全球固态电池技术研发和应用进展分析

固态电池作为一种新型高效能源存储技术，是下一代电池技术竞争的关键制高点。2024年1月以来，固态电池技术在提升续航能力和延长使用寿命方面取得突破性进展。日本大型电池企业麦克赛尔研发的圆柱形全固态电池容量超过传统陶瓷封装型电池的25倍[1]。大众旗下电池子公司PowerCo发布公告，证实Quantum Scape固态电池在完成1000次充放电循环后仍能维持95%的原始容量[2]。同时，全球首家千兆级固态锂陶瓷电池工厂在中国台湾落成[3]，是全固态电池产业化的重要里程碑。本文梳理了近期主要国家（地区）电池产业发展战略布局，并针对固态电池研发的三大技术路线，分析了其最新研发动向和产业进展。

一、主要国家（地区）固态电池研发相关规划

自2021年以来，主要国家（地区）相继推出电池产业相关战略，研发高能量密度固态电池并实现商业应用是各主要国家的战略目标之一。美国在2021年发布《锂电池2021—2030年国家蓝图》[4]，提出到2030年实现包括固态电池在内的先进电池技术的规模化生产，固态电池目标能量密度达到500瓦时每千克。日本在2022年8月更新的《蓄电池产业战略》[5]中，提出了到2030年左右实现全固态锂电池的商业化，能量密度达到500瓦时每千克，占领新一代电池市场。韩国将电池技术视为经济发展的核心驱动力之一，2021—2022年相继发布《2030二次电池产业发展战略》和《二次电池产业创新战略》[6]，设定了2026年实现车用固态电池技术商业化的目标。欧盟在2023年9月发布的《欧洲电池研发创新路线图》和第三版《电池2030+路线图》中[7]，继续将第四代固态电池材料研发（交通应用）列为2030年优先事项，并实现电堆成本控制在75欧元每千瓦时之内。我国在2021年出台的《新能源汽车产业发展规划（2021—2035）》中提出加快固态动力电池技术研发及产业化，并在2023年发布的《关于推动能源电子产业发展的指导意见》中再次强调加强固态电池等新型储能电池产业化技术攻关，推进先进储能技术及产品规模化应用。

各国政府加大研发投入加速固态电池技术及其产业化进程。欧盟通过欧洲共同利益项目下一代锂电池技术研发，在2022—2023年间额外投资了600~800万欧元（648~865万美元）用于解决固态电解质相关的科学难题[8]。日本政府通过绿色创新基金支持全固态电池的开发，2022年5月，向日产汽车和本田汽车等提供约1510亿日元(约10亿美元)资金资助，确保新型电池包括卤代电池、锌负极电池等技术优势，并完善全固态电池量产制造体系[9]。我国在“十四五”期间也通过国家重点研发计划“储能与智能电网技术”专项，部署了兆瓦时级本质安全固态锂离子储能电池的研发。

二、近期固态电池技术研究发展

目前在全球范围内，固态电池主要处于研发和小规模生产测试阶段。相比于传统锂离子电池，固态电池可简化封装、冷却系统，电芯内部为串联结构，在有限空间内进一步缩减电池重量，体积能量密度较液态锂离子电池（石墨负极）可提升70%以上（图1）。根据不同电解质类型，固态电池可分为聚合物固态电池、氧化物固态电池和硫化物固态电池三种类型。其中，聚合物电解质固态电池技术发展速度快，技术相对成熟，已率先实现了商业化应用的小规模量产。然而，该技术受到较低电导率和有限性能上限的制约，限制了其大规模应用。氧化物电解质固态电池表现出较为全面的性能优势，技术快速发展。硫化物电解质固态电池因其较高的电导率和出色的性能表现，被认为最适合用于电动汽车，商业化前景广阔。然而，后两种技术路线均面临界面稳定性差的研究难题。当前，全球主要科研机构针对电解质材料和新型正负极开展了大量研究，并取得了一些突破性进展。