近日，第四屆未來汽車先行者大會在深圳啟幕。本屆大會以“拾級”為核心理念，倡導產業立足當下、穩步進階，以扎實的技術積累奔赴長遠未來。

作為新能源汽車“心臟”，以半固態電池為代表的動力電池新技術，已成為行業價值競爭的關鍵。5月30日，以「臨界與突破」為主題的“半固態電池價值論壇”舉行，旨在探討半固態電池產業化路徑與價值邊界。

會上，中國工程院院士金涌發表了題為《動力電池的前世·今生·未來》的演講，從歷史縱深出發，分享了動力電池技術及產業化演進脈絡。

金涌院士強調，行業從液態電池全面邁向全固態電池，仍有約十年的發展窗口期。半固態電池具備在能量密度、安全性與成本之間取得平衡的優勢，已成為承接當前、布局未來最合適的技術方案。

從國際競爭的角度看，當前，歐洲、美國與中國的三方競爭形勢十分嚴峻。中國的最佳策略是從液態切換到半固態，持續研發固態電解質，在適當時機轉向全固態，從而在全球競爭中繼續保持領先地位。

以下為金涌院士的現場演講實錄，雷峰網(公眾號：雷峰網)《新智駕》作了不改變原意的編輯及整理：

回溯歷史，我們第一輛電動車誕生于190年前。當時巴黎主要交通工具是馬車，導致道路上有很多馬糞，造成了嚴重的環境問題。為解決這一問題，第一輛電動車出現了。然而，受限于當時的儲電技術，車上搭載的是鉛酸電池，一次充電僅能跑30到50公里，很不方便。

恰逢此時，人類發現了石油，且石油煉制技術迅速提高，大量汽油車和柴油車涌現，迅速淘汰了第一代電動車。

真正的轉折點是鋰電池的發明。它使儲電能力成倍躍升，三位發明鋰電池的科學家也因此榮獲2019年諾貝爾獎。隨著中國在鋰化合物——特別是磷酸鐵鋰、六氟磷酸鋰等領域的突破，電動車迎來高速發展的黃金時代。在這期間，清華大學化工系做出了關鍵貢獻：將磷酸從化學純成功提升到了電子純，突破了材料專利瓶頸。

到了1991年，商用鋰電池出現了，隨后，中國也很快做出很大貢獻。動力電池發展經歷了以下過程，從超級電容、鉛酸電池、鋰離子電池到鋰硫電池，再往下就要往固態方面發展。

2022年的時候，全球電動汽車銷量達到創紀錄的1000萬輛，中國再次成為全球電動汽車銷量的領跑者。去年，中國電動車產量達到約1700萬輛，銷量占到世界的70%。我們在電動車全產業鏈取得了突破，包括電池、電機、電控。電機方面，由于有稀土元素我們可以做永磁電機，電控方面，我們的芯片國產化發展。

我們的基本材料也占了很大比例，原始材料不缺，還有世界二分之一的鋰鹽、鈷、錳加工產能。在整個電動車產業鏈，中國都有很好的優勢。

但不容忽視的是，目前液態電池雖已大規模制備，仍面臨幾大嚴峻挑戰：

一是能量密度瓶頸。這將導致充電次數較多，在續航體驗上不是很理想。

二是安全隱患難根除。鋰離子在正負極運動時沉積不均勻，容易產生“鋰枝晶”。一旦刺破電池中間的隔膜導致短路，電池就會燃燒，因為液體電解質基本都是醇類。而且你不知道它什么時候穿透，所以有一定的危險性。

三是低溫性能受限。電解液在低溫下可能會凝固，導致電池在冬天的功率大幅打折。

要解決這些問題，有人改進了鋰硫電池。電極里面一邊是鋰，另一邊是硫，硫會流失，所以要把硫困在電極里，這在一定程度上能防止鋰枝晶刺破隔膜。

但要徹底解決上述難題，公認的終極解法依然是全固態電池。然而，全固態電池從基礎研究、工程轉化到大規模量產，普遍預計還需十年甚至更久。

為能迅速解決當下的痛點，我們現在提出了一個方案：繼續使用液體傳導鋰離子在正負極運動，但要大幅減少液態電解質的含量。這就催生了一個新的體系——半固態電池。

半固態電池平衡了能量密度、產品成本與安全性，成為三者之間的妥協方案。并且，半固態電池能很快實現大批量產業化，因為它與現有液態電池生產線達到70%到80%吻合度，改造成本增加不多。我們有十年左右的窗口期，利用半固態電池繼續占領市場。

半固態電池的原理是將液態電解液“困”在三維網絡中，網絡里面是液體的，但網絡是由高分子材料組成的。電解液變成像我們吃的“膠凍”一樣的狀態，從而減少鋰枝晶產生，同時大大提升單位重量的儲電量。它的制備方法有很多，有直接原位的、有遷移的。這些都是廠家的專利，具有保密性。

我們估計，全固態電池雖然是終極目標，但在其完全成熟前，還有相當大的空間可供半固態電池的各種技術路線利用。

安全上，半固態電池可以將液體電解質含量降低到5%到10%，燃燒的可能性能大幅度降低。成本上，我們讓它的成本保持在只比傳統液態電池高15%到30%，每瓦時的價格不到一塊錢。

因此，半固態電池可以廣泛應用于長續航電動車、無人機、人形機器人等領域。其產業規模增長會很快，未來產值將達到百億甚至上千億級別。中國制造商如寧德時代等，也都在全力加速鋰電池發展進程。

接著我們再說說終極的全固態電池。它的電極是固體的，電解質也要是固體的。目前面臨最大的困難就是固體和固體之間的接觸，假如固體電解質和電極接觸不好，那么就增加了阻力，鋰離子傳導速率下降，影響電池性能。所以要解決“固-固界面”接觸問題。

有人說使用陶瓷，但陶瓷接觸不好就容易變形、破裂，而且需要很大的壓力才能使接觸表面變好。因此，固態電池是不可能一步到位的。

目前，全球在固體電解質路線上處在競爭狀態，距離完全產業化，需要一定的時間。

豐田主攻硫化物路線，將硫化鋰作為固態電解質。主要困難在于如何使“固-固”表面接觸得好。一般采取的方式是爆壓，要幾百個大氣壓的條件才能滿足。所以，該路線制備條件極其苛刻，要求絕對不能接觸水和空氣。因此，其成本高昂，比液態電解質高三到五倍。

中國科研團隊展現出卓越的創新力。中國科學技術大學馬老師提出了水合氧氯鋯鋰路線，具備低成本、高柔性和無需高壓的優勢；《自然·通訊》提出氧氯鋰鋯鋁路線，常壓下百次循環衰減不足3%。此外，中科大、浙江工業大學提出鑭系鹵化物作為固態電解質，可與鋰負極和三元正極直接接觸，在室溫下穩定循環。

在技術不斷躍遷的同時，另一個值得關注的問題是電池回收。我們每年要生產幾千萬輛車，而電池是有壽命的，未來每年都將有大量動力電池面臨退役。因此，電池回收的重要性逐步提升。

鋰、鎳、鈷等資源我們國家不太多，尤其鎳和鋰大部分要靠進口，所以我們要開發電池回收技術。諸如格林美、邦普等企業在電池拆解與廢舊金屬回收技術上的突破，一是能帶來大量資金收入，二是能一定程度解決材料的缺乏。

我們現在是全世界最好的電動車制造商，為保證我們繼續領先，要參與嚴肅的國際競爭。目前，美國正傾全力押注全固態電池，整個產業全體升級，從液態全部直接變成全固態，但它周期長、成本高；歐洲則專注于小的摩托車、無人機市場的占有。

中國的最佳策略是什么呢？我們認為應是：從液態平穩切換至半固態，同時不放松對固態電池的研究，適當時機轉化到全固態。

目前，半固態電池的能量密度較液態電池顯著提升，搭載該電池的電動汽車，單次充電續航里程可達 500 至 700 公里。相比之下，傳統燃油車一箱油的續航普遍在500 公里左右。從續航能力來講，搭載半固態電池的車型已經完全和汽油車、柴油車相同了。

此外，得益于液體電解質含量大幅降低至5%-10%，半固態電池安全性能有一定提升，也有效緩解了電動車在冬季的續航衰減問題。

最后，談談清華大學化工系的工作。無論是半固態還是全固態，瞬間放電能力往往不如液態電池。但高檔汽車在啟動和超車時，急需瞬間大電流爆發力。清華目前正在開發動力電容技術，旨在為電動車提供瞬間爆發力。我們認為，電動車的發展仍有很大的研究開發的空間。

雷峰網原創文章，未經授權禁止轉載。詳情見轉載須知。