可让电车续航超1000公里？全固态电池真能破解“里程焦虑”吗？

“里程焦虑”是电动汽车发展面临的核心痛点之一，而全固态电池被业界视为破解该痛点的“种子选手”。

据报道，国内首条大容量全固态电池产线近日建成，目前正在小批量测试生产，计划在2027年-2030年逐步进行批量生产。

国内首条大容量全固态电池产线建成。图源：央视新闻

电车的标称续航里程是怎么测的？

全固态电池与锂离子电池有哪些区别？

真能破解电动汽车“里程焦虑”吗？

未来实现大规模推广应用

还需攻克哪些难题？

标称续航里程是怎么测出来的？

“标称”续航里程的标，是什么意思？

目前我们中国汽车行业的标称续航里程，一般是指CLTC（China Light - Duty Vehicles Test Cycle 中国轻型汽车行驶工况的简称）续航里程，也是国内在售新能源汽车必须使用并标注的续航里程，这套标准是基于中国41座城市、超过5000辆车的真实驾驶数据开发而成，旨在更贴近中国的实际路况，如频繁的红绿灯、拥堵的城市交通等。

而电动车续航里程，可以用下面的公式来概括：

这个公式的意思是，电动汽车续航里程(L，单位：千米)与电池容量(C，单位:千瓦时)成正比，与平均电耗(E，单位:千瓦时/千米)成反比。

换句话说，电池容量越大，车越省电，就跑的越远。电池容量容易确定，但是车子的耗电量，与很多因素有关。为了得到具有可比性的结果，CLTC的测试是在实验室的底盘测功机上进行的，在测试时，所有非必要车载电器（空调、座椅加热、功放等）都必须关闭，同时测试时的温度被设定在20-30℃这个区间内，就像是我们在健身房里的跑步机上跑步有点像。

国家机动车产品质量监督检验中心（上海）广德基地的一间检测室环境舱。新华社发

同时CLTC测试过程中，测试中怠速、低速（小于40km/h）和中速（40-80km/h）的行驶比例较高，测试的最高速度为114km/h，且高速巡航阶段比较短暂，整个测试的平均车速仅为28.5km/h，同时在测试中会模拟城市中走走停停的频繁加减速状态，这种测试方式的好处是被测车辆运行在一个相对“舒适”的区间内，可以确保测试的变量比较单一，但测试出的结果也相对“理想化”。

从前面的实验过程我们可以看出，标称续航里程实验条件较为严谨，也尽可能地模拟了实际情况，有一定的参考意义，可以用来直观比较不同车型的续航能力。但是，对于同一辆车来说，一旦走出实验室，就很难达到标称续航里程了，这又是为什么呢？

原来，“理想化”的实验室中得出的测试结果，与我们真实的用车环境会有巨大的差异，也就导致了“理想很丰满，而现实很骨感”——除了正常使用充放循环带来的电池电量衰减外，环境温度、拥堵的城市路况、高速行驶时的风阻等因素都会导致续航里程下降。

全固态电池

与锂离子电池有哪些不同？

“与传统锂离子电池相比，全固态电池最大的不同是电解液的替换，以及整个正负极材料的优化。”温州大学碳中和技术创新研究院院长侴术雷说。

西湖大学工学院助理教授向宇轩表示，全固态电池使用不易燃的固态电解质替代传统的液态有机电解液，目前主要有硫化物电解质、氧化物电解质和聚合物电解质三条技术路线。

2024年9月拍摄的锂金属固态电池成套线局部。新华社记者 唐文豪 摄

向宇轩谈道，传统锂离子电池的主要结构包括石墨负极、磷酸铁锂正极（或三元正极）以及正负极之间的多孔聚合物隔膜和液态有机电解液。电池充放电过程中，锂离子借助液态有机电解液在正负极间来回迁移。

“相比之下，全固态电池利用固态电解质膜替代多孔聚合物隔膜和有机电解液。电池充放电过程中，正负极间的锂离子可通过固态电解质中特殊离子通道完成输运。”向宇轩说，全固态电池不仅不会发生液态有机电解液的漏液、腐蚀和燃烧等问题，还允许使用更高容量的正负极材料，因此理论上有望显著提升电池的安全性和能量密度。

如何提升电动汽车续航能力？

“里程焦虑是新能源汽车行业的痛点问题，其最根本的原因是目前锂离子电池的能量密度比较低，在电池包体积和质量受限的情况下，难以提供足够的电能。”向宇轩说。

向宇轩解释，锂离子电池的能量密度主要受限于正负极材料较低的比容量。而全固态电池由于固态电解质的稳定性和安全性，可以使用更高理论比容量的正负极材料，这将直接带来电池能量密度的大幅提升。

不仅如此，全固态电池的安全性优势，使其在系统集成过程中可部分减少传统电池的安全结构，整体结构更紧凑。

“若将全固态电池应用在电动汽车上，可以在相同电池包尺寸和质量的情况下储存更多电能，大大提升电动汽车的续航里程。理论上可以让电动汽车续航超过1000公里。”向宇轩认为，虽然目前全固态电池的规模化量产还面临技术和成本的挑战，但长远来看，全固态电池有望成为破解电动汽车“里程焦虑”的关键突破口之一。

距离大规模推广应用还有多远？

“目前全固态电池的研发尚处于初期阶段，而且其核心材料为固态电解质，这一独特属性使其与锂离子电池的现有制造工艺有较大区别。”向宇轩表示，要实现全固态电池的大规模推广应用，还需要破解多项关键技术难题。

侴术雷也认为，全固态电池若想兼顾高能量密度和长时循环，并实现大规模应用，面临多项挑战。

图片由AI生成

向宇轩分析，例如，关键材料的制备和使用过程对空气较为敏感，需要特殊设备和严格的环境控制。这需要在规模化和低成本合成制备技术上进一步突破，因此全固态电池产业链发展成熟仍需时日。

与此同时，全固态电池中正负极活性物质和固态电解质之间形成的是固-固界面，而充放电过程中活性物质的体积变化将会对这种“刚性”界面接触的稳定性带来极大挑战。侴术雷举例说，全固态电池采用硅碳负极后，会出现较大体积膨胀，产生界面之间的阻抗。在实验条件下，需要很高的压力才能实现电池正常工作。

“这需要研究人员从固态电解质的电化学和力学性质等方面开展深入的机理研究，以期早日突破固-固界面稳定性问题。”向宇轩说，攻克上述关键技术难题，需要在材料和设备等多领域实现协同创新突破，最终推动全固态电池的生产和应用走向规模化。

来源：科技日报、科普中国等