固態(tài)電池的迷局

來源 | 伯虎財(cái)經(jīng)（bohuFN）

作者 | 楷楷

想象一下，新能源汽車?yán)m(xù)航里程輕松突破1000公里，充電時(shí)間大幅縮短，還沒有起火爆炸的風(fēng)險(xiǎn)……固態(tài)電池所勾勒的這幅藍(lán)圖，對(duì)所有新能源玩家而言都極具吸引力。

在這樣的技術(shù)變革節(jié)點(diǎn)，一場(chǎng)關(guān)于未來能源格局的爭(zhēng)奪戰(zhàn)已悄然打響，從車企到電池廠商，從科研機(jī)構(gòu)到資本市場(chǎng)，固態(tài)電池領(lǐng)域硝煙四起。

近日，中科院科研團(tuán)隊(duì)帶來了多項(xiàng)技術(shù)突破，有望解決全固態(tài)電池的“卡脖子”難關(guān)。業(yè)界也帶來了好消息，奔馳率先宣布完成全固態(tài)電池超1000公里續(xù)航測(cè)試；奇瑞首次發(fā)布了自研全固態(tài)電池模組；豐田的固態(tài)電池也正式獲得日本生產(chǎn)許可。

過去幾年，固態(tài)電池概念一直是學(xué)界、產(chǎn)業(yè)界甚至資本市場(chǎng)關(guān)注的熱點(diǎn)。不過，盡管其屢次登上熱搜，卻又多少有點(diǎn)“狼來了”的味道——宣傳中前景無限，現(xiàn)實(shí)里卻仍卡在材料、成本等關(guān)鍵難題上，真正的商業(yè)化量產(chǎn)時(shí)間仍然遙遙無期。界面新聞報(bào)道，為了防止市場(chǎng)把半固態(tài)電池和固態(tài)電池混淆，相關(guān)主管部門正在醞釀出臺(tái)一個(gè)新文件，將“半固態(tài)電池”統(tǒng)一命名為“固液電池”。

那么問題來了，這場(chǎng)能源革命的拐點(diǎn)，真的來了嗎？

技術(shù)拐點(diǎn)已至

與沿用成熟體系的液態(tài)電池不同，固態(tài)電池在材料體系與制造工藝上是一場(chǎng)全方位的革新。因此，固態(tài)電池相較于液態(tài)電池，也有更多的優(yōu)點(diǎn)：不用擔(dān)心熱失控，相對(duì)安全；能量密度更高，續(xù)航更長(zhǎng)；能夠適應(yīng)極端環(huán)境，充電更快等。

其中，續(xù)航和安全正是當(dāng)下新能源汽車消費(fèi)者的核心關(guān)注點(diǎn)，前者直接決定出行便利性，后者則是選擇電動(dòng)車的重要安全感來源。

特別是近期接連發(fā)生了多起新能源汽車自燃、撞擊爆炸等事件，涉及不同車企，這意味著安全問題并非個(gè)例。固態(tài)電池能夠針對(duì)性地解決這一問題，自然成為市場(chǎng)期待的技術(shù)方向，甚至可能成為影響新能源車進(jìn)一步滲透的關(guān)鍵變量。

但固態(tài)電池雖然優(yōu)點(diǎn)多多，卻至今還沒有批量上車，并非車企“不想做”，而是“做不到”。固態(tài)電池要實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破、達(dá)成批量生產(chǎn)，還有諸多尚未攻克的難題。

簡(jiǎn)單來說，已經(jīng)批量上車的鋰電池，也就是液態(tài)電池，其跟固態(tài)電池在結(jié)構(gòu)、性能上都存在著本質(zhì)區(qū)別，導(dǎo)致兩者在安全性、續(xù)航能力上有顯著的差距。

液態(tài)電池里面的有機(jī)溶劑具有易燃性、高腐蝕性等特點(diǎn)，導(dǎo)致鋰電池一旦出現(xiàn)撞擊、進(jìn)水、高溫等情況，就有可能引起燃燒、爆炸等。而固態(tài)電池則是將原本的電解液部分或全部替換成了固態(tài)電解質(zhì)，能夠大幅提升電池的安全性、能量密度等。

根據(jù)電解質(zhì)液含量的不同，電池可細(xì)分為液態(tài) (25%)、半固態(tài)(5%~10%)、準(zhǔn)固態(tài)(0%~5%)和全固態(tài)(0%)四大類。目前，不少車企或電池企業(yè)都宣稱已能實(shí)現(xiàn)“固態(tài)電池上車”，但到底是半固態(tài)還是全固態(tài)，看似只是一字之差，技術(shù)含量與性能表現(xiàn)卻相去甚遠(yuǎn)。

寧德時(shí)代首席科學(xué)家吳凱指出，要實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化，需要解決固固界面、鋰金屬負(fù)極應(yīng)用、硫化物電解質(zhì)在空氣中不穩(wěn)定和合成成本較高，以及全固態(tài)電池生產(chǎn)工藝等四大難題。

首要的難題是固固界面的接觸，由于正極材料與固體電解質(zhì)之間的接觸面積小，影響了鋰離子的傳輸效率，導(dǎo)致電池性能下降和壽命縮短。此外，界面接觸不良還容易形成鋰枝晶，其在充放電循環(huán)中會(huì)刺穿固體電解質(zhì)，容易引發(fā)內(nèi)部短路。

近日，中國(guó)科學(xué)院物理研究所研究員黃學(xué)杰團(tuán)隊(duì)聯(lián)合多家機(jī)構(gòu)，開發(fā)出一種陰離子調(diào)控技術(shù)，解決了全固態(tài)金屬鋰電池中電解質(zhì)和鋰電極之間難以緊密接觸的難題。

黃學(xué)杰團(tuán)隊(duì)在電解質(zhì)中引入了碘離子，可以視作是一種“特殊膠水”，在電池工作時(shí)，能夠主動(dòng)吸引鋰離子，自動(dòng)填充所有的縫隙和孔洞，讓電極和電解質(zhì)始終保持緊密貼合。

研究人員還對(duì)循環(huán)后的電池界面進(jìn)行了精細(xì)表征，發(fā)現(xiàn)摻雜的電解質(zhì)在循環(huán)后保持了緊密的物理接觸，既無孔洞也無鋰枝晶形成，且在經(jīng)歷數(shù)百次循環(huán)充放電后，性能依然穩(wěn)定。

其次，固態(tài)電池材料也有了新的突破。中國(guó)科學(xué)院金屬研究所的科研團(tuán)隊(duì)，利用聚合物分子的設(shè)計(jì)靈活性，制備出在分子尺度上實(shí)現(xiàn)界面一體化的新型材料，能夠抗拉耐拽；

清華大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)利用含氟聚醚材料改造電解質(zhì)，其形成的“氟化物保護(hù)殼”能夠防止高電壓“擊穿”電解質(zhì)。

最后，在源頭材料方面，這兩年硫化物電解質(zhì)的價(jià)格已出現(xiàn)大幅下降，從2023年的 78萬元/公斤，降至2025年的 12萬元/公斤，行業(yè)預(yù)期2026年還將降至 60007000元/公斤。

還有材料公司開發(fā)出新的硫化鋰合成工藝，有望進(jìn)一步降低硫化物固態(tài)電解質(zhì)的制造成本，為全固態(tài)電池的商業(yè)化量產(chǎn)提供條件。

2027年量產(chǎn)交付？

實(shí)驗(yàn)室利好頻傳，產(chǎn)業(yè)層面也給出了明確的時(shí)間表。2027年，已成為固態(tài)電池量產(chǎn)的一個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。

目前，寧德時(shí)代、國(guó)軒高科、豐田、三星SDI等全球領(lǐng)先制造商的全固態(tài)電池，都已經(jīng)進(jìn)入到試制階段，并給出了各自的量產(chǎn)時(shí)間表。

寧德時(shí)代計(jì)劃在2027年實(shí)現(xiàn)小批量量產(chǎn)；國(guó)軒高科已進(jìn)入中試量產(chǎn)階段，并啟動(dòng)了2GWh級(jí)量產(chǎn)線的設(shè)計(jì)工作；欣旺達(dá)目標(biāo)在2027年實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池能量密度突破500Wh/kg；豐田更表示將于2027-2028 年推出搭載全固態(tài)電池的純電動(dòng)車型。

但值得注意的是，大部分龍頭提到的都是小批量量產(chǎn)，這意味著要真正推動(dòng)固態(tài)電池上車，難度依然不小。

固態(tài)電池要邁向商業(yè)化應(yīng)用，這不僅僅是靠科研團(tuán)隊(duì)努力攻克便能解決，還涉及工藝標(biāo)準(zhǔn)化制定、量產(chǎn)良率穩(wěn)定性控制，以及下游車企生產(chǎn)端的銜接適配，是一項(xiàng)龐大的系統(tǒng)工程。

首先，固態(tài)電池對(duì)生產(chǎn)工藝和設(shè)備的要求遠(yuǎn)高于液體電池。數(shù)據(jù)顯示，液態(tài)鋰電池的成本約為100-150美元/kWh，而固態(tài)電池成本則在400-800美元/kWh，是鋰電池的3-4倍。

當(dāng)前，固態(tài)電池技術(shù)尚未完全成熟，這意味著大部分電池廠還要經(jīng)歷“成本投入高、制作效率低”的試驗(yàn)階段，才能優(yōu)化成本曲線。

其次，生產(chǎn)線落地是另一大挑戰(zhàn)。全固態(tài)電池的產(chǎn)線與液態(tài)電池產(chǎn)線差異較大，需要開發(fā)專用設(shè)備，且整個(gè)產(chǎn)線需要在超干燥環(huán)境中運(yùn)行。

如此高成本、高不確定性的投入，顯然并非只靠個(gè)別電池廠商單方面領(lǐng)頭即可完成，還需要整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的標(biāo)準(zhǔn)化推進(jìn)與利益平衡。

簡(jiǎn)單來說，相關(guān)政策要落地推動(dòng)，新能源汽車市場(chǎng)也要有規(guī)模需求，只有統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、分?jǐn)偳捌谕度氤杀?，才能降低各環(huán)節(jié)的不確定性，推動(dòng)產(chǎn)線真正落地。

最后，電池廠和車企的合作也至關(guān)重要。固態(tài)電池上車之前，車企需要對(duì)電池的質(zhì)量、壽命與安全進(jìn)行多輪考核；正式進(jìn)入生產(chǎn)之后，固態(tài)電池的良率與供應(yīng)鏈穩(wěn)定，將決定其能否真正的大規(guī)模量產(chǎn)。

因此，固態(tài)電池要真正走出實(shí)驗(yàn)室，不只是各家車企和電池廠商自說自話，更多是需要整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的共同推動(dòng)，要“眾樂樂”，而非“獨(dú)樂樂”。

并非一定要固態(tài)電池

不過，在固態(tài)電池概念火熱的當(dāng)下，寧德時(shí)代在2025年三季度財(cái)報(bào)會(huì)上卻表示“暫不披露固態(tài)電池的進(jìn)展，要交給時(shí)間去檢驗(yàn)”。

更早之前，外界盛傳“寧德時(shí)代計(jì)劃 2027年量產(chǎn)能量密度450Wh/kg固態(tài)電池”，寧德時(shí)代更親自下場(chǎng)辟謠，表示固態(tài)電池仍需面臨一系列工程難題，預(yù)計(jì)在2027年實(shí)現(xiàn)小規(guī)模試生產(chǎn)，在2030年左右實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)與商業(yè)應(yīng)用。

寧德時(shí)代頗有點(diǎn)“眾人皆醉我獨(dú)醒”的意味，其中一個(gè)原因，是寧德時(shí)代手中握住的“牌”足夠多，自己足夠強(qiáng)大，便無意于蹭固態(tài)電池的風(fēng)口。

今年4月，寧德時(shí)代發(fā)布了三款顛覆性的動(dòng)力電池產(chǎn)品。其中，全球首款大規(guī)模量產(chǎn)的鈉離子電池，能在40℃低溫下保持90%能量，進(jìn)一步打破了資源邊界。

這也意味著新能源行業(yè)已經(jīng)邁入多核時(shí)代，全固態(tài)電池雖好，卻也并非純電車的唯一解法。未來，純電動(dòng)車所搭載的電池或?qū)⒊尸F(xiàn)“分級(jí)適配”的格局：

全固態(tài)電池在續(xù)航、性能、充電、安全等方面均無短板，但成本較高，更有可能搭載在高端純電動(dòng)車上；

鈉離子電池的整體材料成本比鋰電池低30%40%，在低溫下性能更好，但循環(huán)壽命較短，能量密度也普遍低于鋰電池，更適合在入門級(jí)產(chǎn)品，或在需要低溫啟動(dòng)的儲(chǔ)能場(chǎng)景中使用。而綜合考慮實(shí)用性與成本的平衡后，技術(shù)成熟的鋰電池將覆蓋絕大部分主流車型。

因此，固態(tài)電池雖然代表了電池技術(shù)的未來方向，但車企也并非只有押注固態(tài)電池一條路。在閃充、換電等多種補(bǔ)能方式日漸成熟的當(dāng)下，車企完全可以通過優(yōu)化現(xiàn)有電池技術(shù)、布局多元化補(bǔ)能生態(tài)來構(gòu)建競(jìng)爭(zhēng)力。

相較之下，固態(tài)電池在低空經(jīng)濟(jì)、機(jī)器人領(lǐng)域反而有望率先打開增量天花板，這些產(chǎn)品對(duì)電池的安全、續(xù)航、密度要求的追求與汽車領(lǐng)域基本一致，但價(jià)格敏感度卻更低一些，為固態(tài)電池的早期商業(yè)化落地提供了規(guī)?？捎^的應(yīng)用場(chǎng)景。

GGI 預(yù)計(jì)，人形機(jī)器人電池市場(chǎng)到2030年需求將超100GWh，2025-2030年復(fù)合增長(zhǎng)率超 100%。目前，不少電池廠商已開始布局機(jī)器人領(lǐng)域，比如欣旺達(dá)正在開發(fā)高倍率固態(tài)電池，適配機(jī)器人動(dòng)態(tài)需求；孚能與奔馳合作研發(fā)半固態(tài)電池，目前已在機(jī)器人平臺(tái)進(jìn)行測(cè)試。

這些早期商業(yè)化的嘗試，為固態(tài)電池的技術(shù)迭代、成本控制以及最終進(jìn)入更廣闊的電動(dòng)汽車和儲(chǔ)能市場(chǎng)積累了關(guān)鍵的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)。隨著更多產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)加入，有望形成“技術(shù)提升—場(chǎng)景拓展—成本降低—更大規(guī)模應(yīng)用”的正向循環(huán)，加速固態(tài)電池發(fā)展。

放眼全球，各國(guó)都在固態(tài)電池賽道上加速馳騁，科學(xué)的力量正在一點(diǎn)點(diǎn)啃下“硬骨頭”。但在市場(chǎng)一片歡呼之前，產(chǎn)業(yè)界仍需理性看待其商業(yè)化進(jìn)程，固態(tài)電池并非“萬能電池”，能源領(lǐng)域的技術(shù)迭代與產(chǎn)業(yè)升級(jí)，也并非只有一個(gè)版本答案。

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