“期望越大，失望越大”，这句话在当下固态电池的讨论中显得格外贴切。随着新能源汽车市场的蓬勃发展，固态电池作为下一代电池技术的热门候选，频繁出现在公众视野中，每一次技术突破的报道都引发无数期待，可当我们冷静审视，会发现其中既有令人振奋的潜力，也有不容忽视的现实挑战。
要理解固态电池，先得从电池的基本结构说起。锂电池构造并不复杂，正极采用钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和三元材料（镍钴锰酸锂）等含锂化合物，负极常见材料是石墨以及新兴的硅基材料。正负极之间，电解质负责传输锂离子，隔膜则防止正负极短路。充电时，外界电压驱使正极锂离子经电解质、隔膜嵌入负极，电子经外部线路从负极流向正极；放电时，锂离子从负极返回正极，电子经外部线路从正极流出形成电流。固态电池和液态电池在底层原理上并无本质差异，区别主要在于电解质形态。液态电池使用液态电解质，多为“锂盐 + 有机溶剂”配方；固态电池则采用固体材料，有硫化物、氧化物、凝聚态等不同技术路线，二者差异根源在于微观尺度下电解质形态的不同影响。
液态电池中，正负极浸泡在液态电解质里，电极被电解液充分浸润，锂离子通道畅通，因此具备较高的“倍率性能”，充电速度快、放电功率大。但也正因如此，电极和电解液持续反应，限制了电极材料选择。例如，锂金属负极能量密度高，却会与电解液持续反应，只能选用稳定性强但能量密度低得多的石墨负极。液态电解质中的有机溶剂是危险化学品，电池热失控时，110度左右石墨负极与电解液反应，150度左右隔膜融化短路，温度急剧升高，有机溶剂分解出易燃易爆气体，正极材料高温下分解释放大量氧，极易引发剧烈燃烧甚至爆炸，这也是液态电池安全性受质疑的原因之一。
固态电池则相反，固态正负极与固态电解质是“点接触”，无法形成液态的“面接触”，锂离子通道受阻，固 - 固界面阻抗高。不过，这种结构也有好处，电解质和电极界面反应不活跃，能使用多种高性能材料，理论上能量密度可大幅提升。但缺点同样明显，不借助加压等技术手段，固体电解质和电极接触不良，倍率性能不佳，充电速度和放电功率受限，且固态电解质离子电导率低于电解液，离子迁移不畅。不过在安全性方面，固态电池优势突出，无需电解液，氧化物电解质和凝聚态电解质耐高温性能优异，氧化物电解质甚至能在600度高温下保持稳定。
固态电池真正无可替代的优势，并非安全性，而是极高的能量密度潜力及随之而来的经济性。液态电池能量密度极限约为300wh/kg，常见三元锂电池约200wh/kg，磷酸铁锂仅120wh/kg；而固态电池300wh/kg只是入门，400wh/kg是行业普遍水平，宁德时代和比亚迪等巨头正冲击500wh/kg。以获得一度电为例，液态电池方案需5公斤三元锂电池或8公斤多磷酸铁锂电池，固态电池方案仅需2公斤多。当前纯电汽车动力电池多达100度，液态电池包重量达500kg甚至1吨多，续航约700km，但电池增大使车辆自重增加，影响底盘、悬架、操控性和安全性，边际效应导致收益降低。若采用固态电池，100度电池包重量仅200多公斤，若重量堆至1吨多，可获得500度超级电池，按百公里18度电能耗计算，续航超2700公里，里程焦虑将不复存在。
然而，固态电池目前面临的最大难题是成本。从生产成本看，磷酸铁锂电芯成本已压至0.4元/wh，高端三元锂电芯成本约0.8元/wh，部分企业甚至做到0.25元/wh；而固态电池成本高昂，最便宜的也达1.5元/wh，较贵的达5元/wh。以50度电池包为例，液态方案生产成本4 - 5万元，对应车价12 - 15万元；固态方案最便宜也要7 - 8万元，对应车价21 - 24万元。若打造500度超级电池，固态电池包最便宜也要75万元，车价将达300万 - 400万元，如此高昂的价格，显然难以被市场接受。
固态电池成本居高不下，涉及工艺、技术和管理等多方面问题，归根结底是市场发展阶段问题。原材料方面，固态电解质生产成本高，电解液价格低廉，而聚合物电解质PEO、氧化物电解质LLZO每公斤价格成千上万，硫化物电解质（锂磷硫氯）更是接近4万元/公斤。良品率上，液态电池成熟稳定，固态电池良品率普遍不到70%，大量原材料和工时被残次品浪费。工艺上，液态电池产线设备和工程师资源丰富，固态电池为解决界面阻抗需等静压设备，硫化物生产要求绝对干燥乃至惰性气体环境。订单量方面，固态电池因成本高、制造讲究、良品率低，订单量有限，难以形成规模效应。宁德时代和比亚迪虽布局固态电池，但在成熟、廉价的液态电池占据市场的情况下，改造、新建产线生产固态电池动力不足。
回顾液态电池成本降低历程，或许能为固态电池提供借鉴。2010年，液态电池一度电价格高达1200多美元，2021年降至130美元/度。这得益于消费电子行业的推动，手机、平板电脑等高价值产品对电池成本不敏感，在2005 - 2012年消费级锂电池导入期，电芯价格从1美元/wh降至0.5美元/wh；2012 - 2015年智能手机高速增长期，电芯价格继续降至0.3美元/wh及更低。2015年前后，电池价格下降促使大量新能源品牌涌现。因此，固态电池若想降低成本，可先从无人机、手机、平板等对电池价格不敏感的领域入手。但如今手机行业增量放缓，厂商注重降本增效，固态电池在此领域求生也面临挑战。
尽管固态电池发展面临诸多难题，但近期技术突破带来希望。10月7日，新华社消息称，中科院物理所黄学杰团队联合华中科技大学、中科院宁波材料技术与工程研究所科研团队，开发出阴离子调控技术，解决了固态电解质和电极间的界面难题，不仅降低“界面阻抗”，还延长电池寿命，几百次循环后性能稳定，远超行业平均水平。中国作为世界头号消费电子生产国和新能源汽车生产国，需求旺盛，固态电池未来能否突破困境，值得期待 。
