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科学验证火热、工程验证起步、商业验证尚未开始——固态电池技术距离成熟量产还有不小差距
文|《财经》研究员 尹路
编辑|黄凯茜
2025年，固态电池正以前所未有的热度成为全球新能源产业的焦点。
一方面，主流的液态锂电池技术在能量密度和安全性上逐渐逼近理论中的天花板，更多的突破集中在材料压实密度、电芯成组效率等工程领域；另一方面，从实验室到产业界，有关固态电池的技术突破、样品发布和量产时间表的消息近期接连不断，在纷繁的概念和术语中吊起了资本市场和公众的期待。
全固态电池（All-Solid-State Battery）是公认具有颠覆性优势的下一代电池技术，被业界视作解决电动汽车里程焦虑和安全焦虑的“终极方案”。
其能量密度有望突破600Wh/kg（瓦时每千克），是当前电池主流技术——液态锂电池单体能量密度（200Wh/kg-300Wh/kg）的2倍以上；安全性也更高，能消除液态锂电池电解质的热失控风险。
然而，从科学理论到商业化量产的道路，远比想象的艰难。固态电解质从材料的选型和稳定性，到高企的开发成本和高难度的制造工艺，构成了横亘在产业化之前的“死亡之谷”。
在当前固态电池的全球竞赛中，中国企业与来自欧、美、日、韩等国的竞争对手几乎站在同一起跑线上，均处于从科学验证向工程验证艰难爬坡的关键阶段，尚无企业摸到规模商用的门槛。中国企业当中，从传统电池企业国轩高科、欣旺达，到聚焦固态电池技术的企业清陶能源、卫蓝科技，乃至车企奇瑞、上汽，都在固态电池领域积极探索，在硫化物、氧化物和聚合物等不同技术路线上多点布局。
全固态电池在实验室样品阶段已展示出颠覆性潜力。例如，欣旺达发布的样品能量密度达400Wh/kg，奇瑞汽车展示的“犀牛S”电池模组的电芯能量密度高达600Wh/kg。还有多种停留在实验阶段的材料，能量密度突破700Wh/kg。
而目前市场上已小规模应用的产品振兴资本，大多属于“半固态电池”（业内也称“固液电池”）的范畴，单体能量密度350Wh/kg左右。例如，上汽智己L6车型装配的电池来自清陶能源，能量密度368Wh/kg，蔚来汽车的150KWh超长续航电池包的电芯来自卫蓝科技，能量密度360Wh/kg。
“全固态”与“半固态”在技术上有本质差异。全固态电池是在材料、工艺和性能上对现有技术的颠覆性创新。而固液电池是基于现有液态锂离子电池体系的改良，它在材料体系、制造工艺和设备方面高度继承了液态锂电池产业链，本质仍未脱离液态锂电池的范畴，性能提升也相对有限。
二者之间的技术跨度巨大，但有些市场主体在宣传中往往模糊定义或者混用。行业协会、技术专家以及有关部门都有意厘清“固态”和“半固态”的区别，其中最主流的声音是将“半固态电池”规范命名为“固液混合电解质锂离子电池”，简称“固液电池”。此举意在将这一类电池与真正的固态电池进行明确区分，避免借固态电池概念过度炒作。
规范命名也是为当前火热的市场情绪降温。今年以来，固态电池领域的技术突破、样品发布和新进展披露接连不断，将市场热度推向新的高度。2025年10月，有关固态电池的重大新闻频繁见诸报端。
密集的进展推高了市场对固态电池的关注度，互联网金融服务机构东方财富发布的固态电池指数（BK0968），从2025年4月9日的低点1288点一路上涨到10月9日的高点2426点，在半年内几乎翻倍。但当前市场在狂热之余，普遍轻视了实验成果与商业化之间的巨大鸿沟。
固态电池技术“进度条”
为了评价固态电池当前的发展水平，业内引入了美国国家航空航天局（NASA）在20世纪70年代开发的“技术就绪等级”（Technology Readiness Level，TRL），它是全球多个科技与工业组织评估各类技术成熟度的通用工具。它把一项技术从实验室到量产过程的成熟度划分为1到9个等级，分属科学验证、工程验证和商业验证三大阶段。
按照这一分级标准，固态电池技术距离成熟量产还有不小差距。而近期科研界和市场中的各项进展，也可据此定位发展阶段。
中国科学院研究团队发表的两项研究成果（TRL2-TRL3）都是基础科学层面的重大突破，成果发表在顶级学术期刊上，证明了其科学原理。但目前这些突破只限于已验证的科学概念，尚未被整合进电芯产品设计中。
美国Quantum Scape公司最新的QSE-5电芯样品（TRL5-TRL6）在2025年三季度开始向其合作伙伴交付，用于装车测试。在9月举行的慕尼黑车展上，这一电芯样品装在一款摩托车上做了现场演示。完成原型电芯、在相关环境（摩托车和汽车）中测试、设计制造工艺和建设中试线等几项都是TRL5-TRL6阶段的主要任务。然而，这些都仍然停留在样品阶段，而非大规模生产的商品。
欣旺达发布的固态电池（TRL5-TRL6）能量密度达400Wh/kg，并计划在2025年底前建成一条200MWh（兆瓦时）的中试生产线。和Quantum Scape类似，当前处在原型测试和中试线验证阶段。
奇瑞汽车的固态电池模组原型“犀牛S”（TRL4-TRL5）宣称的能量密度可达600Wh/kg，并通过了多项极端安全测试振兴资本，包括钻孔、钢针穿刺、50%的挤压变形甚至浸水等，未发生热失控现象。在受控实验室环境中进行样品验证，是TRL4-TRL5的典型阶段。而奇瑞计划在2027年进行装车测试，则是进入TRL6阶段的标志。
国轩高科的“金石”固态电池（TRL7）200MWh的中试线已经贯通，并且良率稳定在90%。搭载“金石”固态电池样品的测试车已经完成超过1万公里的行驶里程。中试线贯通和长距离实车路测是进入TRL7阶段的标志。表明它已在实际运行环境中进行了成功的测试和数据收集，不是仅停留在中试线上的样品。
不过需要指出的是，该电池没有选择金属锂负极这种能量密度最高、挑战也更大的方案，而是采用“硫化物电解质+高镍正极+硅负极”这一现阶段量产挑战较低的组合。最终电芯的能量密度为350Wh/kg，虽然比三元和磷酸铁锂电池进步明显，但和固液电池相比并无优势。
当前全球范围内尚未有一家公司的全固态电池进入商业验证阶段。各公司提出的时间表，如丰田的2027年-2028年、奇瑞的2027年，所说的都是进入TRL7/TRL8阶段，即在真实环境中进行原型测试和系统验证的时间点，而非完成TRL9，即实现全面商业化部署的时间。因此宁德时代、比亚迪等电池行业龙头都对固态电池的高热度保持谨慎，技术研发上持续加大投入，比如宁德时代的固态电池研发团队已经超过千人，但在规模量产销售的时间表上，都预期不会早于2030年。
液态锂电池的“量产长征”
在评估固态电池的前景时，人们往往在与上一个具有里程碑意义的技术作对比，缺乏从“发明到商业化”过程的实际感知。回顾液态锂电池的发展史，常被简化为：20世纪七八十年代的诺贝尔奖级科学突破、索尼在1991年的成功量产，以及自2010年开始的电动车浪潮。
这种叙事方式忽略了液态锂电池从实验室发现到量产，再从量产到今天的这几十年间，科学家和工程师为工程优化和制造工艺革新付出的努力，以及整个电池产业链为降低成本付出的代价。
早期的锂电池因制造工艺复杂、原材料昂贵，1991年量产时的价格一度高达7500美元/KWh（千瓦时）。在30多年后的今天，价格已下降到不足100美元/KWh，这个过程并非一蹴而就，而是保持大额投资、生产规模扩张、工艺控制持续优化，以及材料利用率和生产良率不断提升的结果。
安全性同样经历了漫长的进化。早期锂电池存在严重的安全隐患，尤其是热失控问题。整个行业花费了数十年，才逐步建立起完整的安全体系、严苛的测试协议和行业标准，得以在消费电子、汽车和储能领域大规模应用。这是一个被动的、往往由重大安全事件驱动的进化过程，背后既有研究人员的努力，也有惨痛的代价。
与此同时，全球供应链还需要从零开始，构建电池级锂、钴、镍、石墨和隔膜等关键材料，并且至今仍在面临资源开采和地缘政治环境的多重挑战。
液态锂电池产业的发展历程表明，对成本降低和可靠性提升影响最为深刻的阶段，往往发生在首次商业化之后。固态电池的真实成本和性能，只有在经历艰难的批量生产爬坡后才会显露。
当前对固态电池的成本预测，也大多基于实验室规模的工艺和理想化假设。然而从液态锂电池的经验看，真实世界的制造成本主要取决于良率、生产效率和设备折旧等因素——这些，对于当前固态电池的阶段而言都仍是未知数。
已知与未知的挑战
固态电池能否通过工程验证和商业验证，很大程度上取决于其核心材料——固态电解质的技术路线取得的突破。目前，行业普遍聚焦于三大主流技术路线，即硫化物、氧化物和聚合物，各自面临着不同方向上的严峻挑战。
硫化物路线的优势在于拥有最高的室温离子电导率，与液态电解质相当。但挑战也同样巨大：它对空气和水分极其敏感，遇湿反应生成剧毒硫化氢气体，因此必须为制造过程提供湿度极低的干燥环境，同时成品电池的密封防水要求也更苛刻，成本高昂。与电极材料的界面反应活跃，需要开发复杂的界面技术控制反应过程。另外，关键原材料硫化锂（Li2S）价格昂贵，供应链尚无配套。
氧化物路线的优势在于出色的热稳定性与化学稳定性。挑战主要是：材料本身质地坚硬且脆，难以被加工成大规模生产所需的超薄、无缺陷的电解质膜片。通常需要经过近1000摄氏度的高温烧结，是个高耗能、高成本的过程，且难以与正极材料兼容。刚性的物理特性导致其与电极之间难以形成紧密接触，产生很大的界面电阻，导致电池充放电性能差。
聚合物路线最显著的优势是易于制造，能够兼容部分现有生产工艺。挑战在于性能上限低，即室温下的离子电导率低，通常需要将电池加热至60摄氏度以上才能正常工作。另外聚合物当前对高电压正极兼容性差，因而能量密度提升空间有限。
除了这些已知的挑战，液态锂电池数十年的发展历程表明，许多重大的工程挑战不是靠事前分析可以预见的。诸如电极浆料的流变性控制、涂布的均匀性、电极的开裂问题、生产过程中的微粒污染控制，以及焊接可靠性等，这些问题只有在高速、大批量的连续生产中才会逐步显现。解决这些问题需要巨大的资本投入和顶尖的工程技术。而在科学之外，商业验证方面也充满了不确定性——好产品却不好卖，这在科技产业中并不罕见。
目前，固态电池的热度主要集中在科学验证层面（TRL1-TRL3），一系列的关键突破在实验室层面逐步攻克正负极接触界面、材料路线等科学问题，已有显著成果。
而工程验证（TRL4-TRL7）正开始起步，少数领先企业已经生产出原型样品并规划中试线，但这也是一项技术的商业化进程中最艰难、最漫长的阶段，被称为技术商业化过程中的“死亡之谷”，充满了大量的工程难题和不确定性。
至于商业验证（TRL8-TRL9），目前没有一家公司的全固态电池进入到这个阶段。成本、良率、可靠性和供应链等实现商业化所必需的条件仍远未具备。
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