芯耀
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鋰金屬電池與硫化物全固態(tài)，誰執(zhí)牛耳？
劍指500Wh/kg，下一代電池的技術(shù)競賽已進(jìn)入白熱化階段。當(dāng)一條以硫化物為核心的全固態(tài)技術(shù)路線圖被廣泛視為產(chǎn)業(yè)“共識”時，其背后潛藏的安全性、界面工程等挑戰(zhàn)也逐漸浮現(xiàn)。
本文（上篇）將深入剖析這條主流路線的規(guī)劃藍(lán)圖與潛在裂痕，審視“共識”之下的技術(shù)與現(xiàn)實(shí)瓶頸。
2025年伊始，關(guān)于下一代動力電池的討論似乎正被一種“共識”所引導(dǎo)。在中國，一項由頂尖科學(xué)家提出的、將硫化物固態(tài)電解質(zhì)置于“錨點(diǎn)”地位的全固態(tài)電池技術(shù)路線圖，為產(chǎn)業(yè)描繪了清晰的階段性目標(biāo)：
從2025年起步，逐步攻克硅基負(fù)極，最終在2030年后挑戰(zhàn)鋰金屬負(fù)極，劍指500Wh/kg乃至更高的能量密度。這一規(guī)劃因其明確性和權(quán)威性，迅速被市場解讀為固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化方向的“定心丸”。
硫化物固態(tài)電解質(zhì)因其接近甚至超越液態(tài)電解液的離子電導(dǎo)率，以及日韓企業(yè)的重點(diǎn)布局，被視為最有希望的候選者。集中力量攻克硫化物，也被賦予了防范技術(shù)顛覆風(fēng)險的戰(zhàn)略意義。
然而，就在行業(yè)似乎要沿著這條“權(quán)威”之路前行時，一些根本性的問題和另一條技術(shù)路徑的快速進(jìn)展，正在叩問這一“共識”的牢固性。
硫化物并非安全的萬靈藥，其在特定失效模式下的風(fēng)險，以及與電極材料界面匹配的核心瓶頸依然存在。
更重要的是，以鋰金屬電池為代表的另一條技術(shù)路徑，并未停留在實(shí)驗(yàn)室，其在能量密度、大容量電芯開發(fā)和實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證上，正展現(xiàn)出極高的速度和潛力，悄然挑戰(zhàn)著既定路線圖的權(quán)威性。
這場關(guān)乎下一代電池技術(shù)主導(dǎo)權(quán)、影響萬億級電動汽車和新興航空產(chǎn)業(yè)格局的競賽，或許正面臨著“條條大路通羅馬”的現(xiàn)實(shí)，給產(chǎn)業(yè)投資和戰(zhàn)略布局帶來了新的變量和不確定性。
硫化物“共識”的形成與潛在裂痕
推動行業(yè)向硫化物固態(tài)電解質(zhì)傾斜的，是中國科學(xué)院院士、清華大學(xué)教授歐陽明高在公開場合提出的詳盡技術(shù)路線圖。該藍(lán)圖以硫化物固態(tài)電解質(zhì)為核心，規(guī)劃了清晰的三步走戰(zhàn)略：
2025至2027年，利用硫化物搭配石墨或低硅負(fù)極及三元正極，實(shí)現(xiàn)200-300Wh/kg的全固態(tài)電池；
2027至2030年，升級至高容量硅碳負(fù)極，沖擊400Wh/kg和800Wh/L的能量密度；
2030年后，則將目光投向更高目標(biāo)——500Wh/kg和1000Wh/L，核心在于攻克鋰金屬負(fù)極，并探索復(fù)合電解質(zhì)及更高性能的正極材料（如高鎳、富鋰、硫基等）。
概括而言，該路線圖在?2030?年前將重心放在?500Wh/kg?以下的電池技術(shù)突破，策略上側(cè)重于負(fù)極材料的迭代（特別是硅碳負(fù)極），而基本維持三元正極體系；2030?年后再轉(zhuǎn)向正極的革新。
這一時間表與全球主要國家計劃在2030年前后實(shí)現(xiàn)500Wh/kg單體電芯的目標(biāo)高度契合，市場也將此解讀為產(chǎn)業(yè)找到了固態(tài)電池商業(yè)化的共識方向。
但深入探究，這一看似明晰的路徑并非坦途。
首先是安全性的迷思。誠然，固態(tài)電解質(zhì)在抑制傳統(tǒng)熱失控方面（如外部高溫、碰撞引發(fā)）表現(xiàn)更優(yōu)，因其不易發(fā)生劇烈的放熱副反應(yīng)。
然而，固態(tài)并非安全的絕對保證。一篇題為《固態(tài)電池比（液態(tài)）鋰電池更安全嗎》的論文指出，在因鋰枝晶穿透隔膜/電解質(zhì)導(dǎo)致的內(nèi)短路場景下，電池釋放的總熱量與能量密度直接相關(guān)。
隨著能量密度大幅提升，半固態(tài)乃至全固態(tài)電池在此類故障中的潛在溫升，甚至可能超過傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池。具體到硫化物體系，其與鋰金屬或水分接觸時可能釋放劇毒硫化氫氣體，是其固有的安全風(fēng)險點(diǎn)。
其次，性能的全面提升并非易事。硫化物電解質(zhì)能否在實(shí)際應(yīng)用中充分發(fā)揮其高離子電導(dǎo)率的優(yōu)勢，并兼顧優(yōu)異的倍率性能和長循環(huán)壽命，很大程度上取決于其與正負(fù)極材料的“適配性”。
例如，當(dāng)硫化物與硅碳負(fù)極搭配時，兩者間的界面穩(wěn)定性問題便凸顯出來——硫化物容易被硅基材料還原分解，導(dǎo)致界面阻抗急劇升高，影響電池性能的發(fā)揮。
歸根結(jié)底，無論是追求極致安全還是綜合性能提升，都繞不開對鋰枝晶生長機(jī)制的深刻理解和有效抑制。電解質(zhì)的革新固然是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，但并非唯一解。
當(dāng)所有挑戰(zhàn)都指向鋰金屬行為的調(diào)控時，一個根本性的問題隨之浮現(xiàn)：為何不從一開始就將研發(fā)力量更多地投入到對鋰金屬負(fù)極——這種先天就含有鋰離子、且理論能量密度潛力巨大的材料體系的研究上呢？這或許是審視下一代電池技術(shù)路線時，一個不容忽視的視角。
鋰金屬“快車道”：能量密度率先撞線，應(yīng)用多點(diǎn)開花
與硫化物路線圖所描繪的逐步演進(jìn)不同，另一條以鋰金屬為核心的技術(shù)路徑，似乎正以更快的步伐，將超高能量密度的愿景轉(zhuǎn)化為觸手可及的現(xiàn)實(shí)。
梳理產(chǎn)業(yè)動態(tài)可以發(fā)現(xiàn)，鋰金屬電池的發(fā)展并非停留在基礎(chǔ)研究或小試樣品階段，其在高能量密度原型開發(fā)、大容量電芯制造乃至關(guān)鍵終端應(yīng)用上，均取得了實(shí)際進(jìn)展，展現(xiàn)出一條獨(dú)立且充滿潛力的“快車道”。
最引人注目的是能量密度上的突破。
鋰金屬負(fù)極憑借其高達(dá)?3860mAh/g?的理論比容量和最低的電化學(xué)電位，為電池能量密度的躍升提供了物理基礎(chǔ)，這一點(diǎn)是目前主流的硅基負(fù)極（理論容量約?1768mAh/g，實(shí)際應(yīng)用能量密度上限約?350Wh/kg）難以企及的。
產(chǎn)業(yè)實(shí)踐也印證了這一點(diǎn)：
太藍(lán)新能源已展示了實(shí)測能量密度達(dá)?720 Wh/kg?的?120Ah?全固態(tài)鋰金屬電池樣品；盟維科技不僅在?2022?年交付了超?500Wh/kg?的產(chǎn)品，其實(shí)驗(yàn)室原型更是觸及?600Wh/kg。這表明，通往?500Wh/kg?以上能量密度的大門，鋰金屬路線已經(jīng)率先推開。
更重要的是，鋰金屬電池的發(fā)展并非“偏科生”，并非僅犧牲其他性能換取能量密度。在追求高能量密度的同時，其在倍率性能、循環(huán)壽命、快充能力等綜合指標(biāo)上也能夠取得平衡。
例如，盟維科技展示了?400Wh/kg?能量密度下兼顧?6C?充電/12C?放電高倍率的能力，并計劃在?2025?年實(shí)現(xiàn)?450Wh/kg?與?6C/15C?的結(jié)合，這對電動航空等需要瞬時大功率輸出的應(yīng)用場景意義重大。
SES AI?也宣稱其超過?400Wh/kg?的鋰金屬電芯可實(shí)現(xiàn)?500?次以上循環(huán)，并具備?12?分鐘從?10%?快充至?80%?的能力，且有第三方測試佐證。
在大容量電芯制造方面，鋰金屬電池的進(jìn)展也超越了全固態(tài)電池普遍集中在20Ah以下小容量樣品制備的階段，顯示出鋰金屬電池更接近規(guī)?；瘧?yīng)用的成熟度。
國內(nèi)企業(yè)如盟維科技已完成?100Ah、超?420Wh/kg?的?A?樣開發(fā)，金羽新能可定制容量達(dá)?40Ah?的產(chǎn)品。
海外?Sion Power?的?56Ah、超?400Wh/kg?鋰金屬電芯產(chǎn)線（年產(chǎn)能?75MWh）已于近期投產(chǎn)，具備了提供?B?樣及批量交付的能力。
應(yīng)用場景的拓展是衡量技術(shù)價值的關(guān)鍵標(biāo)尺。鋰金屬電池正憑借其高能量密度特性，在要求最為嚴(yán)苛的領(lǐng)域率先取得突破。
在備受關(guān)注的動力電池領(lǐng)域，以SES AI為例，其100Ah、能量密度超350Wh/kg的混合固液鋰金屬電池在2024年成功通過了中國國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的安全測試，這被視為一個重要的里程碑，有力地挑戰(zhàn)了“鋰金屬電池因安全問題難以在新能源汽車上商業(yè)化”的傳統(tǒng)觀念。
而在對能量密度要求更為苛刻的低空經(jīng)濟(jì)和電動航空領(lǐng)域，鋰金屬電池更是找到了“用武之地”，多家企業(yè)的產(chǎn)品已從“樣品開發(fā)”進(jìn)入“導(dǎo)入驗(yàn)證”甚至“產(chǎn)品交付”階段。電動航空器對高能量密度的核心訴求，與鋰金屬電池的特性高度契合。
采用液態(tài)電解液路線的盟維科技，其METARY系列高比能鋰金屬電池已在多種無人飛行器（包括飛行高度超過1000米的平流層無人機(jī)和工業(yè)級無人機(jī)）上得到客戶驗(yàn)證。
該公司已與零重力飛機(jī)工業(yè)（其RX1E-A是國內(nèi)唯一取得型號合格證的電動輕型運(yùn)動類飛機(jī)）以及國際頭部的eVTOL企業(yè)達(dá)成合作，正進(jìn)一步向載人新能源航空器的電池定制化開發(fā)拓展。
選擇固液混合體系的欣界能源，則為其鋰金屬負(fù)極匹配了耐受高電壓的氧化物固態(tài)電解質(zhì)，產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了450-550 Wh/kg的能量密度，電芯容量最高達(dá)55Ah，同時可兼顧4C放電倍率和800-1000次的循環(huán)壽命。
其電池已成功搭載于億航智能的eVTOL上完成飛行驗(yàn)證，將續(xù)航時間顯著提升至48分鐘，并已獲得訂單。這一突破直接回應(yīng)了eVTOL行業(yè)的核心痛點(diǎn)，展示了高能量密度電池對于解鎖電動航空潛力的關(guān)鍵作用。
事實(shí)上，對于eVTOL產(chǎn)業(yè)而言，續(xù)航能力是決定其商業(yè)化廣度的重要門檻。目前，許多機(jī)型的實(shí)際飛行時間區(qū)間仍在10-20分鐘，這使得其應(yīng)用場景很大程度上局限于短途觀光等領(lǐng)域。要將eVTOL的應(yīng)用從“錦上添花”拓展到如城際交通這樣的“剛需”場景，業(yè)界普遍認(rèn)為續(xù)航時間至少需要提升到30-40分鐘以上。
因此，像欣界能源這樣能夠大幅提升續(xù)航的電池解決方案，對于推動整個eVTOL行業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。該公司規(guī)劃的2GWh量產(chǎn)線預(yù)計將于今年內(nèi)建成，也預(yù)示著相關(guān)技術(shù)正加速從驗(yàn)證走向規(guī)?；瘧?yīng)用。
這也與國家層面的戰(zhàn)略導(dǎo)向相契合。中國《綠色航空制造業(yè)發(fā)展綱要（2023-2035年）》已明確提出，要突破高能量密度鋰電池技術(shù)，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)滿足電動航空器使用需求和適航要求的400Wh/kg級航空鋰電池產(chǎn)品投入量產(chǎn)，并對500Wh/kg級產(chǎn)品進(jìn)行小規(guī)模驗(yàn)證。
以上線索清晰勾勒出，在對能量密度有著極致追求的航空領(lǐng)域，鋰金屬電池憑借其先天優(yōu)勢，正處在一個技術(shù)與市場需求高度契合的關(guān)鍵位置。
對于那些已經(jīng)在技術(shù)要求更為嚴(yán)苛的高空、平流層無人機(jī)等場景（如前述盟維科技的案例）中證明了自身高比能和可靠性的鋰金屬電池企業(yè)來說，將其成熟的技術(shù)和產(chǎn)品體系“下放”到低空經(jīng)濟(jì)、eVTOL飛行器領(lǐng)域，在某種程度上確實(shí)可以視為一種“降維打擊”——它們的核心優(yōu)勢恰恰是后者亟待突破的瓶頸。
不過，應(yīng)用場景的轉(zhuǎn)換并非簡單的復(fù)制粘貼。
當(dāng)業(yè)界將目光從天空投向地面，轉(zhuǎn)向規(guī)模更為龐大的新能源汽車市場時，評價電池優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)會發(fā)生變化。雖然更高的能量密度同樣受到歡迎，但車規(guī)級應(yīng)用對電池的循環(huán)壽命（通常要求數(shù)千次循環(huán)）、成本控制、以及在各種復(fù)雜工況下的長期穩(wěn)定性和安全性提出了更為嚴(yán)苛且全面的要求。
因此，對于鋰金屬電池而言，若想在新能源汽車領(lǐng)域占據(jù)一席之地，當(dāng)前面臨的主要挑戰(zhàn)，除了持續(xù)優(yōu)化安全性外，更關(guān)鍵的在于如何顯著提升循環(huán)壽命以滿足車輛的長使用周期，并找到兼顧性能與成本的量產(chǎn)路徑。
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