王小磊：固态电池将为绿色公交带来革命性突破

固态电池将为绿色公交带来革命性突破

王小磊

前言

固态电池在安全性、续航、寿命、环境适应性等方面的优势，与公交车“高安全、高效率、低成本、广场景”的运营需求高度匹配。随着固态电池技术的不断成熟和成本的降低，相信固态电池有望成为下一代公交动力电池的主流选择。随着技术成熟和成本下降，固态电池将为城市公共交通带来革命性的变化。

1. 固态电池简介

1.1 工作原理及结构

i. 工作原理

固态电池的工作原理与传统锂离子电池类似，但有一个关键区别：它们使用固体电解质而不是液体电解质。这种固体电解质使固态电池的结构和工作原理与传统液态锂电池存在本质差异，有助于锂离子在充电和放电循环期间在阳极和阴极之间移动，并能抑制锂枝晶生长。与液体电解质不同，固体电解质消除了泄漏的风险，并显著降低了热失控的机会，因而提高了电池的安全性。

ii. 结构

固态电解质层消除了易燃液体，使热失控触发温度提升至180℃以上；锂金属负极的应用可将使能量密度突破500Wh/kg。

iii. 固态电池与传统锂离子电池相比的优势

a) 提高安全性与寿命：固体电解质替代液态电解质，杜绝了泄漏和燃烧风险，支持更频繁的深度充放电循环，延长电池使用寿命

b) 高效能量密度：更高的能量存储能力，使公交车在单次充放电中可贡献更多电力，提升V2G的效能。

c) 环境适应性：固态电池对高温、低温环境的耐受性更强，保障V2G功能在极端天气下的稳定运行。

1.2 主要发展历程

i. 早期探索阶段（1970-1999年）

固态电池基础理论的重要奠基人之一是诺贝尔化学奖获得人约翰·古迪纳夫（John Goodenough）。1979年，古迪纳夫和他的合作者开发了一种锂电池，首款固态锂离子电池的原型在实验室诞生，但受限于固态电解质的低离子电导率和界面稳定性等问题，未能实现商业化。

ii. 初期发展阶段（2000-2016年）

2000年后，固态电池的研发与实验逐渐加速，全球多家公司开始布局固态电池技术。

iii. 快速发展阶段（2017年至今）

2017年，玻璃状介质技术的提出标志着固态电池第一阶段研发完成。

1.3 国内现状

固态电池作为下一代技术，国内固态电池技术发展迅猛，固态电池技术正处于半固态电池商业化加速、全固态电池核心技术突破的关键阶段。然而，固态电池发展也面临挑战，如稳定性差、成本较高等技术瓶颈。但随着技术不断创新与产业链协同发展，这些问题有望逐步解决。目前，中国固态电池产业已实现‌半固态电池规模化装车‌，技术成熟度领先全球；全固态电池预计‌2027年进入商业化初期。未来固态电池有望在提高能量密度、安全性等方面取得更大突破，引领电池技术新潮流。

1.4 政府和行业支持

i. 政策支持

在《新能源汽车产业发展规划（2021—2035年）》《工业和信息化部等六部门关于推动能源电子产业发展的指导意见》等文件中，固态电池被列为下一代电池技术的核心方向，重点支持全固态电池研发及半固态电池量产。2025 年 2 月，发改委发布《全固态电池产业化加速实施方案》，要求 2027 年实现能量密度超 500Wh/kg 的全固态电池量产，较原计划提前两年。4月8日，工信部发布2025年标准工作要点，首次将全固态电池纳入新产业标准建设核心，明确提出建立健全固态电池等标准体系。

ii. 标准体系建设

• 2025年4月，工业和信息化部发布了《2025年汽车标准化工作要点》，提出加快全固态电池、动力电池在役检测、动力电池标识标签等标准研制，不断优化动力电池性能要求。

• 中国汽车工程学会在2025年5月推出了全球首个团体标准（《全固态电池判定方法T/CSAE 268-2024》），首次明确了全固态电池的定义，解决了行业面临的界定模糊、测试方法缺失等问题，为产业发展提供了重要指引。

虽然中国已构建全球最完善的固态电池标准架构，仍然需要在相关产品的质量及成本管控等方面有新的突破，以形成覆盖全产业链的标准体系。

2. 应用前景

2.1 提升纯电动公交车的安全性

公交车作为载人量大的公共交通工具，安全是首要考量。固态电池因为无液态电解液，不会在反复的充放电过程中，形成的树枝状锂会刺穿两个电极之间的隔膜，导致电池内部短路，使整个电池会剧烈升温而爆炸。从根本上解决了传统液态电池的安全隐患。

2.2 破解轻量化与里程焦虑难题

固态电池使用固态电解质，可在较小空间内储存更多能量，其能量密度是传统锂电池的2-3倍。目前，传统锂电池的能量密度约为250Wh/kg，固态电池的能量密度理论上可达400-600Wh/kg，甚至更高。相同续航需求下，高能量密度的电池可以使电动公交车的整备质量大幅度下降，固态电池的体积和重量更小。对公交车而言，减重可提升单位电量的行驶里程。同时减少车身负重，也间接降低能耗。因固态电池的储电量更高，可支持公交车单次充电续航里程提升50%以上而，进而减少因充电产生的空驶里程，提升运营生产效率。

2.3 缩短充电时间

i. 支持高倍率快充

固态电解质的离子传导路径更稳定，不易因高电流密度产生副反应（如液态电解液的分解），可支持更高的充电倍率（例如2C-3C快充，即20-30分钟充满）。相比之下，传统液态电池为避免析锂和热失控，通常限制在1C以内（60分钟以上）。  

ii. 快充循环稳定性更好

即使长期高频次快充，固态电池的容量衰减也比液态电池慢。例如，经过1000次1.5C快充循环后，固态电池容量保持率可达85%，而液态电池可能降至70%以下，适合公交车“间隙快充、高频循环”的使用模式。

2.4 二次污染降低

固态电池不含毒性有机电解液，且核心材料（如锂、镍等）更易回收，符合公交车作为“绿色公共交通”的环保定位，减少全生命周期的环境影响。

2.5 降低寿命周期费用

i. 循环寿命提升30%以上

传统液态锂电池的循环寿命通常为1000-2000次（衰减至80%容量），而固态电池（尤其是硫化物体系）循环寿命可达3000次以上，部分实验室数据甚至突破5000次。按公交车年循环700次计算，固态电池可支持5-7年使用寿命，远超液态电池的3-4年，大幅降低电池更换频率和成本。

ii. 宽温域适应性

传统液态电解液在-10℃以下会因粘度上升导致离子传导效率骤降，电池容量可能衰减30%以上，影响冬季运营。而固态电解质（如聚合物基半固态电解质）在-20℃仍能保持较高的离子电导率（>10⁻⁴ S/cm），低温容量衰减可控制在10%以内，确保北方地区公交车冬季正常续航。在高温环境（如南方夏季露天停放），固态电池的容量衰减速率比液态电池慢20%-30%，减少高温对电池寿命的影响，降低热带地区的运营损耗。

iii. 减少维护需求

固态电池无需像液态电池那样定期检测电解液状态、更换密封圈（防止泄漏），且对充放电条件的兼容性更强（如耐受更高的充放电倍率波动），降低公交车队的日常维护工作量和费用。

2.6 V2G场景的适应性

i. 安全性高

相较于传统液态电池，安全性是固态体电池的另一大亮点。由于其结构稳定且不易发生电解液泄漏或燃烧，固态电池大大降低了安全风险。在“VPP（Virtual power plant）+V2G Vehicle-to-Grid）“的虚拟电网的系统中，这种高安全性确保了车辆在充放电过程中的稳定运行，增强了用户对V2G技术的信任和接受度。

ii. 储能设备循坏寿命长

固态电池的长循环寿命也是一个重要优势。相比于传统电池，固态电池在充放电循环中表现出更高的稳定性，减少了电池衰减的风险。这不仅延长了电动公交车的使用寿命，还确保了V2G系统在长期运行中的可靠性，降低了维护和更换成本。

iii. 迅速响应电网需求

随着科技的进步，固态电池在电动公交车中的应用日益广泛，为V2G（技术的发展提供了显著优势。固态电池具有高能量密度，这意味着它们可以在更小的体积内存储更多的能量。这一特性使得电动汽车能够搭载更大容量的电池，从而在“VPP+V2G“系统中具备更强的电力储备能力，更好地满足电网的调峰需求。

3. 结语

随着新能源技术的快速发展，固态电池公交车的应用正逐步普及。相较于传统液态电池，固态电池具备更高的安全性、更长的寿命和更优的能量密度。在公交车这类公共交通场景中，凭借其独特的技术特性，相比传统液态锂离子电池展现出多维度的应用优势，尤其贴合公交车高频次、高安全性、长续航的运营需求，为公交车运营带来了革命性突破。