Вместе с бурным развитием таких отраслей, как автомобили на новых источниках энергии, потребительская электроника, низкоэтажная экономика и человекоподобные роботы, аккумуляторные батареи переживают очередную волну технологической модернизации. От традиционных жидкостных литий‑ионных аккумуляторов через компромиссные полутвёрдые батареи к полностью твёрдым, которые рассматриваются как «финальное решение», — каждая из этих технологических конфигураций обладает своими преимуществами и недостатками. В данной статье проводится всестороннее сравнение по тринадцати ключевым параметрам: электролит, разделитель, конструктивная компоновка, удельная энергетическая плотность, диапазон рабочих температур, уровень безопасности, срок службы при циклировании, стоимость массового производства, основные вызовы, стадия промышленного внедрения, способность к быстрой зарядке, совместимость с существующими технологическими процессами и производственными линиями, а также тип упаковки; результаты могут служить ориентиром для специалистов отрасли и руководителей.

I. Обзор ключевых различий
Сущностное различие между тремя типами аккумуляторов заключается в физическом состоянии электролита: в жидких аккумуляторах в качестве ионопроводящей среды используется органический электролит; в полузатвердотельных аккумуляторах содержание жидкого электролита удерживается на уровне 5–10%, при этом вводятся компоненты твёрдого электролита; в полностью твёрдотельных аккумуляторах полностью применяется твёрдый электролит, а жидкие компоненты полностью исключаются. Китайский центр технических исследований автомобилей уже на уровне государственных стандартов чётко разделил аккумуляторы на три категории — «твердотельные, смешанные твёрдо‑жидкостные и жидкие» — что служит основой для их классификации по технологическим признакам.

II. Электролит и разделитель
Жидкостные аккумуляторы используют органический электролит (обычно LiPF₆, растворённый в карбонатном растворителе) в сочетании с полиолефиновым разделительным материалом (PP/PE); электролит обеспечивает пути для ионной проводимости, а разделитель выполняет функцию физической изоляции положительного и отрицательного электродов, предотвращая короткое замыкание.

Полутвёрдотельные аккумуляторы используют систему «смешанного твёрдо‑жидкого электролита»: на основе сохранения части жидкой фазы вводится твёрдая компонента — это может быть твёрдоэлектролитный слой, наносимый на поверхность сепаратора, либо композит, совмещённый с материалами анода и катода. Разработанная компанией Hive Energy технология переноса твёрдоэлектролитного сепаратора с изменяемой полярностью создаёт на поверхности катода непрерывное плотное покрытие из твёрдого электролита, повышая ионную проводимость более чем на 10% и снижая коэффициент термического усадки при 200 °C на 20%. Компания Xingyuan Materials представила серию композитных твёрдоэлектролитных сепараторов «Gu Rui», устойчивых к разрушению при температурах до 400 °C и имеющих толщину до 9 мкм.

В полностью твердотельных аккумуляторах полностью используется твёрдый электролит, который одновременно заменяет традиционный жидкий электролит и сепаратор. Твёрдые электролиты подразделяются на три основные технологические направления: сульфидные электролиты обладают самой высокой ионной проводимостью (при комнатной температуре — до 10⁻³ См/см) и пользуются большими надеждами со стороны японских и южнокорейских компаний; оксидные электролиты отличаются превосходной термостабильностью (выше 600 °C) и широко внедряются в Китае; полимерные электролиты характеризуются хорошей технологичностью и более лёгкостью решения межфазных проблем. Компания CATL уже выпустила третью генерацию сульфидного композитного твёрдого электролита, чья ионная проводимость при комнатной температуре превысила 7 мСм/см, что почти соответствует уровню жидких электролитов.

III. Структурное устройство
Жидкостные аккумуляторы обладают относительно зрелой конструкцией: они выполнены по сэндвич‑конструкции «положительный электрод — разделитель — отрицательный электрод» и после заполнения электролитом подвергаются герметизации. Основными технологическими процессами являются мокрое нанесение покрытия и намотка/складывание пластин.

Структура полузатвердотельных аккумуляторов во многом сходна со структурой традиционных жидкостных батарей, однако разделитель часто подвергается покрытию твёрдым электролитом, что позволяет существенно сократить объём используемого электролита. Совместно разработанная компанией «Тайлань Нью‑Энерджи» и автоконцерном «Чанъань» технология «твердотельных литиевых батарей без разделителя» вообще исключает традиционный разделитель, что демонстрирует высокую конструктивную гибкость полузатвердотельной системы.

Структура полностью твердотельных аккумуляторов претерпела коренное изменение: исключены сепаратор и жидкий электролит, а методом ламинирования осуществляется непосредственная укладка катода, слоя твердого электролита и анода. В некоторых конструкциях применяются печать на краях электродов с использованием клеевой рамки и технология изостатического прессования, что обеспечивает плотный контакт между твёрдыми фазами.

IV. Плотность энергии
Плотность энергии — одно из наиболее заметных различий между тремя технологическими типами. У жидкостных аккумуляторов она составляет примерно 150–300 Вт·ч/кг, у литий‑железо‑фосфатных — в диапазоне 180–210 Вт·ч/кг, тогда как у популярных высоконикелевых трёхкомпонентных систем она может достигать 250–300 Вт·ч/кг.

Полутвёрдотельные аккумуляторы за счёт повышения платформы напряжения и пределов безопасности достигают удельной энергетической плотности 350–500 Вт·ч/кг. Второе поколение полутвёрдотельных аккумуляторов компании BYD обеспечивает удельную энергию 360 Вт·ч/кг, а по результатам испытаний запас хода превышает 1000 км; конденсированная полутвёрдотельная батарея CATL достигает 500 Вт·ч/кг и будет серийно устанавливаться в автомобили к концу 2026 года.

Энергетическая плотность полностью твердотельных аккумуляторов теоретически достигает максимального уровня; уже сегодня коммерческие образцы превышают 420–500 Вт·ч/кг, а в лабораторных масштабах — даже свыше 600 Вт·ч/кг. У компании Gotion High‑Tech энергетическая плотность твердотельного аккумулятора «Цзиньши» составляет 420 Вт·ч/кг; планируется начать его серийную установку на автомобили к концу 2026 года.

5. Диапазон рабочих температур
В условиях температуры −20 °C ёмкость литиевых аккумуляторов снижается на 30–60%; низкотемпературные характеристики остаются их долгосрочной проблемой.

Полутвёрдотельные аккумуляторы благодаря термостабильности и особенностям межфазных границ твёрдого электролита демонстрируют существенно улучшенные низкотемпературные характеристики: при −20 °C снижение запаса хода остаётся в пределах 10%, а при −30 °C эффективность разряда сохраняется на уровне свыше 85%; по результатам испытаний на моделях марок Hongqi, FAW и других показатели даже достигают 90–95%.

Твердоэлектролитные аккумуляторы обладают более широким диапазоном рабочих температур, однако в настоящее время по‑прежнему необходимо решить проблему совместимости теплового расширения на границе раздела. Оксидный подход позволяет сохранять 85% емкости при низких температурах до −20 °C, тогда как полимерный путь обычно требует нагрева выше 60 °C для достижения оптимальной ионной проводимости.

6. Безопасность
Главной угрозой жидкостных аккумуляторов является высокая пожаро‑ и взрывоопасность органического электролита; при возникновении внутреннего короткого замыкания это чревато быстрым тепловым разрушением. Полузастывшие аккумуляторы, благодаря значительному сокращению жидких компонентов и внедрению твёрдого электролитического покрытия, физически исключают пути микрокоротких замыканий, что существенно повышает их безопасность. Технология переноса разделительной мембраны компании Hive Energy позволяет снизить вероятность теплового разрушения на 25% и повысить температуру самовозгорания на 8 °C. Полузастывшие аккумуляторы BYD успешно прошли строгие испытания — в том числе прокол иглой и воздействие температуры 500 °C — и продемонстрировали отсутствие горения и утечек.

Твердофазные аккумуляторы на уровне материалов полностью устраняют риск утечки электролита, а также возгорания и взрыва, и по праву считаются технологией с наивысшей внутренней безопасностью. Однако следует отметить, что, как отмечает Хуан Сюэцзе из Института физики Китайской академии наук, неудовлетворительное межфазное сцепление твёрдое–твёрдое между литиевым анодом и твёрдым электролитом, а также проблема образования пор остаются ключевыми вызовами для твердофазных аккумуляторов.

VII. Циклический ресурс
Циклический ресурс жидкостных аккумуляторов обычно составляет 1000–1500 циклов. Благодаря совместному действию твёрдо‑жидкостной границы раздела у полутвёрдых аккумуляторов этот показатель повышается до 2000–3000 циклов; в случае марганцевого полутвёрдого аккумулятора, разработанного компанией Qingtao Power совместно с SAIC, циклический ресурс уже превышает 3000 циклов.

Теоретически твердоэлектролитные аккумуляторы обладают самым длительным циклическим ресурсом — целевая величина превышает 5000 циклов; однако на практике их эксплуатационные характеристики ограничены проблемами объёмных изменений на границе раздела «твердое–твердое» и потерей контакта. В настоящее время в лабораторных условиях однокамерные ячейки ёмкостью 0,1 А·ч демонстрируют более 1000 циклов, тогда как при масштабировании до 100 А·ч нередко наблюдается резкое снижение ресурса. Разработанная Институтом химической физики имени А. Н. Баумана Китайской академии наук технология восстановления интерфейса «батарейный клей» позволяет твердоэлектролитным гибким батареям ёмкостью порядка 1 А·ч стабильно выдерживать свыше 1000 циклов без внешнего давления, тем самым устраняя ключевые препятствия на пути к промышленному внедрению.

8. Стоимость массового производства
Жидкостные аккумуляторы благодаря сложившейся отраслевой цепочке и масштабному производству уже снизили стоимость до уровня ниже 0,5–0,6 юаня за ватт‑час.

Стоимость полузатвердотельных аккумуляторов на сегодняшний день составляет 0,82–0,88 юаня за Вт·ч (на уровне системы), что всего на 8–12% выше, чем у жидких литий‑ионных аккумуляторов с высокой энергетической плотностью на основе никель‑кобальтово‑марганцевых катодов. Компания BYD дополнительно утверждает, что стоимость второго поколения полузатвердотельных аккумуляторов на 15% ниже, чем у традиционных литиевых батарей.

Стоимость твердофазных аккумуляторов остаётся на высоком уровне: текущая себестоимость элемента составляет около 2–3 юаня за ватт‑час, что примерно в 3–5 раз выше, чем у жидкостных батарей; средний уровень выхода годных изделий в отрасли составляет лишь 40–50%, что значительно ниже более чем 99% у жидкостных аккумуляторов. Компания Gotion High‑Tech ставит цель снизить стоимость твердофазных аккумуляторов до 1 юаня за ватт‑час, что соответствует 140 долларам за киловатт‑час, и планирует увеличить производственные мощности до 50 тыс. тонн в год за счёт собственных разработок литиево‑сульфидных материалов, чтобы сократить издержки. В свою очередь, Toyota установила целевой показатель стоимости в 100 долларов за киловатт‑час к 2030 году.

IX. Основные вызовы
Технология жидкостных аккумуляторов уже близка к пределу возможностей материалов: возможности повышения энергетической плотности ограничены, а безопасность имеет фундаментальный потолок. Основная проблема полутвёрдых аккумуляторов — недостаточная способность к мгновенному отбору больших токов; потребности премиальных автомобилей в ускорении пока не полностью удовлетворены, поэтому необходимо внедрять силовые конденсаторы для дополнительного усиления.

Все твердотельные аккумуляторы сталкиваются с тремя ключевыми проблемами: во‑первых, высоким межфазным сопротивлением на границе «твердое–твердое» — жёсткий контакт между электродом и твёрдым электролитом при изменении объёма в процессе зарядки–разрядки легко приводит к образованию микропор, что вызывает ухудшение характеристик; во‑вторых, риск проникновения литиевых дендритов — особенно на поздних стадиях циклирования это может спровоцировать короткое замыкание; в‑третьих, сложность технологического процесса: такие методы, как сухая обработка на ранних этапах и изостатическое прессование на средних этапах, пока не достигли полной зрелости, а выход годных изделий значительно ниже, чем в традиционных жидкостных системах. Кроме того, твердофазный путь на основе сульфидов сталкивается с дополнительной проблемой чрезвычайной чувствительности к воде и кислороду, что приводит к выделению сероводорода.

X. Стадия индустриализации
Жидкостные аккумуляторы уже достигли высокой степени зрелости, а к 2025 году объём их установки в стране стабильно сохраняется на уровне нескольких сотен гигаватт‑часов.

Полутвердотельные аккумуляторы переживают период бурного промышленного внедрения: в 2025 году объём их установки на автомобили в Китае достигнет 31,7 ГВт·ч, что на 272% больше по сравнению с предыдущим годом; ожидается, что к 2026 году объём установки вырастет до 82 ГВт·ч, а объём отгрузок превысит 15 ГВт·ч; к 2030 году доля этих аккумуляторов на мировом рынке мощных аккумуляторов может составить 26%. Компания BYD планирует запустить серийное производство второго поколения полутвердотельных аккумуляторов во втором квартале 2026 года и добиться их повсеместного распространения к 2027 году. Полутвердотельный аккумулятор компании CATL с энергетической плотностью 500 Вт·ч/кг будет серийно выпускаться и устанавливаться на автомобили уже к концу 2026 года.

В целом технологии твердофазных аккумуляторов пока находятся на стадии опытно‑промышленной отработки и инжиниринга; по общему мнению отрасли, небольшие партии будут устанавливаться в автомобили к 2027 году, а масштабное серийное производство — примерно к 2030‑му. По словам председателя правления CATL Цзэн Юйцюня, степень технологической и производственной зрелости твердофазных аккумуляторов сегодня оценивается лишь на уровне 4 (по шкале от 1 до 9). Компания Gotion High‑Tech ведёт строительство линии по серийному производству твердофазных аккумуляторов мощностью 2 ГВт·ч; запуск мелкосерийного производства намечен на конец 2026 года.

11. Возможность быстрой зарядки
В настоящее время у жидкостных аккумуляторов основной режим быстрой зарядки — это достижение 80% ёмкости (от 10% до 80% SOC) за 30–60 минут. У полузатвердотельных батарей возможности быстрой зарядки существенно возросли: полузатвердотельные аккумуляторы компании CATL позволяют зарядиться до 80% всего за 15 минут, а второе поколение полузатвердотельных батарей BYD также достигает 80% за 15 минут; кроме того, литий‑ионно‑полимерный гибридный аккумулятор «G‑Yuan» компании Gotion High‑Tech поддерживает зарядку с током разряда 6C и за 9 минут восполняет запас хода на 500 километров.

Все‑твердотельные аккумуляторы обладают наибольшим потенциалом для быстрой зарядки, с целью — заряжать до 80% за 5–10 минут. Сульфидный подход, благодаря ионной проводимости, близкой к уровню жидких электролитов, является наиболее перспективным кандидатом для достижения сверхбыстрой зарядки. Однако в настоящее время его применение по‑прежнему ограничено проблемой поляризации на твёрдо‑твёрдой границе при высоких токах; фактическая скорость зарядки пока остаётся под вопросом.

XII. Совместимость технологических процессов/производственных линий
Этот аспект является ключевым фактором, определяющим степень сложности промышленного внедрения трёх технологических форм. Полутвёрдые аккумуляторы обладают совместимостью с существующими линиями производства жидкоэлектролитных литиевых батарей на уровне 70–80%, при этом затраты на их модернизацию составляют лишь 20–30% от стоимости переоснащения жидкостной производственной линии. Технология трансферной печати разделительных мембран компании Svolt Energy позволяет добиться 100‑процентной совместимости с действующими линиями по выпуску жидкоэлектролитных аккумуляторов.

Полностью твердотельные аккумуляторы принципиально отличаются. На начальном этапе производства необходимо перейти от мокрого нанесения покрытия к сухой технологии электродов; на среднем этапе — заменить традиционную технологию намотки с заливкой электролита на метод «складывание пластин + печать клеевой рамки + изостатическое прессование»; на завершающем этапе — перейти к высоковольтной стадии формирования и циклирования. Уровень совместимости составляет менее 50%; требуется либо реконструкция, либо значительная модернизация производственных линий; инвестиции превышают соответствующие показатели для традиционных жидкостных аккумуляторов более чем на 60%, а затраты на оборудование на один ГВт·ч достигают 400–500 млн юаней.

13. Конструктивное исполнение
Жидкостные аккумуляторы обладают наиболее зрелой конструкцией упаковки и охватывают три основных формата: цилиндрические (18650, 21700, 4680 и др.), призматические и гибкие пакетные. Полутвёрдые аккумуляторы в основном совместимы с существующими системами упаковки; призматические и гибкие пакетные конструкции являются их доминирующими вариантами — например, компания Hive Energy уже завершила разработку первых призматических ячеек энергетической плотности 270 Вт·ч/кг. Полностью твёрдотельные аккумуляторы предъявляют более высокие требования к технологиям упаковки: необходимо обеспечить совместимость с процессом изостатического прессования для достижения высокой плотности, а также удовлетворять особые требования к герметичности и стабильности под внешним давлением; в настоящее время основными направлениями исследований остаются гибкие пакетные и призматические конструкции. Институт химии и физики Дуньхая Китайской академии наук успешно провёл стабильные циклические испытания полнотвёрдотельных гибких пакетных батарей на уровне ампер‑часов. Сульфидные системы требуют строгой герметичной упаковки в инертной атмосфере для предотвращения выделения водорода при контакте с водой, что повышает стоимость и усложняет технологию упаковки.

XIV. Заключение и перспективы
С учётом вышеизложенного сравнения, жидкостные аккумуляторы обладают высокой степенью технологической зрелости и минимальной стоимостью, что делает их подходящими для ситуаций, где важна экономическая эффективность; полузатвердотельные аккумуляторы благодаря оптимальному соотношению цены и характеристик обеспечивают баланс между энергетической плотностью, безопасностью и стоимостью и уже к 2026 году выйдут на стадию масштабного серийного производства; полностью твердотельные аккумуляторы, являясь «финальным решением» с наивысшим уровнем технологического потенциала, хотя и обладают прорывным потенциалом в плане энергетической плотности и безопасности, по‑прежнему сталкиваются с тремя ключевыми ограничениями: проблемами твёрдо‑твердого интерфейса, уровнем технологической отработанности и высокой стоимостью.

Реальная картина 2026 года такова: масштабное серийное производство полузатвердотельных аккумуляторов и опытно‑промышленные испытания полностью твердотельных батарей ведутся параллельно. Для отрасли полузатвердотельные технологии — это не просто «промежуточный продукт», а вполне реалистичный вариант, сочетающий инженерную реализуемость, коммерческую конкурентоспособность и значимость для дальнейшего технологического развития; тогда как полностью твердотельные аккумуляторы представляют собой стратегическую точку опоры на ближайшие 5–10 лет, а темпы их коммерциализации станут ключевым фактором, определяющим структуру глобальной индустрии мощных аккумуляторов.