[摘要] 本文综述了固态电池技术发展现状、国内外主要标准及重要标准解读，重点介绍了固态电池测试技术，并对未来发展趋势进行了展望。

[关键词] 固态电池；发展现状；标准；测试技术  

谢先宇

博士，上海机动车检测认证技术研究中心有限公司汽车整车与零部件检测中心副总工程师，

工业和信息化部动力电池行业准入规范评审专家，新能源汽车安全体系审核专家，

上海市新能源汽车及应用标准化技术委员会秘书长。

专注新能源车用先进能源系统设计、开发和测试认证，

以及电池关键材料研发及测试评价等研究，

先后承担多项国家及上海市新能源研究课题，

主持和参与国家、地方及行业标准10余项，申请并获得授权专利20余项，

在国内外核心期刊发表论文30余篇。

引言 

当前，中国动力电池产业处于全球领先地位，液态锂离子电池已在新能源汽车领域大规模应用，但在安全性、寿命、能量密度等方面有待进一步提升。因此，大力发展高安全、长寿命、高比能的新一代动力电池，如全固态电池、半固态电池等，成为我国动力电池产业持续引领全球的关键。眼下，我国固态电池处于商业化落地前期阶段，存在固态电解质空气稳定性差、固态电解质与活性物质之间物化接触不良、制造工艺未定等众多科学与工程化问题，亟待搭建快速高效的非大气暴露固态电池综合测评能力，为解决固态电池落地应用问题提供技术支持，助力中国新能源新质生产力的发展。

1 固态电池发展现状 

固态电池 根据电解质的不同，可以分为半固态电池、准固态和全固态电池，它们通过使用固态电解质替代液态电解质。相对于液态锂电池，固态电池有三个优势：一是固态电解质燃点非常高，可提高电池热稳定性能；二是固态电池的电压平台是5V（伏特），高于液态电池的4.3V，能够匹配高压电极材料，电池能量密度和比容量优于液态电池；三是固态电解质不具有流动性，因此不存在漏液现象，可简化电池成组设计，降低电池重量和体积，其单体能量密度有望突破500Wh/kg（瓦时/千克）、系统能量密度有望突破300Wh/kg。

1.1 固态电池电解质技术路线对比分析

固态动力电池研发的核心是固态电解质，存在三大关键技术难题：一是无法满足室温高导电率要求（> 10−3s/cm 西门子每米），限制了离子传输效率，快充性能无法与电解液比较；二是容易导致接触不良，尤其是多次充放电循环后机械应力易导致接触失效；三是电解质与电极间的化学、电化学相容性与其他性能难以均衡，尤其是在锂金属负极应用时。为了解决上述问题，科学家们对不同固态电解质路线进行了研究，主要有三种，即聚合物、硫化物、氧化物，但各有优缺点。

1.1.1 聚合物电解质技术路线

优势：加工性能好，具有较好的柔韧性，容易加工成型；技术相对成熟，与现有锂电池电解液的生产设备、工艺都比较兼容。

劣势：离子电导率较低，低于硫化物、氧化物的离子电导率水平，约60℃高温以上才能正常充放电；电化学窗口窄，电压太高时（>4V）电解质易被电解；热稳定性和高压稳定性较差，降低了电池的安全性。

1.1.2  硫化物电解质技术路线

优势：离子电导率最高，达到甚至超过液态电解质的离子电导率水平，优于其他电解质材料；机械性能好，易于加工。

劣势：化学稳定性差，硫化物在潮湿空气中不稳定，容易产生硫化氢等有害气体；成本较高，硫化锂等关键原材料价格昂贵，且制备工艺复杂；界面稳定性差，硫化物容易与正负极材料发生副反应，造成界面高阻抗，导致电池性能下降和寿命缩短。

1.1.3 其他新体系路线

一是氧化物技术路线。

优势：具有较好的热、化学稳定性；可使用高电压的正极材料；离子电导率相对较高，高于聚合物电解质。

劣势：存在与正负极材料刚性界面接触问题，界面电阻高；加工困难，且形成的固态电解质膜刚性大，容易脆裂。

二是卤化物技术路线。

优势：离子电导率高；电化学稳定性良好；与正极材料相容性高；电化学窗口高，能够匹配高压正极材料。

劣势：材料与制备成本较高；容易吸水潮解。

针对上述技术路线优劣势，国家通过重点专项的方式支持各主机厂同步进行技术研究与装车试点应用。

目前主流研究方向是不局限于某一种电解质材料，而是以一种材料为主，添加其他材料，构建“1+X”复合材料技术路线。如上汽清陶以聚合物为主，通过添加硫、卤化物等材料，提升离子电导率等性能，构建了“聚合物+无机物”的复合材料技术路线；宁德时代以硫化物为切入点，通过添加聚合物等材料，提升电解质的易加工等性能。

1.2  固态电池产业化面临的主要问题

目前，各大车企和动力电池企业都在积极布局固态动力电池的生产与研发，旨在掌握发展主动权，而电池行业也将固态电池的产业化时间锁定在了2027—2030年。固态电池走出实验室迈向产业化，历经30年尚未如愿。究其原因，在于巨大的工程与技术难题，具体包括界面问题、加工工艺难度大和生产成本高等。

周静颖等[1]凝炼了全固态电池发展面临的三大核心科学问题，即固态电解质离子输运机制、锂金属负极枝晶生长机制和多场耦合体系失控/失效机制，认为先进的表征技术、原理机制创新、新型材料创制是推动固态电池发展的重要途径。

在产业化进程上，固态电池也面临着一定阻碍。一是产业化成本高。目前，全固态电池的上游材料供应链、匹配新工艺的设备等还不成熟；二是生产工艺复杂，加工难度大，如硫化物固态电解质对生产环境要求苛刻，需要隔绝水和氧气等，大规模量产技术尚未解决。

1.3 全固态电池相关技术研究内容及方向

全固态电池技术路线选择需同时兼顾电导率、加工性、稳定性和制造成本等，目前来看更接近产业化的路线主要有两条：一是硫化物，其离子电导率较高，但需在材料稳定性、生产控制和成本方面做出较大努力；二是聚合物复合电解质，其可加工性更佳，可与硫化物/氧化物等复合，提升综合性能。除电解质外，正极材料升级为超高镍或富锂锰基、负极材料升级为硅基材料或锂金属和无锂负极，也是发展方面。

现阶段，全固态电池在材料层面存在结构稳定性差、体积膨胀大、接触界面过小、界面接触失效、锂枝晶生长等问题，急需突破。建议企业根据实际使用情况开展相关研究，包括开发专用设备（改进表征手段）、优化制备工艺等。

全固态电池本征安全远超液态电池，但仍需合理的安全设计。由于电池系统存在一定的热失控和热扩散风险，需要针对不同阶段采取安全与防护措施，提高电芯级别的热失控预警能力和系统级别的热扩散防护能力。

全固态电池对整车设计也提出了新要求。与液态动力电池相比，全固态电池需要外部提供较高的束缚压力，以保证固固界面下的电池反应。此外，全固态电池对于整车的热管理设计、一体化集成（CTC、CTB等）、结构件设计、全生命周期监测和管理等也提出了新的需求，需要相关方协同设计，共同改进。

全固态电池对材料界面的一致性要求更高，需要生产工艺创新。其内部结构可采取串联方式，以提高制造效率；外部结构主要为“叠片+软包”，可更好地施加界面束缚压力，以保证稳定的电池反应。全固态电池可在一定程度上沿用现有的湿法工艺，其与现有产业链的兼容度约70%。

2 固态电池标准介绍 

2.1  国际固态电池标准概况

固态电池作为电池领域一个正在发展的产品，其标准体系尚不健全。目前，固态电池行业尚未形成统一的国际标准，但国内外主要车企和电池厂商、行业机构已启动技术规范制定。

ISO/IEC：国际标准化组织（ISO）通过ISO/TC22/SC37(电动道路车辆委员会)、国际电工委员会（IEC）通过IEC/TC21（蓄电池和电池组委员会）已经启动了固态电池标准的预研和讨论，工作重点集中在术语、安全测试方法和性能评级上。

日韩：作为电池技术强国也在积极布局。日本经济产业省（METI）和新一代电池本体战略委员会牵头，丰田、松下等企业深度参与，侧重于安全和可靠性标准的建立；韩国产业通商资源部主导，三星SDI、LG新能源等公司推动，注重性能测试和制造工艺的标准。

欧美：欧洲通过欧盟电池法规对电池碳足迹、回收利用等提出严格要求，也将适用于固态电池，标准制定由欧洲标准化委员会（CEN）负责；美国汽车工程师学会（SAE International）和美国保险商实验室（UL）是重要的标准制定者，重点关注安全标准。

2.2  国内车用动力电池标准体系

截至今年8月，我国共有29项与动力电池相关的国家标准，已形成相对完善的标准体系。在固态电池标准建设上，有约30余项已发布和在研的标准，如国家标准（计划号20230269－T－339）《锂离子电池和电池组安全要求（含固态电池安全补充）》、T/CSAE 434－2025《全固态电池判定方法》和T/CIAPS 0021－2023《固态锂离子电池用氧化物固态电解质材料技术要求》团体标准、DB31/T 1448－2023 《固态锂离子动力电池系统技术规范》地方标准（上海）等，内容覆盖电池关键材料（如固态电解质）测试方法、固态电池产品性能测试方法以及模具电池、固态电池安全、全固态电池判定方法等。其中，T/CSAE 434－2025《全固态电池判定方法 》，首次明确了全固态电池的定义，填补了行业空白。依据该标准，被测样品通过样品破口后目视检测（无液体渗出）定性排除显性液态残留，再通过120℃真空干燥6小时后的失重率＜1%的定量检测，可覆盖硫化物、聚合物、氧化物等主流技术路线，确保方法安全性与普适性。正在制定的《GB/T XXXXX 电动汽车用固态电池》标准分3部分：第1部分 通用规范，目的在于确立固态电池的术语、分类、一般性要求以及运输、存储等内容；第2部分 性能规范，目的在于确立固态电池的性能类要求及对应的测试方法；第3部分 安全规范，目的在于确立固态电池的安全类要求及对应的测试方法。

3 固态电池测试技术探讨

固态电池研发、生产、应用等全生命周期与现有电池体系存在明显差异，需要对其生产过程的质量控制、质量与安全性检测项目和方法等制定新的要求和标准。未来几年，随着固态电池技术的进一步发展，新型固态电池产品也将不断出现，质量检测方案也需要随时调整，以适应技术进步要求。

固态锂电池性能测试和关键材料分析解析技术要求远高于液态电池分析测试体系。针对此，首先，要开发可维持极低露点（-80℃以下）环境下全固态锂电池寿命试验、400℃以上超高温循环试验、高温保存试验，以及热动力稳定性试验的设备和方法；其次，要开发非大气暴露超高空间分辨率的界面观测手法，特别要开发固—固刚性接触界面、电解质晶界，以及锂枝晶生长界面的高倍率观察；第三，要开发高精度电化学方法对全固态锂电池内部阻抗、离子扩散状态进行测试分析。通过上述努力找出问题所在，解决硫化物固体电解质在化学稳定性、界面接触、制造工艺等方面存在的大问题，提供高性能产品的解决方案。

3.1 上海汽检固态电池测试服务能力

依托自主研发的非大气暴露分析法，上海机动车检测认证技术研究中心有限公司（上海汽检）在国内首次提出“固态电池医院”创新概念，打造了国内外领先的基于固态电池材料测试分析的“材料—器件—性能”闭环联动评价技术服务平台，规划建设了固态电池材料理化检测、电池小样试制、电性能综合评测、热性能综合测评、机理与失效解析五个核心技术能力，形成了基于电池材料解析的电池一体化检测技术。建立3D打印固态电池湿法制备工艺，试制线在非大气暴露环境（手套箱）中，主要包括匀浆、打印涂布、辊压、模切、热压、塑封等工艺。该固态电池小样试制线突破多项行业瓶颈问题：一是通过电芯结构与固/固界面的一体化创新设计，有效提升界面稳定性与离子电导率；二是采用原位打印技术，在电极表面制备出最薄可达10μm（微米）、厚度可调的固态电解质层，显著改善固—固界面接触，降低界面阻抗；三是支持复合极片定制和异形结构电池设计，突破传统电池形状与工艺限制，为多元应用场景提供灵活解决方案。

通过加强试制与服务能力，该平台显著提升了研发效能与成果转化水平，实现无机—聚合物基软包全固态软包电池从材料制备到电芯封装、测试的全流程闭环操作。

3.2  固态电池电性能测试分析    

利用模具电池实现压力可控的非大气暴露电化学测试分析，开发实现力学、温度、压力、原位产气、三电极等固态电池材料电化学评测能力，主要聚焦固态电解质的离子电导率、电子电导率、电化学窗口、充放电性能、循环寿命等测试。

实现对固态软包电性能的测试，重点关注压力的均匀性、夹具的平整度、电池温度传感器的布置等。依据T/CSAE 434－2025标准，完成全固态电池判定测试。采用交流发生器/充放电+温箱组合：可实现在不同温度、交流信号下对不同荷电状态固态电池的自加热性能评测。

3.3 固态电池热安全测试

采用交流发生器/充放电+ARC组合，可实现在不同绝热温度下、不同交流信号下对不同荷电状态固态电池的自加热性能评测。自研搭建非标固态电池热安全性测试评价系统，实现不同外部挟持压力下（25-100 MPa）全固态电池热失控测试和失控前后硫化物气体采集分析。该测试系统由高温爆炸舱体安全系统、外部挟持电芯加热系统、环境加热系统、数据采集系统等构成，另配置尾气处理装置等，进行无害化处理。

3.4  固态电池机理与失效解析

把握全固体电池劣化机理，开发抑制劣化的材料，并进行耐久性高的电池设计。 界面问题是制约固态电池性能的关键，主要从界面阻抗、极限电流密度、长时稳定性、界面组成等方面进行测评。

开发固态电池高压力挟持下进行充放电时的在线高倍率电子显微镜观察技术与设备，对固—固刚性接触界面、电解质晶界、正负极结构，以及锂枝晶析出进行分析，验证全固态锂电池内部锂离子迁移过程、界面反应、膨胀开裂等与性能衰减相关的关键材料变化。

采用非大气暴露扫描电子显微镜—能量色散X射线光谱仪（SEM-EDX）、X射线光电子能谱（XPS）、拉曼光谱（RAMAN）、投射电子显微镜（TEM）等对全固体电池保存和充放电循环过程的变化进行表征，揭示失效机理。

基于以上检测分析技术和能力，形成“固态电池医院”，主要由“体检部”“预检部”“门诊部”“住院部”构成。 “体检部”进行全固态锂电池制作、高温高压充放循环测试分析；“预检部”进行高比能固态电池热失控测试和失控前后的气体采集分析；门诊部进行固态电池电解液微量分析、电池残留气体在线分析；“住院部”进行非大气暴露拆解/ 超高空间分辨率的固—固刚性界面分析。

4 小结与展望 

本文概述了固态电池技术发展现状、重点研究方向以及国家相关政策，介绍了国内外已发布和正在研究的固态电池相关标准。同时，聚焦固态电池测试分析共性问题，开展非大气暴露下的关键材料表征、电性能、热安全、失效分析等关键测试技术研究，建立“固态电池医院”，并提供全生命周期的测评服务。

固态电池是行业发展方向和关注热点，但目前技术和管理体系上还不成熟，存在不少问题和挑战。为了推进行业健康发展，在借鉴已有动力电池成熟技术和管理体系的基础上，还需要在标准、测评技术、测试装备、生产工艺等方面深入研究，突破技术瓶颈，不断提高产品质量，推进我国新能源汽车产业高质量发展。

参考文献 

〔1〕 周静颖，胡晨吉，郜一蓉等，全固态电池的研究进展与挑战——以表征技术和理论机制的突破推动全固态电池的原始创新，《中国科学基金》，2023年第2期，199-208。