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隨著中國智能電動車的滲透率邁過40%的分水嶺，汽車行業(yè)的動能轉換拐點無限靠近，競爭愈發(fā)激烈、同質化愈發(fā)嚴重的中國新能源車企正在加速尋找差異化立足點。

 

繼800V、超快充、城市導航輔助駕駛爭先“上車”以后，行業(yè)需要新的故事來提振士氣，作為沒有明顯短板、充電速度快、安全性高、續(xù)航里程長、被視為電池“終極技術”的固態(tài)電池被推到了臺前。

 

近日，蔚來宣布150kWh半固態(tài)電池包量產下線；上汽集團旗下智己汽車宣布全球首次量產上車“超快充固態(tài)電池”；廣汽集團宣布完成大容量全固態(tài)電池電芯研發(fā)，將在2026年率先在旗下新能源品牌昊鉑上量產搭載。

 

除了車企外，動力電池廠商、科研院所也紛紛下場宣布固態(tài)電池技術的最新進展：中國科學院青島生物能源與過程研究所先進儲能材料與技術研究團隊宣布解決了制約硫化物全固態(tài)電池疊層工藝的關鍵痛點和技術瓶頸；寧德時代近日在互動平臺透露“公司非常重視固態(tài)電池，已經進行了多年的布局，最近加大了很多投入，在固態(tài)電池領域處于行業(yè)領先地位”……

 

固態(tài)電池的消息一波接著一波，量產上車、超長續(xù)航、相關概念股一度出現(xiàn)漲停潮。但固態(tài)電池真的來了嗎？

 

多位業(yè)內人士告訴21世紀經濟報道記者，從嚴格意義上講，目前市場上搭載的固態(tài)電池多是半固態(tài)電池，仍需要加入傳統(tǒng)的液態(tài)電解質，與當前常規(guī)液態(tài)鋰離子電池并無本質的差異，稱其為半固態(tài)電池或準固態(tài)電池更加準確。

 

需要注意的是，全固態(tài)電池已成為全球動力電池領域競爭的技術高地，中國、日韓、美國均將其作為下一代電池技術的制勝點，試圖搶占先機獲得一定的競爭優(yōu)勢，成為“未來的寧德時代”。

 

然而，量產固態(tài)電池成本高、難度大，部分基礎技術、生產工藝等問題仍未解決，短期內難以實現(xiàn)規(guī)模化應用，行業(yè)普遍認為固態(tài)電池產業(yè)化時間集中在2027年～2030年。

 

“全固態(tài)電池開發(fā)難度巨大，需要在高性能全固態(tài)電解質及正負極材料，創(chuàng)新極片及電芯設計，高速連續(xù)化制造工藝及裝備以及系統(tǒng)集成設計等領域開展技術攻關。”廣汽方面人士對21世紀經濟報道記者表示。

 

顛覆新能源汽車的下一代電池技術？

 

事實上，固態(tài)電池和液態(tài)電池均是鋰電池的分支，差別主要在于電解質的使用，分別采用固態(tài)和液態(tài)電解質材料，半固態(tài)電池是液態(tài)電池和全固態(tài)電池的折中方案。

 

與目前行業(yè)普遍搭載的液態(tài)鋰電池相比，固態(tài)電池在能量密度、安全性和工作溫度等方面更具優(yōu)勢，一定程度上可以提高電動車的續(xù)航里程、減少當前液態(tài)鋰電池存在的熱失控和電池燃燒等潛在風險。

 

“為什么要發(fā)展全固態(tài)電池？第一，通過用固態(tài)電解質替代有機電解液，可顯著提高鋰電池的安全性。第二，基于固態(tài)電解質的高穩(wěn)定性，有利于兼容更高電壓的正極材料以及更高比容量的含鋰負極材料，可進一步提升鋰電池的能量密度”。中國電子科技集團第十八研究所研究員肖成偉認為。

 

固態(tài)電池的技術路線主要分為三種：氧化物路線、聚合物路線與硫化物路線。其中聚合物是最早實現(xiàn)固態(tài)電池裝車測試的技術路線，柔韌性和界面接觸性良好，與現(xiàn)有鋰電池工藝接近，但其劣勢在于室溫下離子電導率（鋰離子在正負極之間游動的速度）低，需要加熱到60℃高溫才能正常工作，但超過200℃又會發(fā)生燃燒，很難符合動力電池的安全性要求；氧化物的離子電導率要高于聚合物，但仍不如液態(tài)電解質，且還原穩(wěn)定性略低，正負極固固界面接觸差；硫化物電解質離子電導率高，延展性較好，但化學穩(wěn)定性差，機械性能差，規(guī)模化量產難度較高。

 

目前日韓企業(yè)如豐田、三星SDI則押注硫化物，歐洲企業(yè)側重聚合物路線，國內電池企業(yè)如清陶能源、北京衛(wèi)藍、贛鋒鋰電、重慶太藍等普遍選擇氧化物路線。

 

紛至沓來的量產上車和落地應用讓2023年火爆一時的固態(tài)電池概念再次掀起風暴。

 

去年6月，衛(wèi)藍新能源宣布將360Wh/kg鋰電池電芯正式交付蔚來汽車；去年底，蔚來創(chuàng)始人李斌直播實測了150kWh（即150度電）電池包行駛距離達1044公里；今年4月，率先搭載行業(yè)首個量產上車的“超快充固態(tài)電池1.0”的智己L6發(fā)布，智己方面稱其將“突破1000公里超長續(xù)航”；太藍新能源宣布在“車規(guī)級全固態(tài)鋰電池”研發(fā)方面取得重大進展，制備出實測能量密度達到720Wh/kg的超高能量密度體型化全固態(tài)鋰金屬電池；4月9日，廣汽集團官宣實現(xiàn)了全固態(tài)電池能量密度達到400Wh/kg以上，較當前量產的液態(tài)鋰離子電池體積能量密度提升52%以上，實現(xiàn)超1000公里續(xù)航。

 

根據(jù)研究機構GGII預測，2024年將是固態(tài)電池產業(yè)發(fā)展的一個重要節(jié)點，年內有望實現(xiàn)（半）固態(tài)電池的大規(guī)模裝載應用，預計全年裝機總量將歷史性突破5GWh大關。

 

“固態(tài)電池的安全性好，能量密度高，是電動交通下一代動力電池發(fā)展的重要方向。但大多數(shù)固態(tài)電解質中的離子擴散速率與液態(tài)電解質存在數(shù)量級差異、固固界面難以始終保持良好接觸、與鋰金屬和高比能電極材料的匹配性等問題需要解決。”有業(yè)內人士告訴21世紀經濟報道記者，此外也需要大力度推進固態(tài)電池產業(yè)化發(fā)展，除了應用層面，在源頭的技術研究更重要，可以從源頭上設計更好的電解質，做出性能更好的電池。

 

技術、成本掣肘，產業(yè)化前路漫漫

 

值得一提的是，近期關于固態(tài)電池上車究竟是創(chuàng)新還是噱頭在業(yè)內引起熱議。

 

智己L6上市前將“搭載行業(yè)首個量產上車的超快充固態(tài)電池”作為重要宣傳點，騰勢汽車總經理趙長江在社交媒體發(fā)文稱“這個時候宣傳半固態(tài)車用電池的就是在玩文字游戲”，隨后這一發(fā)言被刪除。

 

業(yè)內認為，智己L6搭載的固態(tài)電池采用固態(tài)電解質替代了部分液態(tài)電解質，提高能量密度進而提高續(xù)航里程，從嚴格意義上講是半固態(tài)電池，全固態(tài)電池不該再使用電解液。

 

這也得到了清陶能源總經理李崢的印證（智己L6搭載的固態(tài)電池由上汽集團投資的清陶能源供應），他于近日表示，清陶能源的固態(tài)電池產業(yè)化分為三步：第一代半固態(tài)電池在智己汽車上裝車量產；2025年會開發(fā)第二代固態(tài)電池；最終實現(xiàn)的第三代固態(tài)電池才是全固態(tài)電池。

 

“目前中國新能源汽車產業(yè)內卷嚴重，各車企宣布固態(tài)類電池上車、智能駕駛上車等，甚至進行高管實測，一方面是電池等零部件的先進技術有所進展，另一方面則是為了吸引投資人或消費者而給出的自選動作。”4月15日，車夫咨詢合伙人曹廣平在接受21世紀經濟報道記者采訪時表示。

 

曹廣平認為，以固態(tài)類電池來說，各家的技術路線、供應商以及樣品水平并不相同。但總體而言，問題存在于固態(tài)類電池的界面阻抗、量產工藝、樣品壽命、能量密度指標以及價格等方面，發(fā)展程度有所不同，有的還需要逐漸完善。

 

除了基礎技術、制造工藝、鋰枝晶抑制、固固界面問題等技術難點之外，固態(tài)電池落地的另一個核心挑戰(zhàn)是成本高企帶來的量產困難，短期內難以實現(xiàn)規(guī)模化應用。

 

華金證券曾做過測算，以蔚來2023年7月上線的150kWh電池包信息測算，其半固態(tài)電池成本約為1.7~2.2元/Wh，遠高于同期車用方形三元電芯、鐵鋰電芯均價0.73、0.65元/Wh。截至2024年4月3日，方形三元電芯、鐵鋰電芯均價已降至0.465、0.375元/Wh。

 

即便是更快量產、被視為由液態(tài)鋰電池向全固態(tài)電池轉型的過渡的半固態(tài)電池成本也居高不下。蔚來汽車總裁秦力洪曾在ET7半固態(tài)電池測試時表示，150kWh的固態(tài)電池包的成本接近一輛蔚來ET5，即超過29萬元。此外，極氪009搭載的首款麒麟電池包也是半固態(tài)電池，據(jù)悉其電池包價格也“比一輛車還貴”。

 

“固態(tài)電池目前雖然有樣品概念的電池，但是真要走向產業(yè)化，成本還是相當大，固態(tài)電解質的穩(wěn)定性、表界面的相互作用和系統(tǒng)的集成等方面都有很多挑戰(zhàn)。”中國科學院院士陳軍認為。

 

廣汽埃安電池研發(fā)部負責人李進表示，雖然其全固態(tài)電池步入從實驗室里走向量產的階段，但仍需2年時間才能上車，即2026年才能完成全固態(tài)電池開發(fā)，并率先搭載于昊鉑車型。

 

也有觀點認為，固態(tài)電池在汽車上率先應用的場景可能在混合動力車型，突破1%替代率的機會就在混動車上。

 

盡管大規(guī)模量產全固態(tài)電池現(xiàn)在看來仍前路漫漫，但在競爭愈發(fā)激烈的當下，車企需要新的故事來提振士氣以及支撐消費者對品牌的信心。

 

廣汽研究院人士告訴21世紀經濟報道記者，借助AI及高通量計算等先進技術，可加快全固態(tài)電池的研發(fā)進度，加速商業(yè)化進程。

 

行業(yè)將固態(tài)電池產業(yè)化時間普遍定在了2027年～2030年，目前全球不少車企對于固態(tài)電池“上車”有了較為明確的時間表。

 

大眾表示正在積極研發(fā)全固態(tài)電池技術，目標是2025年前實現(xiàn)量產；寶馬承諾在2025年前，推出搭載全固態(tài)電池的電動汽車原型車，并在2030年前量產；豐田宣布在2027年至2028年實現(xiàn)“全固態(tài)電池”的量產實用化，但初期產能不會很高；日產方面稱其全固態(tài)電池技術可能讓日產的下一代電動汽車實現(xiàn)質的飛躍，具有“幾乎是現(xiàn)有電池兩倍的能量密度”，并且具有更快的充電性能和更低的成本。

 

在肖成偉看來，理想情形下，2027年全固態(tài)電池做到能量密度400Wh/kg、1000次的循環(huán)，2C的倍率性能，實現(xiàn)百輛到千輛車級別的示范運營；2030年實現(xiàn)全固態(tài)電池和搭載車輛的小規(guī)模量產；2035年左右實現(xiàn)全固態(tài)電池大規(guī)模量產，并實現(xiàn)普遍使用。

 

曹廣平告訴21世紀經濟報道記者，對固態(tài)類電池技術或資源的布局，要堅持投技術，測試看效果，發(fā)展看趨勢。“目前指標好的產品，趨勢不一定好；目前指標差的產品，趨勢也不一定錯，所以要綜合各方面情況，做2~3種的子技術路線的參與，是相對比較合理的。比如目前國內硫化物的技術路線開始有所抬頭，就要緊跟測試，深度分析，評估結果。既不能失去機會，又要多方把握。”