固态电池：从实验室到量产，跨越“死亡之谷”的漫长征程

2025年，固态电池在全球新能源领域掀起了前所未有的关注热潮，成为行业内外热议的焦点。

一方面，传统液态锂电池在能量密度与安全性方面日益接近其理论极限，后续进展更多体现在材料压实密度、电芯成组效率等工程优化上；另一方面，从科研机构到企业界，固态电池相关技术突破、样品发布及量产规划的消息近期密集涌现，各种概念与术语交织，极大地激发了资本市场和大众的想象空间。

全固态电池被普遍认为是具备颠覆性潜力的下一代电池技术，业界将其视为攻克电动汽车续航焦虑与安全痛点的“终极武器”。

其能量密度理论上可超过600Wh/kg，是目前主流液态锂电池单体能量密度（200-300Wh/kg）的两倍有余；同时安全性大幅提升，可彻底规避液态电解质引发的热失控风险。

然而，从科学原理走向规模化量产，路途远比预期崎岖。固态电解质在材料选择与稳定性、高昂的研发成本以及复杂的制造工艺等方面，共同构成了产业化道路上难以逾越的“死亡之谷”。

在当前的全球固态电池竞赛中，中国企业如国轩高科、欣旺达、清陶能源、卫蓝科技，以及车企奇瑞、上汽等，与欧美日韩的竞争对手基本处于同一起跑线，均处在从科学验证迈向工程验证的攻坚阶段，尚无任何企业跨越规模化商用的门槛。各家企业正沿着硫化物、氧化物、聚合物等不同技术路线展开多元化布局。

全固态电池在实验室样品阶段已展现出惊人潜力。例如，欣旺达发布的样品能量密度达到400Wh/kg，奇瑞汽车的“犀牛S”电池模组电芯能量密度更宣称高达600Wh/kg。此外，部分仍处于实验阶段的材料体系，能量密度已突破700Wh/kg。

目前市场上小规模应用的产品多为“半固态电池”（行业亦称“固液电池”），其单体能量密度约350Wh/kg。如上汽智己L6搭载清陶能源电池，能量密度368Wh/kg；蔚来汽车150kWh超长续航电池包采用卫蓝科技电芯，能量密度360Wh/kg。

“全固态”与“半固态”在技术路径上存在本质区别。全固态电池是对现有电池材料、工艺和性能的颠覆性革新。而固液电池则是在液态锂离子电池体系基础上的改进，其材料体系、制造工艺及设备与液态锂电池产业链高度重合，本质上仍未跳出液态锂电池的框架，性能提升幅度也较为有限。

尽管两者技术跨度巨大，但部分市场参与者在宣传中常模糊概念或混用术语。行业协会、技术专家及监管部门正积极推动定义澄清，主流意见是将“半固态电池”规范称为“固液混合电解质锂离子电池”，简称“固液电池”。此举旨在与真正的固态电池划清界限，防止概念炒作过度。

规范命名也是为当前过热的市场情绪降温。今年以来，固态电池领域技术突破、样品发布及新进展披露持续不断，将市场热度推至新高。2025年10月，固态电池相关重大新闻更是频繁见诸媒体。

密集的进展推升了市场对固态电池的关注度，东方财富固态电池指数（BK0968）自2025年4月9日的低点1288点一路攀升至10月9日的高点2426点，半年内近乎翻倍。然而，市场狂热之余，普遍忽视了实验室成果与商业化落地之间的巨大鸿沟。

01

固态电池技术“进度条”

为客观评估固态电池发展水平，业界引入了美国国家航空航天局（NASA）于上世纪70年代提出的“技术就绪等级”（TRL）体系，该体系被全球多个科技与工业组织广泛用于衡量技术成熟度。TRL将技术从实验室到量产的成熟过程划分为1至9级，分别对应科学验证、工程验证和商业验证三大阶段。

按照TRL分级标准，固态电池技术距离成熟量产仍有显著差距。近期科研界与市场的各项进展，亦可依据此体系定位其所处阶段。

中国科学院研究团队发表的两项成果（TRL2-TRL3）属于基础科学层面的重大突破，相关成果发表于顶级期刊，验证了其科学原理。但目前这些突破仍停留在科学概念层面，尚未整合到电芯产品设计之中。

美国Quantum Scape公司最新QSE-5电芯样品（TRL5-TRL6）于2025年第三季度开始向合作伙伴交付，用于装车测试。在9月慕尼黑车展上，该电芯样品在一款摩托车上进行了现场演示。完成原型电芯、在相关环境（如摩托车、汽车）中测试、设计制造工艺及建设中试线等，均属TRL5-TRL6阶段的主要任务。但这些仍停留在样品阶段，并非大规模量产商品。

欣旺达发布的固态电池（TRL5-TRL6）能量密度达到400Wh/kg，并计划于2025年底前建成一条200MWh的中试线。与Quantum Scape类似，其当前处于原型测试及中试线验证阶段。

奇瑞汽车发布的固态电池模组原型“犀牛S”（TRL4-TRL5）宣称能量密度可达600Wh/kg，并已通过钻孔、钢针穿刺、50%挤压变形甚至浸水等多项极端安全测试，未出现热失控。在受控实验室环境下进行样品验证是TRL4-TRL5的典型特征，而奇瑞计划2027年启动装车测试，则标志着其将进入TRL6阶段。

国轩高科“金石”固态电池（TRL7）的200MWh中试线已贯通，良率稳定在90%。搭载“金石”样品的测试车已完成超1万公里行驶里程。中试线贯通及长距离实车路测是进入TRL7阶段的标志，说明其已在实际运行环境中完成成功测试与数据收集，不再是仅停留于中试线的样品。

但需指出，该电池未选用能量密度最高、挑战最大的金属锂负极，而是采用“硫化物电解质+高镍正极+硅负极”这一现阶段量产难度较低的方案。最终电芯能量密度为350Wh/kg，虽较三元及磷酸铁锂电池有显著提升，但与固液电池相比并无优势。

目前全球尚无任何公司的全固态电池进入商业验证阶段。各企业公布的时间表，如丰田2027-2028年、奇瑞2027年，均指进入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节点，而非完成TRL9全面商业化部署。因此，宁德时代、比亚迪等电池巨头对固态电池热潮保持谨慎，虽持续加大技术研发投入（如宁德时代固态电池研发团队已超千人），但在规模化量产销售的时间表上，普遍预期不早于2030年。

02

液态锂电池的“量产长征”

评估固态电池前景时，人们常将其与上一代里程碑式技术对比，但缺乏对“发明到商业化”过程的切身感知。回顾液态锂电池发展史，常被简化为：上世纪七八十年代的诺贝尔奖级科学突破、1991年索尼成功量产、2010年起电动车浪潮。

这种简化叙事忽略了液态锂电池从实验室发现到量产，再从量产至今的数十年间，科学家与工程师为工程优化和工艺革新所付出的艰辛，以及整个产业链为降低成本而做出的巨大努力。

早期锂电池因制造工艺复杂、原材料昂贵，1991年量产时价格一度高达7500美元/kWh。三十余年后的今天，价格已降至不足100美元/kWh，这一过程绝非一蹴而就，而是持续大额投资、生产规模扩大、工艺控制优化以及材料利用率与良率不断提升的结果。

安全性同样经历了漫长演进。早期锂电池存在严重安全隐患，特别是热失控问题。行业花费数十年，才逐步建立起完善的安全体系、严苛测试协议与行业标准，从而在消费电子、汽车及储能领域大规模应用。这是一个被动、常由重大安全事件驱动的进化历程，背后凝聚了研究人员的努力，也付出了惨痛代价。

与此同时，全球供应链还需从零开始构建电池级锂、钴、镍、石墨及隔膜等关键材料，且至今仍面临资源开采与地缘政治环境的双重挑战。

液态锂电池产业的发展历程表明，成本下降与可靠性提升的最深刻影响往往发生在首次商业化之后。固态电池的真实成本与性能，只有在经历艰难的量产爬坡后才能显现。

当前对固态电池的成本预测，多基于实验室规模工艺与理想化假设。然而从液态锂电池经验来看，真实制造成本主要取决于良率、生产效率及设备折旧等因素——这些对于当前阶段的固态电池而言仍是未知数。

03

已知与未知的挑战

固态电池能否跨越工程验证与商业验证，关键取决于其核心材料——固态电解质的技术路线突破。目前行业主要聚焦于硫化物、氧化物和聚合物三大主流路线，各自面临严峻挑战。

硫化物路线优势在于室温离子电导率最高，与液态电解质相当。但挑战同样显著：对空气和水分极度敏感，遇湿易生成剧毒硫化氢，因此制造过程需极低湿度环境，成品电池密封防水要求也更高，成本高昂。同时，与电极材料界面反应活跃，需开发复杂界面技术加以控制。此外，关键原材料硫化锂价格昂贵，供应链尚未配套。

氧化物路线优势在于出色的热稳定性与化学稳定性。主要挑战是：材料坚硬且脆，难以加工成大规模生产所需的超薄、无缺陷电解质膜片。通常需经近1000℃高温烧结，属高能耗、高成本工艺，且难以与正极材料兼容。刚性物理特性导致与电极间难以紧密接触，产生较大界面电阻，影响电池充放电性能。

聚合物路线最显著优势是易于制造，可兼容部分现有生产工艺。挑战在于性能上限较低，室温离子电导率低，通常需加热至60℃以上才能正常工作。此外，聚合物对高电压正极兼容性较差，能量密度提升空间受限。

除已知挑战外，液态锂电池数十年发展历程表明，许多重大工程挑战难以通过事前分析预见。如电极浆料流变性控制、涂布均匀性、电极开裂、微粒污染控制及焊接可靠性等，这些问题只有在高速、大批量连续生产中才会逐渐暴露。解决这些问题需巨额资本投入与顶尖工程技术。而科学之外，商业验证同样充满不确定性——好产品未必好卖，这在科技产业中并不鲜见。

目前，固态电池的热度主要集中在科学验证层面（TRL1-TRL3），一系列关键突破已在实验室层面逐步攻克正负极接触界面、材料路线等科学难题，并取得显著成果。

而工程验证（TRL4-TRL7）刚刚起步，少数领先企业已生产出原型样品并规划中试线，但这正是技术商业化进程中最艰难、最漫长的阶段，被称为“死亡之谷”，充满大量工程难题与不确定性。

至于商业验证（TRL8-TRL9），目前尚无全固态电池进入此阶段。成本、良率、可靠性及供应链等商业化必要条件仍远未满足。