固态电池：下一代动力电池的安全革命

《电动未来动力电池安全与科技探秘系列科普》——固态电池：下一代动力电池的安全革命

最近20年来，中国汽车蓬勃发展，在各个领域实现了弯道超车，去年我们全年的总销量达到了3100万辆的规模，占全球市场的1/3。连续十六年，成为世界第一大汽车产销国。特别是在新能源领域，去年我们突破了1200万辆，占全球总产销量的2/3。为我们汽车产业的进步和国民的经济增长提供了强有力的支撑。中国汽车工程学会专务秘书长、高级工程师闫建来为您科普固态电池下一代动力电池的安全革命。

问题一：普通车主在使用新能源汽车时有哪些担忧？

第一是续航里程的担忧，续航里程像根绷紧的弦，满电时显示的数字再亮眼，一到冬天开暖风、夏天开空调，就像被悄悄抽走了一截，跑长途时盯着导航算剩余距离，服务区充电桩前排起的长队更让人心里发慌。第二是汽车安全的担忧，偶尔看到电池起火的新闻，就忍不住担心，夏天暴晒会不会出问题？雨天过积水路段，电池会不会受潮？万一发生碰撞，电池会不会像个定时炸弹。第三是电池衰减的担忧，新车时充一次能跑四百公里，开个三五年，会不会只能跑一半？从常识上讲，电池随着使用年限的增长，会有固有的衰减。特别是，现在的锂电池在低温条件下，它的衰减也是众所周知的。第四是寿命的担忧，消费者非常担心，随着新能源汽车特别是纯电汽车使用年限的增长，它的残值越来越低。

问题二，新能源汽车目前广泛使用的是哪些电池？

新能源汽车目前广泛使用的电池类型主要有以下几类，它们在能量密度、安全性、成本、寿命等方面各有特点，适用于不同的车型和使用场景。目前采用最多的是磷酸铁锂电池，它的核心工作逻辑正是通过正极、负极、隔膜、电解质的协同作用，实现锂离子的定向迁移和能量转化。从安全机理上有两大核心问题。第一是物理损害。比如我们在车辆发生碰撞的时候，有外物侵入到电池，使电池受到了物理伤害，那么电池液就会流出残存的电量，会造成热的堆积，使电池发生液态液漏后的气体散发，这气体是有毒的。第二是可燃烧性，在极端条件下（物理损伤、严重短路、过度充放等）仍可能燃烧。

固态电池与传统锂离子电池的核心差异，传统锂离子电池依赖可燃且可流动的液态有机电解质，这种液态物质不仅存在泄漏风险，还会在高温、短路等极端情况下与电极反应，成为引发燃烧、爆炸的重要诱因，这是液态电池难以根治的安全隐患。而固态电池则从根本上改变了这一现状—它用固态电解质替代了液态电解质。这种固态物质既不可燃，也不会流动，从源头上切断了因电解液泄漏、燃烧而导致的安全问题。

问题三，为什么说固态电池下一代动力电池的安全革命？

固态电池更安全我们从三个方面可以体现，第一是消除了热失控的源头，锂离子电池热失控的源头是电解质，电解液可流通的链接，固态电池的电解是固态的，它本身是不可燃烧的材料，它的热稳定性非常好。第二是消除了结晶状态，固态电解质具有高力学模量，可以物理性地抑制锂枝晶的生长。研究表明，当固态电解质的模量高于7MPa时，就能够有效抵抗枝晶的穿透，从而从根本上杜绝因枝晶刺穿隔膜导致的内部短路。第三是无泄漏结构更稳定，由于电池内部无液体存在，固态电池在极端冲击、刺穿或挤压后，不会出现电解液泄漏或喷射，电池结构能保持更高程度的完整性。

全球固态电池的研发呈现出四大技术路线，虽然专业度较高，我们可以了解其基本概念一是聚合物电解质，以高分子材料为基础；二是氧化物电解质，依托金属氧化物的稳定结构；三是硫化物电解质，在离子电导率方面表现突出；四是卤化物电解质，凭借独特的化学特性成为新兴方向。目前，中国、日本、美国、欧洲、韩国等产业发达国家和地区，均将固态电池列为国家战略重点布局领域。以宁德时代、比亚迪为代表的全球巨头正在加速突破，半固态电池已初步实现量产上车，全固态电池的商业化进程也指日可待。固态电池，不仅仅是技术的迭代，更是动力电池安全理念的颠覆。它将为电动汽车带来革命性的安全保障，为整个产业的健康发展注入强劲动力。

本文为科普中国·创作培育计划扶持作品

作者：中国汽车工程学会

审核：刘鹏 北京理工大学副教授、中国汽车工程学会汽车大数据应用分会副秘书长

出品：中国科协科普部

联合出品：中国汽车工程学会

监制：中国科学技术出版社有限公司、北京中科星河文化传媒有限公司