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问题

锂电池的下一代会是什么电池？

回答
很多人都在好奇，我们现在生活中离不开的锂电池，究竟有没有“下一代”？而且，如果真有，它又会是什么样子呢？这个问题就像在问，我们现在用的智能手机，未来会不会被什么更神奇的东西取代一样，充满了未知和期待。

事实上，锂电池本身也在不断进化，我们现在用的锂离子电池，已经比最早的锂金属电池安全和稳定太多了。但要说“下一代”，那得是能够解决锂离子电池现在的一些瓶颈问题，比如能量密度不够高、充电速度不够快、安全性还有待提升，或者成本能进一步降低。

在众多潜在的“下一代”电池技术中，固态电池可以说是目前最受瞩目的一个。

你可以把锂离子电池想象成一个湿乎乎的汉堡，其中电解液就像中间的酱汁一样，让锂离子在正负极之间自由穿梭。而固态电池，则是把这个“酱汁”变成了“固态”。它使用固体电解质，而不是我们现在用的液态有机电解液。

为什么这个改变这么重要呢？

安全性大提升： 现在锂离子电池用的液态电解液，很多是易燃的，这就像你汉堡里的酱汁如果不小心滴到明火上，可能会起火一样。一旦电池内部出现问题，比如短路，液态电解液很容易引起热失控，甚至爆炸。而固态电解质是固体的，本身不易燃，大大降低了起火和爆炸的风险，这就像你把汉堡里的酱汁换成了果冻，安全多了。
能量密度有望更高： 现在的锂离子电池，为了安全，正负极材料的能量密度已经接近理论极限。但固态电池可以尝试使用更“激进”的负极材料，比如锂金属负极。想象一下，你可以把汉堡里的肉饼换成一大块厚实的牛排，这相当于在同样的空间里储存更多的能量。锂金属负极的理论容量比石墨负极高得多，如果能稳定应用，固态电池的能量密度有望比现在的锂离子电池提升50%甚至更高，这意味着电动汽车可以跑得更远，手机可以续航更久。
充电速度可能更快： 理论上，固态电解质的离子导电性可以做得很好，有可能实现更快的充电速度。这就好像你不是慢慢地把水倒进杯子里，而是可以快速地倾倒，让杯子瞬间充满。
工作温度范围更广： 固态电解质在高温下通常比液态电解液更稳定，这意味着固态电池可能在更宽的温度范围内工作，对电动汽车在寒冷或炎热环境下的表现会更有优势。

当然，固态电池也不是“万能药”，它目前也面临不少挑战。

比如，固态电解质的离子导电性：虽然很多固体材料的离子导电性很好，但要达到液态电解液的水平，尤其是在室温下，还有技术上的难题需要攻克。这就好比你虽然用了果冻做酱汁，但如果这个果冻导电性很差，锂离子就很难快速地通过它。

界面问题也很棘手。在充放电过程中，锂离子在电极和电解质之间进出，可能会在界面上形成一些“副产物”，就像给你的牛排和果冻之间加了一层不导电的薄膜，影响电池的性能和寿命。而且，固态电解质和电极之间的接触也需要做得非常好，不能有缝隙，否则也会影响导电效率。这就像你想让牛排和果冻紧密结合，但它们之间总是隔着一层空气。

生产成本也是一个大问题。目前固态电池的制备工艺复杂，成本高昂，还没有形成大规模量产的经济性。

除了固态电池，还有一些其他的“下一代”技术也在发展中，虽然它们可能不像固态电池那样被大众熟知，但同样具有潜力：

锂硫电池（LiS）： 它的理论能量密度非常高，是锂离子电池的几倍。而且硫元素在地壳中的储量丰富，价格便宜。但它目前面临着硫正极溶解流失的问题，以及充电过程中的一些副反应，稳定性还需要大幅提升。
锂空气电池（LiO2）： 这个技术听起来就很高大上，它就像一个“呼吸”的电池，直接从空气中获取氧气参与反应。它的理论能量密度非常惊人，几乎可以和汽油媲美。但它同样面临着效率低、寿命短、循环性能差等一系列严峻的挑战，距离实用化还有很长的路要走。
钠离子电池（Naion）： 钠离子电池和锂离子电池的工作原理非常相似，只是把锂离子换成了钠离子。钠资源比锂资源丰富得多，成本也更低廉，而且在一些负极材料上，比如硬碳，钠离子电池的性能表现出人意料。虽然目前钠离子电池的能量密度略低于锂离子电池，但在对成本敏感的储能领域，或者对能量密度要求不那么极致的场景下，它非常有潜力成为锂离子电池的补充甚至替代品。
金属氧化物电池： 一些研究也在探索使用金属氧化物作为电极材料，比如锌空气电池，它也具有高能量密度和安全性好的优点，但充电效率和寿命仍然是需要解决的难题。

总的来说，锂电池的“下一代”并不是一个单一的答案，而是一个正在不断探索和演进的领域。固态电池凭借其在安全性、能量密度方面的巨大潜力，无疑是目前最受关注的明星。但同时，钠离子电池等成本更低廉、资源更丰富的技术，也可能在特定的应用场景中扮演重要角色。

这场关于电池技术的竞赛还在继续，我们看到的每一次技术突破，都可能让我们的生活发生颠覆性的改变。就像我们现在很难想象没有智能手机的日子一样，未来的出行方式、能源利用，都可能因为这些新一代电池的出现而变得更加便捷、高效和可持续。

网友意见

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没了。

锂电池就是电池的终极，最后一代，没有下一代了。（仅限化学概念下的电池层面）

不管是什么锂，锂什么，圆形的，方形的，液态的，固态的，刀片的，锤子的，都是在这基础上缝缝补补。

因为锂就是元素周期表中质量最轻的金属，元素周期表金属活动性最强的玩意，元素周期表电极电势最低的玩意...等等一大堆最适合电池的化学特性。

而元素周期表几乎可以断定包含了宇宙中所有的元素，即使有新元素也没用，现有化学框架内，后面的元素都是些飘渺云烟。

退一步说，锂电池已经是电池领域最伟大的发明了，其发明者也获得了2019年的诺贝尔奖。

是不是很绝望呀？ (*•̀ᴗ•́*)

宇宙大过滤器理论正在启动，人类目前的科学理论天赋树几乎点到了尽头。别说电池了，就是整个工程学，物理学，化学，都已经很久很久没什么实质性更新了，人类极大概率会被永远困死在这个偏远的小星系，直到地球被变成红巨星的太阳吞噬，人类也没能在宇宙中传播下任何种子。

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最近关于固态电池的讨论很多，有些媒体文章里固态电池被看做下一代电池的进化方向，甚至有些企业已经宣布固态电池进入量产阶段。然而拨开这些宣传口径，固态电池技术其实还没走出实验室，全固态电池也远没达到商用。

所以先说结论，固态电池看似未来储君，实则前途未明。


严格意义上来说，固态电池仍然是锂电池的一种，但是已属于跨越式的变化。接下来，我们将从以下几点展开：

  1. 锂离子电池的不足
  2. 什么是全固态电池
  3. 全固态电池的理论优势
  4. 全固态电池的应用难点
  5. 行业内现有固态电池研究盘点
  6. 全固态电池会有春天吗


学霸也有短板——广泛应用的锂离子电池仍有先天不足

首先，是电池能量密度的天花板，对于电动车最直接的影响就是续航里程。当前电芯能量密度已提升到了250Wh/kg以上，但仍然无法超越燃油车。由于受到电解液最高电压的限制，无法采用电压更高的正负极材料，锂离子电池的能量密度天花板约在350Wh/kg，可以一定程度的缓解里程焦虑，但难以实现突破，使电动车续航里程上能完全取代燃油车。

其次，是安全性方面的隐患。当前，锂离子电池采用的是液态电解液，一旦电池发生内短路、热失控，或电解液泄漏等，可能引起电解液的燃烧，进而引起电池起火等安全事故。这也是一部分人谈电色变的原因，即使现在的电动车事故率已经低于燃油车，但安全还有提升空间。

以及，由于液态电解质在充放电过程中容易形成和生长固态界面膜，电池的寿命也有较大的局限性。更长寿命的电池也是当前的发展趋势，有助于提升用户体验，降低使用成本。

全固态锂电池的概念应运而生，被视为突破锂离子电池瓶颈的下一代电池技术。


揭开面纱——固态电池究竟是什么？

现在市场上很多企业都说自己在研发固态电池，甚至有一部分说自己已经拥有了固态电池，在我看来，绝大多数都是伪固态。

传统锂电池由正极、负极、隔膜、电解液、结构件等部分组成，借助锂离子在正负极之间的来回穿梭完成电池的充放电，而电解液和隔膜就像是一个泳池，锂离子在其中来回游泳。全固态电池，其实就是把泳池换成了一块固态的平台，试想一下，一个是在水里游泳，一个是在地上跑步，这个比喻虽然在技术上不是很恰当，但显示出固态电池比锂离子电池要更高效。别小看这一步的变化，它能够带来性能的飞跃，同时也带来了一些新的挑战。


全面性能提升——全固态电池的优势

更能打的能量密度。由于固态电解质的电压窗口比较宽，因此既可以采用电压更高的正极材料，也可以直接使用锂金属替代石墨负极。如果采用锂金属负极，电池能量密度有望达到400Wh/kg，甚至更高。

更可靠的安全性。使用固态介质，避免了电解液的漏液及燃烧风险（固态电解质在一定条件下也会分解，但相对而言分解难度更高），甚至在物理冲击、破坏测试之后，电池仍不冒烟、不起火、不爆炸，安全性能大幅提升，让电动车的体验更加优秀。

此外，全固态电池在理论上还有几大优势，如使用寿命大幅提升，大大减少结构件用料，为电池减负，可实现柔性化设计，增加电池设计自由度等。

还是那句话，市场筛选是有一定标准的，为什么这么好的东西没有应用到市场上呢？这个答案就是，太难了！下面就从应用难度切入剖析全固态电池的难点。


带刺的蔷薇——全固态电池的应用难点

固态电池虽然优势巨大，但是否能够顺利量产，还得打一个大大的问号。

首先，从技术实现看，现阶段，固态电解质并不是一条宽敞的跑道，而是布满障碍的百米跨栏赛道。想要实现，难度不小。

第一个拦路虎是离子电导率。离子电导率即锂离子的通过率，决定了锂离子在正负极之间运输的通畅性；当前的固态电解质研究热点可主要分为固体聚合物、氧化物、硫化物三种体系。其中硫化物是目前唯一可以媲美液态电解质电导率的材料，同时具有较好的加工性能。但是硫化物对水分极为敏感，导致其从材料合成到电池制备都需要高规格的干燥环境，而且硫化物电池的制备工艺与锂离子电池差异极大，整体生产成本较高。

第二个拦路虎是界面阻抗。传统液态电解质与正负极的接触方式为液/固接触，界面湿润性良好，界面之间不会产生大的阻抗。而固态电解质与正负极之间以固/固界面方式接触，接触面积小，紧密性更差，因此界面阻抗较高，会影响锂离子在界面之间的传输。电极材料在充放电过程中的体积变化还会进一步加剧界面的分离和循环性能的恶化。

以上的结果就是，尽管材料的理论能量密度很高，但无法有效地释放能量。

其次，即使现阶段制造出了性能优良的样本，但是走向量产还需要克服成本的压力。目前实验室的固态电池样品生产过程中，实际成本大约是液态电池的十几倍，主要是由于技术不成熟及材料稀缺的原因。


李鬼还是李逵——行业内现有固态电池研究盘点

由于全固态电池在材料、界面、工程上诸多的挑战，全固态电池短期内量产的可能性较低、量产时间仍是个未知数。

目前固态电池研究比较靠前的是丰田汽车，上个月，丰田宣布已经按照计划成功制造出固态电池的样品，而且已经安装到概念车上，并有望于2025年实现小规模生产。丰田的这款固态电池，目标是电池从0~100%充电仅需15分钟，使用30年后仍然能够保持90%以上的性能，同时能量密度将提升至450Wh/kg，无疑是值得期待的。

但丰田也表示，生产固态电池仍然存在巨大挑战，需在新材料、新设计的取得突破的前提下，才能够激发电池的真正潜力，目前离理想的方案还有些距离。总得来说，目前丰田的固态电池方案仍属于实验室阶段，预计2025年之后的产能也不会太多，且成本依旧居高不下。

电池领域的大佬宁德时代去年也公开表示，公司正在进行全固态电池的研发工作，也制作出了样品，但是要完全商品化还有很长的路要走。

目前，市场上有部分企业宣称固态电池已进入、或即将进入量产阶段，比如辉能科技宣称将于2024年实现固态电池量产，但已公开电池内部含有一定量的液态电解液，并非真正意义上的固态电池。通过公开资料的分析看，现阶段宣称量产的固态电池普遍存在两个特点：

（1）负极仍为石墨或者含少量硅的Si-C复合负极

此电池体系结构与现有液态锂离子电池一致，并未有突破性的设计。同时由于氧化物、硫化物等无机固态电解质的密度普遍高于现有商业碳酸酯等液态电解液，在采用相同的正负极材料体系下，固态电池的能量密度低于现有商业化的锂离子电池。因此，从能量密度考虑，应该开发锂金属等高容量材料作为负极。但由于锂金属负极制备工艺、锂金属负极巨大的体积变化、锂金属电池微短等因素的限制，高能量密度固态锂金属电池距离量产应用还有较长的研究路程。

固态锂离子电池与固态锂金属电池能量密度比较

（2）多数为固液混合体系

针对固态电池的界面难点，业界提出可以在电池中添加少量的液体成分以改善界面浸润。中科院李泓老师等人在《储能科学与技术》期刊所发表文章中将这种技术路线按照液体组分的添加量划分出不同的固态电池概念，其中，液态含量占比为10%的体系称为半固态电池，5%称为准固态电池（也有人表示液态含量低至5%后的体系，就可以认为是“固态”电池）。上述含液体的电池可以认为是固液混合，而不含任何液体组分的，才能被公认为“全固态电池”。


液体电解液的引入，有助于提升固态电池短期内界面接触和电化学性能。许多产业界人士认为全固态电池短期难以量产的背景下，固液混合体系可以暂时作为一种折中方案。但是，固液混合电池在全生命周期的性能测试结果目前还没有公开报道出来。从实际市场看，固液混合电池只有在安全性、能量密度、循环寿命、成本等指标上均表现出不亚于甚至超过现有锂离子电池体系的性能之后，才具备足够的市场竞争力，但目前还未见成果。


现阶段，市面上的电池没有一个是真正意义上的全固态电池，都有些偷换概念的意味。全固态电池在原理上确实是很美好的方向，但综合现阶段行业研究成果，距离广泛应用于现有商业环境中的全固态锂电池量产，还有很大一段路要走。再到成本、产量、可靠性等综合考虑，下一代电池是否会全面转向全固态电池？这个问题的答案还不明朗。

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几位大神们的回答都挺好了，对几种技术的发展方向都有梳理。我在这里换一个角度：沿锂电应用领域维度展开一下讨论，讨论不同技术方向的应用前景，他们有没有可能在这些领域对锂电目前的大规模应用实现挑战和替代。

目前锂电应用领域主要有：

电动汽车（乘用车／大巴／其它商用车）

低速电动车/电动自行车

固定式储能（电站）-并入电网，调频/峰谷调节用

消费电子3C（手机为代表）

如果讨论几种竞争者的话：

（以乘用车为代表的）电动汽车->基本还是高能量密度是主要的方向（高镍，硅负，大家说了, 所以锂电仍然是未来主流方向），降低成本可能成为另一条方向（锂电中的高性能铁锂有可能回潮，而且现在在大巴中本来用的就很多，磷酸铁锂不会被淘汰），而安全肯定是重中之重，锂电的这几个方向都会往这个趋势努力。

而响应高比能+低成本+高安全的趋势的话，咱们看看其它技术：燃料电池算了（成本肯定高，寿命也不好，变负荷工作能力差，更多只能向重载卡车方向走）；锂硫、锂空这些技术的实际质量比能量根本就没有文献中那么好看，对于汽车更重要的体积能量密度更是没法看，成熟度也差的远；超级电容？能量密度太低；多价离子金属？现在实际他们能做出多少的能量密度和寿命啊？我说实际，不是实验室扣电。

所以虽然从外面看有好多技术，中期内肯定还是老实看锂电。至于固态电池有一定可能解决以上说的几个问题，但是起步阶段成本肯定没有优势，技术成熟度也要不断提高，但是想象空间肯定很大，目前也已经有企业有了一定的进展（中国，日本，美国）。

注意：这里说的是以乘用车为代表的电动汽车，因为对于卡车客车等方向可能会略有不同（燃料电池可能 会更适合点），但是乘用车是最大的市场也是和我们生活相关度最高的，因此囿于篇幅，不展开了。

所以总体来说：仍然是锂电（高镍+镍负），固态电池的发展要再考察，有可能成为GAME CHANGER。其它的几种技术如果不能做到高比能+低成本+高安全，也只能是停留在文章阶段沾一下电动汽车的光。


低速电动车/电动自行车->这个领域之前曾经是铅酸的，目前锂电对铅酸的取代进行的非常迅速，能量密度上的优势、大规模生产后成本的下降优势以及铅酸材料本身环保上的忧虑都导致了该取代的迅速发生。不过大家也要看到，电动自行车因为设计、质量、使用习惯等原因，也发生了不少充电时的安全事故，加上对于锂资源等等的考虑，对于相比电动汽车领域来说没有那么高端的电动自行车行业，锂电算不上真正的唯一选择，其它技术的挑战存在。在这一方面，钠系电池有可能是一个搅局者----其不需要使用锂，原料成本更低，材料正在不断研发和成熟化，水体系有可能带来很好的安全性，这些方面的因素都可能是其有可能会进入。

所以总体来说：该领域低成本+能量密度等要求略低，也是会有钠电这样的新技术存在成为挑战者的可能性的，未来会是谁要看技术的成熟速度、工业化进展。


固定式储能（电站）-并入电网，调频/峰谷调节用-> 这个就是能源-储能领域了，目前可用的技术非常多，真正的是百花齐放状态。之前的时候抽水储能+铅酸是主体。抽水储能一直是储能中的压倒占比贡献者，只要地理条件允许其优势极为突出，在可预见的未来肯定还会是主要优势技术。而铅酸在近年内在储能领域的确受到了五花八门的技术的挑战：机械能储能（飞轮，压缩空气等），各种化学能储能（刚才说的钠电，液流，锂电等等），相变储能，氢能等等。锂电在储能领域近几年来装机不少，不过挑战也很大，安全事故不少（今年韩国就有不少事情），其技术优势也算不上多明显。而其它各种储能技术则真的是各有优缺点，群雄逐鹿的阶段，所以非要说谁一定是明日技术，目前还真不好说。

但是说到固定式储能，其是一个与电网常常有互动，受电力政策影响明显的技术/行业，可能电网（频繁的）定价/辅助服务的政策（变化）就会直接导致技术商业化进度受到明显影响，而且这些技术本身在尤其是中国这样的大电网的体系下，如何在全生命周期内发挥自己的长处最大化经济效益，都是一个很大的问题。毕竟储能/能源领域的应用，真使用起来的能源服务大多是同质化的，特色差异/服务/体验等现在流行的概念常常难以体现，因此储能技术用到最后都会变成比较单纯的拼经济性价比算寿命（没办法）：出力大了容易坏，出力小了算不明白账……，所以个人还是认为各种储能技术水平进一步的飞跃对于其更好的应用是必须的，商业模式这东西肯定要研究出好的，但是如果光说商业模式本身就是对技术问题的逃避。

所以总体来说：纯算经济账，受电力体制定价机制影响大，比拼经济性价比算寿命是关键，各种技术都有可能，但是都需要进步，群雄涿鹿中。

消费电子3C（手机为代表）： 消费电子倒是成本其实没那么敏感（相比而言），但是体积能量密度要求实在太高，所以锂电中都是让最贵的钴酸锂一统天下，这几年三元电池成本更低，也开始有了一部分市场（如一位知友描述：目前更多只是在部分充电宝领域）。在未来，高体积能量密度肯定还是主流->锂电池中的钴酸锂不会变。如果柔性电池技术真有发展，或需求场景增多，那固态/柔性技术可能会有些新的发展和应用。金属/氢的空气/燃料电池基本上只会用于小众的类似于外置移动应急电源的领域，锂硫要是能做好了也许对一些体积能量密度要求低的地方会比较有用，超级电容超低的能量密度（但也有快充的好处）也只可能找一些特种领域，其它技术基本不太会往这个方向有应用。

所以总体来说：高体积比能的锂电，即钴酸锂，是主流，三元有可能有一定参与，固态也有可能有所应用。锂硫或者燃料电池类只可以找些小众应用方向。

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