池”）的範疇，單體能量密度 350Wh/kg 左右。例如，上汽智己 L6 車型裝配的電池來自清陶能源，能量密度 368Wh/kg，蔚來汽車的 150KWh 超長續航電池包的電芯來自衞藍科技，能量密度 360Wh/kg。

“全固態” 與 “半固態” 在技術上有本質差異。全固態電池是在材料、工藝和性能上對現有技術的顛覆性創新。而固液電池是基於現有液態鋰離子電池體系的改良，它在材料體系、製造工藝和設備方面高度繼承了液態鋰電池產業鏈，本質仍未脱離液態鋰電池的範疇，性能提升也相對有限。

二者之間的技術跨度巨大，但有些市場主體在宣傳中往往模糊定義或者混用。行業協會、技術專家以及有關部門都有意釐清 “固態” 和 “半固態” 的區別，其中最主流的聲音是將 “半固態電池” 規範命名為 “固液混合電解質鋰離子電池”，簡稱 “固液電池”。此舉意在將這一類電池與真正的固態電池進行明確區分，避免借固態電池概念過度炒作。

規範命名也是為當前火熱的市場情緒降温。今年以來，固態電池領域的技術突破、樣品發佈和新進展披露接連不斷，將市場熱度推向新的高度。2025 年 10 月，有關固態電池的重大新聞頻繁見諸報端。

密集的進展推高了市場對固態電池的關注度，互聯網金融服務機構東方財富發佈的固態電池指數（BK0968），從 2025 年 4 月 9 日的低點 1288 點一路上漲到 10 月 9 日的高點 2426 點，在半年內幾乎翻倍。但當前市場在狂熱之餘，普遍輕視了實驗成果與商業化之間的巨大鴻溝。

01 固態電池技術 “進度條”

為了評價固態電池當前的發展水平，業內引入了美國國家航空航天局（NASA）在 20 世紀 70 年代開發的 “技術就緒等級”（Technology Readiness Level,TRL），它是全球多個科技與工業組織評估各類技術成熟度的通用工具。它把一項技術從實驗室到量產過程的成熟度劃分為 1 到 9 個等級，分屬科學驗證、工程驗證和商業驗證三大階段。

按照這一分級標準，固態電池技術距離成熟量產還有不小差距。而近期科研界和市場中的各項進展，也可據此定位發展階段。

中國科學院研究團隊發表的兩項研究成果（TRL2-TRL3）都是基礎科學層面的重大突破，成果發表在頂級學術期刊上，證明了其科學原理。但目前這些突破只限於已驗證的科學概念，尚未被整合進電芯產品設計中。

美國 Quantum Scape 公司最新的 QSE-5 電芯樣品（TRL5-TRL6）在 2025 年三季度開始向其合作伙伴交付，用於裝車測試。在 9 月舉行的慕尼黑車展上，這一電芯樣品裝在一款摩托車上做了現場演示。完成原型電芯、在相關環境（摩托車和汽車）中測試、設計製造工藝和建設中試線等幾項都是 TRL5-TRL6 階段的主要任務。然而，這些都仍然停留在樣品階段，而非大規模生產的商品。

欣旺達發佈的固態電池（TRL5-TRL6）能量密度達 400Wh/kg，並計劃在 2025 年底前建成一條 200MWh（兆瓦時）的中試生產線。和 Quantum Scape 類似，當前處在原型測試和中試線驗證階段。

奇瑞汽車的固態電池模組原型 “犀牛 S”（TRL4-TRL5）宣稱的能量密度可達 600Wh/kg，並通過了多項極端安全測試，包括鑽孔、鋼針穿刺、50% 的擠壓變形甚至浸水等，未發生熱失控現象。在受控實驗室環境中進行樣品驗證，是 TRL4-TRL5 的典型階段。而奇瑞計劃在 2027 年進行裝車測試，則是進入 TRL6 階段的標誌。

國軒高科的 “金石” 固態電池（TRL7）200MWh 的中試線已經貫通，並且良率穩定在 90%。搭載 “金石” 固態電池樣品的測試車已經完成超過 1 萬公里的行駛里程。中試線貫通和長距離實車路測是進入 TRL7 階段的標誌。表明它已在實際運行環境中進行了成功的測試和數據收集，不是僅停留在中試線上的樣品。

不過需要指出的是，該電池沒有選擇金屬鋰負極這種能量密度最高、挑戰也更大的方案，而是採用 “硫化物電解質 + 高鎳正極 + 硅負極” 這一現階段量產挑戰較低的組合。最終電芯的能量密度為 350Wh/kg，雖然比三元和磷酸鐵鋰電池進步明顯，但和固液電池相比並無優勢。

當前全球範圍內尚未有一家公司的全固態電池進入商業驗證階段。各公司提出的時間表，如豐田的 2027 年-2028 年、奇瑞的 2027 年，所説的都是進入 TRL7/TRL8 階段，即在真實環境中進行原型測試和系統驗證的時間點，而非完成 TRL9，即實現全面商業化部署的時間。因此寧德時代、比亞迪等電池行業龍頭都對固態電池的高熱度保持謹慎，技術研發上持續加大投入，比如寧德時代的固態電池研發團隊已經超過千人，但在規模量產銷售的時間表上，都預期不會早於 2030 年。

02 液態鋰電池的 “量產長征”

在評估固態電池的前景時，人們往往在與上一個具有里程碑意義的技術作對比，缺乏從 “發明到商業化” 過程的實際感知。回顧液態鋰電池的發展史，常被簡化為：20 世紀七八十年代的諾貝爾獎級科學突破、索尼在 1991 年的成功量產，以及自 2010 年開始的電動車浪潮。

這種敍事方式忽略了液態鋰電池從實驗室發現到量產，再從量產到今天的這幾十年間，科學家和工程師為工程優化和製造工藝革新付出的努力，以及整個電池產業鏈為降低成本付出的代價。

早期的鋰電池因製造工藝複雜、原材料昂貴，1991 年量產時的價格一度高達 7500 美元/KWh（千瓦時）。在 30 多年後的今天，價格已下降到不足 100 美元/KWh，這個過程並非一蹴而就，而是保持大額投資、生產規模擴張、工藝控制持續優化，以及材料利用率和生產良率不斷提升的結果。

安全性同樣經歷了漫長的進化。早期鋰電池存在嚴重的安全隱患，尤其是熱失控問題。整個行業花費了數十年，才逐步建立起完整的安全體系、嚴苛的測試協議和行業標準，得以在消費電子、汽車和儲能領域大規模應用。這是一個被動的、往往由重大安全事件驅動的進化過程，背後既有研究人員的努力，也有慘痛的代價。

與此同時，全球供應鏈還需要從零開始，構建電池級鋰、鈷、鎳、石墨和隔膜等關鍵材料，並且至今仍在面臨資源開採和地緣政治環境的多重挑戰。

液態鋰電池產業的發展歷程表明，對成本降低和可靠性提升影響最為深刻的階段，往往發生在首次商業化之後。固態電池的真實成本和性能，只有在經歷艱難的批量生產爬坡後才會顯露。

當前對固態電池的成本預測，也大多基於實驗室規模的工藝和理想化假設。然而從液態鋰電池的經驗看，真實世界的製造成本主要取決於良率、生產效率和設備折舊等因素——這些，對於當前固態電池的階段而言都仍是未知數。

03 已知與未知的挑戰

固態電池能否通過工程驗證和商業驗證，很大程度上取決於其核心材料——固態電解質的技術路線取得的突破。目前，行業普遍聚焦於三大主流技術路線，即硫化物、氧化物和聚合物，各自面臨着不同方向上的嚴峻挑戰。

硫化物路線的優勢在於擁有最高的室温離子電導率，與液態電解質相當。但挑戰也同樣巨大：它對空氣和水分極其敏感，遇濕反應生成劇毒硫化氫氣體，因此必須為製造過程提供濕度極低的乾燥環境，同時成品電池的密封防水要求也更苛刻，成本高昂。與電極材料的界面反應活躍，需要開發複雜的界面技術控制反應過程。另外，關鍵原材料硫化鋰（Li2S）價格昂貴，供應鏈尚無配套。

氧化物路線的優勢在於出色的熱穩定性與化學穩定性。挑戰主要是：材料本身質地堅硬且脆，難以被加工成大規模生產所需的超薄、無缺陷的電解質膜片。通常需要經過近 1000 攝氏度的高温燒結，是個高耗能、高成本的過程，且難以與正極材料兼容。剛性的物理特性導致其與電極之間難以形成緊密接觸，產生很大的界面電阻，導致電池充放電性能差。

聚合物路線最顯著的優勢是易於製造，能夠兼容部分現有生產工藝。挑戰在於性能上限低，即室温下的離子電導率低，通常需要將電池加熱至 60 攝氏度以上才能正常工作。另外聚合物當前對高電壓正極兼容性差，因而能量密度提升空間有限。

除了這些已知的挑戰，液態鋰電池數十年的發展歷程表明，許多重大的工程挑戰不是靠事前分析可以預見的。諸如電極漿料的流變性控制、塗布的均勻性、電極的開裂問題、生產過程中的微粒污染控制，以及焊接可靠性等，這些問題只有在高速、大批量的連續生產中才會逐步顯現。解決這些問題需要巨大的資本投入和頂尖的工程技術。而在科學之外，商業驗證方面也充滿了不確定性——好產品卻不好賣，這在科技產業中並不罕見。

目前，固態電池的熱度主要集中在科學驗證層面（TRL1-TRL3），一系列的關鍵突破在實驗室層面逐步攻克正負極接觸界面、材料路線等科學問題，已有顯著成果。

而工程驗證（TRL4-TRL7）正開始起步，少數領先企業已經生產出原型樣品並規劃中試線，但這也是一項技術的商業化進程中最艱難、最漫長的階段，被稱為技術商業化過程中的 “死亡之谷”，充滿了大量的工程難題和不確定性。

至於商業驗證（TRL8-TRL9），目前沒有一家公司的全固態電池進入到這個階段。成本、良率、可靠性和供應鏈等實現商業化所必需的條件仍遠未具備。

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