产业观察

孙世刚，中国科学院院士、厦门大学教授

以下为报告摘要：

当前，储能电池与新能源汽车产业发展极为迅猛。到2025年，全球新能源汽车销量已达2425万辆，其中我国占比高达68%，同时燃料电池在商用车领域的渗透也在加快。

更为关键的是，除了传统的电动乘用车，当前在“十五五”规划中明确提出的低空经济（如吨级无人机、电动垂直起降飞行器eVTOL）、具身智能（人形机器人）以及未来的6G移动终端，这些全新的增量市场对电池的“长续航、高能量密度、高功率密度、高安全性及长寿命”提出了前所未有的严苛要求。

固态电池被业界公认为是满足这些特殊需求的最佳技术方向。然而，固态电池的发展绝非一蹴而就，我们在关键材料的基础科学和工程技术上，仍需跨越一系列极具挑战性的壁垒。

从技术破局的角度来看，我们必须着力攻克以下三大核心材料体系，并正视五项终极挑战：

一是聚焦固态电解质：攻坚离子传导率与“固-固”界面相容性。

当前，无机电解质（氧化物、硫化物、卤化物）与聚合物电解质各有优劣，但共性痛点是：离子电导率低、与电极材料的“固-固”界面相容性极差，通常需要施加几十个甚至几百个大气压才能运行，这在实用场景中很不现实。

破局路径：针对无机类固态电解质，需在电极与电解质间构筑极薄的中间层（如锂钴钛氧中间层），实现良好的界面“互溶匹配”，在不大幅降低离子传导率的前提下提升稳定性；针对柔性易加工、界面兼容性好的聚合物固态电解质，需通过分子结构骨架的设计，大幅提升离子迁移数和拓宽电化学窗口，降低活化能，从而实现与各类高比能正负极的兼容互配。

二是聚焦锂金属负极：精准调控电化学过程，破解“枝晶生长”顽疾。电池的能量密度上限极大程度取决于负极。从石墨到硅基，再到理论比容量高达3800 mAh/g的锂金属，是追求极致能量密度的必由之路。但即便使用多晶态的固态电解质，锂枝晶依然会沿着晶界生长，引发致命的安全与循环衰减问题。

破局路径：必须从电化学的本质出发，精准调控锂在界面上的“成核与生长”过程。通过界面构筑与传质调控，引导锂离子沿特定晶面进行平整的“混合生长”，从热力学与动力学底层机制上扼制枝晶的尖锐生长，从根本上提升锂金属负极的界面稳定性和锂金属电池的循环寿命。

三是聚焦高容量正极：突破层状正极的结构衰减瓶颈，以及针对转化反应正极（硫、氧）研发高效双功能催化剂。目前，传统正极材料（如钴酸锂、磷酸铁锂、三元高镍等）的放电比容量普遍低于两百毫安时每克，是制约全电池比能量提升的最大短板。

要匹配固态电池，必须向更具潜力的高容量正极迈进，但这带来了巨大挑战：富锂锰基正极（实际装车可超300Wh/kg）： 致命缺陷是充放电过程中结构极其不稳定，易导致电压和能量衰减。必须通过改性策略调控其内部结构，提升充放电过程中的结构稳定性。

硫正极（理论比能2600Wh/kg）： 核心痛点是严重的多硫化物穿梭效应，必须引入极其高效的催化剂加以锚定和转化。

氧正极（即锂氧气/空气电池，理论比能3500Wh/kg）： 难度最大，极度依赖于“双功能催化剂”的设计。必须研发出诸如“纳米级钌/钴双金属催化剂”，既能高效催化氧还原反应，又能高效分解氧化产物，从而大幅提升电池能效、循环稳定性。

聚力“五大核心挑战”，加速从基础研究到规模化量产。

综合来看，高比能长循环固态电池要想从实验室全面走向产业化应用，整个产学研界必须协同攻克以下五项已被归纳明确的关键挑战：

进一步大幅提升固态电解质的离子导电率；

构筑互溶、稳定且低阻抗的固固界面；

深入调控锂成核生长过程，切实提升锂金属负极的循环稳定性；

加快开发兼具高容量与高结构稳定性的新型正极材料；

全面增强固态电解质与金属锂、高比能正极材料的系统匹配相容性。

固态电池技术目前已取得长足进展，但面对尚存的底层科学难题和工程落地挑战，仍需全行业深化基础技术创新，强化产学研用深度融合，共同加速固态电池的产业化与规模化应用进程。