戍天九思：突破短路难题，中国全固态电池革命来了

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　　据5月22日《科技日报》报道，中国科学院金属研究所等单位科研人员，利用原位透射电镜技术，首次在纳米尺度下观察到固态电池内部的短路变化过程，成功找到固态电池短路的原因，并揭示短路变化背后的锂金属析出的具体机制，还开发出新型无机/有机复合固态电解质。相关研究成果发表于《美国化学会会刊》。

　　笔者认为，在液态锂电池向全固态电池过渡的关键窗口期，中国率先找到固态电池内部短路机理并成功研发出新型复合固态电解质，打开了全固态电池发展的天花板，必将引领全球固态电池革命！

　　▲无机固态电解质中的软短路—硬短路转变机制示意图以及其抑制机理

　　技术突破——从“跟跑”到“领跑”的跨越

　　固态电解质因短路导致电池失效一直是困扰固态电池的难题。中国科研团队发现，固态电池短路主要与晶界、孔洞等内部缺陷有关，先是缺陷生长的软短路，后是情况恶化丧失绝缘能力的硬短路。于是，科研人员利用具有弹性和绝缘性的聚合物网络，开发了一种新型的无机/有机复合固态电解质，有效抑制了固态电解质内部锂金属的析出和互连，从而有效避免了电池短路问题，大幅提高了电池的稳定性和安全性。中国突破固态电池短路技术，可进一步巩固锂电池产业链优势。

　　▲有机—无机复合固态电解质中的稳定锂离子传输

　　一是创新材料体系。目前，中国已布局硫化物（中科院物理所Li?PS?Cl电解质）、氧化物（宁德时代LLZO基电解质）、聚合物（比亚迪PEO复合体系）三条技术路线。若在界面改性技术上突破（清陶能源的Li3PO4/LiF梯度涂层），可建立全球最完整的全固态电池材料专利池。

　　二是专利转化优势。截至2023年，中国固态电池专利占全球37%，日本32%，美国18%，其中中国界面工程专利占比达58%。中国解决了固态电池短路问题后，其能量密度可突破500Wh/kg，电池循环寿命短期可达液态锂电的2倍，长期可超万次。

　　三是制造工艺革新。中国在薄膜沉积（如先导智能的ALD设备）、超薄电解质制备（辉能科技3μm硫化物薄膜量产工艺）、电极/电解质一体化成型（卫蓝新能源的热压烧结技术）等领域已形成自主装备链，解决固态电池短路问题后可实现良品率从30%到80%的跃升。

　　产业链重构——从“价格竞争”到“市场卡位”

　　中国突破固态电池短路技术，可加速用全固态电池取代液态锂电池，催生产业链重构，牢牢占住市场生态位，中国的全球市占率可从当前的55%提升至70%。

　　一是车规级应用先发优势。蔚来ET7搭载的150kWh半固态电池（能量密度360Wh/kg）已实现量产，比丰田同类型产品提前2年。若解决短路问题后升级为全固态电池，可在高端电动车市场形成代际差。

　　二是标准体系主导权。中国正在制定《全固态锂电池通用技术规范》（GB/T），其中短路测试方法创新性引入“微区阻抗扫描法”（清华大学研发），比日本JIS C 8715标准的恒流充电法更精准检测微短路。

　　三是上游资源掌控力增强。固态电池用锂量比液态锂电池减少30%（宁德时代数据），但需高纯度锂金属（99.999%）。中国通过赣锋锂业的金属锂提纯技术（纯度达6N级）和青海盐湖的吸附法提锂，成本小于5000美元/吨，可打破智利SQM、美国雅宝的资源垄断。

　　四是设备自主化突破。固态电池需纳米级涂布机（精度±1μm）、真空蒸镀设备（真空度<10^-6 Pa）等高端装备。北方华创的原子层沉积设备已实现国产替代，价格比日本Canon Tokki低40%，良率差距缩小至5%以内。

　　成本颠覆——从“贵族技术”到“普惠能源”

　　一方面通过规模化降本。据中国动力电池产业创新联盟《2023年白皮书》，采用湿法工艺，电解质薄膜的成本可从当前的 120美元/m? 降低到30美元/m?；采用电解提纯方法，锂金属负极成本从当前的50美元/kg 降低到15美元/kg 。固态电池总生产成本可从当前的500美元/kWh降低到80美元/kWh，成本只有原来的16%。

　　另一方面通过回收降本。格林美的固态电池直接回收技术，利用CO?超临界流体剥离电极（能耗<0.5kWh/kg），比传统火法冶炼降低碳排放92%，金属回收率从75%提升至98%。

　　地缘政治影响——打造全新能源货币体系

　　一是正视两大外部挑战。一个是材料基础研究短板。中国在固态电解质本征离子传导机制（如LLZO的晶界活化能）、界面量子隧穿效应等基础领域仍落后美国国家实验室1-2年，需加强大科学装置投入。另一个是专利丛林突围。丰田在固态电池领域布局“专利地雷阵”（如枝晶抑制专利JP2022154113A），可通过“无效宣告+交叉许可”组合拳突破封锁。宁德时代2022年针对松下US2022036005A1专利发起无效请求已胜诉。

　　二是摆脱“锂-钴-镍”资源枷锁。固态电池可兼容磷酸铁锂体系（国轩高科已实现铁锂基固态电池循环2000次），使中国动力电池对外依存度从43%降至12%，其中钴镍依赖基本归零。

　　三是打造“电力—人民币”战略支点。若中国主导固态电池技术，配合特高压输电和V2G技术，可将新能源汽车变成“移动储能节点”，通过“一带一路”光储充一体化项目，逐步推动以人民币结算的跨国能源互联网建设，最终构建起“锂资源—电池制造—储能网络—数字货币”全新的能源货币体系——实现战略跃升。

　　虽然过渡窗口期仅剩5-8年，但是，中国在政策支持（“十四五”规划投入超2000亿元）、市场体量（占全球新能源汽车销量60%）、工程化能力（全球70%的电池产线由中国企业建设）等方面已具备领跑条件。最终，可望形成“中国定义技术标准，日韩配套关键材料，欧美退守高端装备”的全球产业新格局。