中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：儲(chǔ)能創(chuàng)造價(jià)值，市場(chǎng)牽引發(fā)展。歷經(jīng)2023年來(lái)行業(yè)瘋狂“內(nèi)卷”和價(jià)格血拼，我國(guó)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)逐漸從“卷價(jià)格”、“卷產(chǎn)能”，開(kāi)始走向“卷技術(shù)”、“卷價(jià)值”的新型競(jìng)爭(zhēng)軌道。低端劣質(zhì)產(chǎn)能的市場(chǎng)出清加速，頭部與二三線企業(yè)的行業(yè)分化加劇，電力市場(chǎng)改革推動(dòng)的儲(chǔ)能市場(chǎng)化盈利機(jī)制亦正在形成，云計(jì)算、AI人工智能等新一代信息技術(shù)的深度應(yīng)用，對(duì)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)未來(lái)的發(fā)展形態(tài)和運(yùn)營(yíng)模式也在發(fā)生深刻改變。“回歸價(jià)值、進(jìn)化升級(jí)”，我國(guó)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)將走上一條“以價(jià)值為本”的健康、可持續(xù)良性發(fā)展的軌道。華夏基石產(chǎn)業(yè)服務(wù)集團(tuán)、黑鐵基金及炎黃基石全球儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院推出《回歸本質(zhì)、進(jìn)化升級(jí)——中國(guó)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書(shū)（2024）》，歡迎業(yè)內(nèi)專家、業(yè)界朋友提出寶貴意見(jiàn)和建議，共同助力中國(guó)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展！
破解固態(tài)電池的迷思：全固態(tài)尚屬遙遠(yuǎn)理想；半固態(tài)商業(yè)化仍需攻克性能與成本難題
進(jìn)入2024年以來(lái)，固態(tài)電池頻頻引發(fā)市場(chǎng)關(guān)注。一是日本大型電池企業(yè)Maxell開(kāi)發(fā)出具備傳統(tǒng)方形電池容量25倍的圓柱形全固態(tài)電池；另一則是大眾集團(tuán)旗下子公司Power Co完成對(duì)Quantum Scape固態(tài)電池的耐力測(cè)試，結(jié)果表明其可實(shí)現(xiàn)50萬(wàn)公里超長(zhǎng)壽命，充放電1000次仍保持95%容量，證明了其超長(zhǎng)壽命和幾乎不衰減的續(xù)航能力。日前，固態(tài)電池領(lǐng)域再度傳來(lái)重磅消息，輝能科技宣布全球首條固態(tài)電池生產(chǎn)線已正式投產(chǎn)，其固態(tài)電池采用鋰陶瓷電池技術(shù)，充電12分鐘，可實(shí)現(xiàn)續(xù)航1000公里。同時(shí)，國(guó)內(nèi)亦連續(xù)有多家電池企業(yè)對(duì)外公開(kāi)發(fā)布了其最新固態(tài)電池產(chǎn)品，似乎掀起了一輪固態(tài)電池研發(fā)的“新競(jìng)賽”。
從國(guó)內(nèi)外相關(guān)企業(yè)發(fā)布和披露的固態(tài)電池研發(fā)應(yīng)用進(jìn)展情況看，業(yè)內(nèi)判斷，整體而言整個(gè)產(chǎn)業(yè)正朝著“2027年左右上車、2030年實(shí)現(xiàn)規(guī)?；慨a(chǎn)”的目標(biāo)，規(guī)劃全固態(tài)電池的商業(yè)化進(jìn)程。但據(jù)相關(guān)專業(yè)人士分析，“量產(chǎn)并不等于真正實(shí)現(xiàn)商用”，“目前一些企業(yè)所披露的全固態(tài)量產(chǎn)和上車計(jì)劃，示范意義大于應(yīng)用意義”。實(shí)際上，真正的固態(tài)電池尚有多項(xiàng)重大技術(shù)難題，產(chǎn)品成熟還需經(jīng)歷一段較長(zhǎng)時(shí)期持續(xù)的研發(fā)；目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)企業(yè)宣布的固態(tài)電池新品，也僅是在固態(tài)電解質(zhì)中添加部分電解液的半固態(tài)電池，要能達(dá)到預(yù)期的性能和價(jià)格水平，亦還存在若干的問(wèn)題需要解決。固態(tài)、半固態(tài)電池下一步的發(fā)展走向，仍是充滿許多挑戰(zhàn)和不確定性。
一、全固態(tài)電池是全球公認(rèn)的下一代電池，相比傳統(tǒng)鋰電池具有無(wú)可比擬的優(yōu)越性能
固態(tài)電池即是使用固態(tài)電解質(zhì)的電池。液態(tài)鋰離子電池由正極材料、負(fù)極材料、電解液、隔膜四大主材組成；固態(tài)電池則是將電解液、隔膜替換成固態(tài)電解質(zhì)，在正負(fù)極極片之間直接取消隔膜。
固態(tài)電池的發(fā)展路徑大致可以分為半固態(tài)（5-10wt%）、準(zhǔn)固態(tài)（0-5wt%）、全固態(tài)（0wt%）等階段；其中半固態(tài)、準(zhǔn)固態(tài)使用的電解質(zhì)均為混合固液電解質(zhì)。目前在全球范圍內(nèi)，全固態(tài)電池主要還處于研發(fā)和試制階段。
歐陽(yáng)明高院士講，全固態(tài)電池具有技術(shù)顛覆的性能潛力。這個(gè)顛覆性，主要是從性能上與目前液體鋰電池對(duì)比。理論上固態(tài)電池在離子電導(dǎo)率、能量密度、耐高壓、耐高溫、循環(huán)壽命等各項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于液態(tài)電池，兼顧了傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池?zé)o法兼顧的高能量密度和高安全特性。其主要的優(yōu)勢(shì)有：
（1）高安全性：高安全性是固態(tài)電池的首要優(yōu)勢(shì)。
傳統(tǒng)液態(tài)電池在安全性上存在兩大問(wèn)題：第一是在大電流下工作負(fù)極出現(xiàn)鋰析出沉積有可能出現(xiàn)鋰枝晶，從而刺破隔膜導(dǎo)致內(nèi)部短路；第二是液態(tài)電池采用有機(jī)電解液，當(dāng)電池在溫度過(guò)高或內(nèi)部短路等異常情況下，存在自燃甚至爆炸的危險(xiǎn)。
固態(tài)電池采用固態(tài)電解質(zhì)，固態(tài)電解質(zhì)具有不易燃、耐高溫、化學(xué)活性低等特性，且能夠有效抑制鋰枝晶生長(zhǎng)。從液態(tài)到固態(tài)，硫化物固態(tài)電解質(zhì)的熱穩(wěn)定性可以保持到300°C，相比液態(tài)電解質(zhì)增加了200°C的安全空間。因此，固態(tài)電池能夠大幅提升電池的安全性。
（2）高能量密度：傳統(tǒng)液態(tài)電池的能量密度已經(jīng)接近350Wh/kg的理論極限。固態(tài)電解質(zhì)本身不能提升能量密度，但由于固態(tài)電池的電化學(xué)窗口寬，能夠承受更高的電壓（5V 以上），材料可選擇的范圍更廣。如高電壓正極（如磷酸錳鐵鋰等）、富鋰錳基、硅負(fù)極、鋰金屬負(fù)極等材料，使得能量密度達(dá)到 500Wh/kg 甚至更高。
此外，固態(tài)電池使用固態(tài)電解質(zhì)不需要用硬殼進(jìn)行包裝，可以像燃料電池進(jìn)行串疊，從單體和模組兩個(gè)方面都可以提升能量密度。
（3）高功率特性。液態(tài)鋰離子電池的離子傳導(dǎo)屬于運(yùn)載模式，要通過(guò)溶劑化再到脫溶劑化，但是離子在固態(tài)電解液中是跳躍模式，它傳遞速率更高，這就使得電池充電的速度可以大幅度提高。目前的液體鋰電池充電速度如果太快就會(huì)析鋰，實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池后可以從根本上解決這個(gè)問(wèn)題。
（4）寬溫區(qū)運(yùn)行：目前的電動(dòng)車在冬季續(xù)航里程下滑明顯，主要原因在于液態(tài)電解質(zhì)在冬季流動(dòng)性下降。固態(tài)電池可以在更廣泛的溫度范圍內(nèi)（-30℃至 100℃）穩(wěn)定工作，尤其是在低溫環(huán)境下，其性能表現(xiàn)更為優(yōu)異，成為解決電動(dòng)車冬季續(xù)航里程的利器。
液態(tài)鋰電池的最佳工作溫度區(qū)間為20℃~30℃。一是溫度升高會(huì)損壞電池，電池循環(huán)壽命和容量都會(huì)逐漸降低，且存在過(guò)熱安全性風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)試驗(yàn)，在常溫25℃的環(huán)境下，如果溫度升高6~10℃，會(huì)因?yàn)楦邷卦黾与姵氐母〕潆婋娏鞫鴮?dǎo)致電池的壽命減少一半。AhmadA. Pesaran 研究表明，當(dāng)電池工作溫度超過(guò)40℃后，每增加10℃，電池的循環(huán)壽命就會(huì)減半。同時(shí)高溫下使用或充電器控制失效，可能會(huì)引發(fā)電池內(nèi)部發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生大量的熱，可能會(huì)出現(xiàn)漏液、放氣、冒煙等現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)電池發(fā)生劇烈燃燒且發(fā)生爆炸。此外，液態(tài)電池隔膜的耐熱極限約為160度，超過(guò)此溫度后聚合物會(huì)轉(zhuǎn)化為流動(dòng)態(tài)，導(dǎo)致正負(fù)極直接短路；
二是低溫下鋰電池可用容量會(huì)有不同程度的衰減，充放電功率受限。低溫下如果對(duì)功率不加以限制，會(huì)引起電池內(nèi)部鋰離子的析出，從而引發(fā)電池容量不可逆的衰減，并且會(huì)給電池的使用埋下安全隱患。具體參考程度為：25℃時(shí)電池可用容量為100%，0℃時(shí)可用容量為85%，-10℃時(shí)可用容量為70%。
（5）體積?。簜鹘y(tǒng)液態(tài)電池需要使用隔膜和電解液，二者占據(jù)了電池中近40%的體積和25%的質(zhì)量。固態(tài)電池使用固態(tài)電解質(zhì)取代液態(tài)電池的隔膜和電解液，正負(fù)極之間的距離可以縮短到只有幾到十幾個(gè)微米，從而大幅降低電池的厚度。
固態(tài)電解質(zhì)的安全性，可以減少系統(tǒng)熱管理系統(tǒng)需求，因此可以可簡(jiǎn)化固態(tài)電池的封裝、冷卻系統(tǒng)，在有限空間進(jìn)一步縮減電池重量，體積能量密度較液態(tài)鋰電池石墨負(fù)極提升70%以上，電池PACK的成組效率也得到大幅提升。因此，同樣的電量，固態(tài)電池的體積將變得更小。
以上一些特性固態(tài)鋰電池可以同時(shí)滿足，而液態(tài)鋰電池往往提升了一方面性能，就可能會(huì)影響其他性能。如提高了比能量但會(huì)使充電速率降下來(lái)了，也可能使電池壽命縮短；充電倍率性能提升但會(huì)影響到循環(huán)壽命。而固態(tài)電池充電倍率提升，電池壽命反而會(huì)有增長(zhǎng)。
二、全球固態(tài)電池研發(fā)進(jìn)展積極，整體朝著“2027年左右上車、2030年實(shí)現(xiàn)規(guī)?；慨a(chǎn)”的目標(biāo)
全固態(tài)電池是全球公認(rèn)的下一代電池，被列入中國(guó)、美國(guó)、歐盟、日韓等主要國(guó)家的發(fā)展戰(zhàn)略。全球企業(yè)都在積極布局固態(tài)電池，全固態(tài)電池成為下一代電池技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵制高點(diǎn)。
表1：全球固態(tài)電池發(fā)展戰(zhàn)略
圖片來(lái)源：歐陽(yáng)明高院士報(bào)告《中國(guó)動(dòng)力電池發(fā)展歷程、技術(shù)進(jìn)展與前景展望》
從全球固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)布局來(lái)看，中國(guó)參與的企業(yè)最多，包括傳統(tǒng)電池企業(yè)、初創(chuàng)電池企業(yè)、整車企業(yè)等；其次是日本，技術(shù)實(shí)力最強(qiáng)；美國(guó)以一些初創(chuàng)企業(yè)為主；歐洲主要是車企和美國(guó)的初創(chuàng)企業(yè)合作；韓國(guó)企業(yè)不多，但實(shí)力也強(qiáng)。
圖1：全球固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)布局
圖片來(lái)源：歐陽(yáng)明高院士報(bào)告《中國(guó)動(dòng)力電池發(fā)展歷程、技術(shù)進(jìn)展與前景展望》
日本基本上是舉國(guó)家之力推動(dòng)全固態(tài)電池商業(yè)化，組建了“官-產(chǎn)-學(xué)”聯(lián)盟?！度毡拘铍姵禺a(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略》明確提出，“占領(lǐng)新一代電池市場(chǎng)（全固態(tài)電池）”。豐田、本田、日產(chǎn)既做全固態(tài)電池研發(fā)，又搞整車生產(chǎn)，在電池與整車性能匹配結(jié)合方面比較有優(yōu)勢(shì)。其中豐田做的最早也最深的；日產(chǎn)、本田也先后發(fā)布了其試生產(chǎn)和產(chǎn)品上線的時(shí)間節(jié)點(diǎn)。
韓國(guó)三大電池廠研發(fā)實(shí)力強(qiáng)勁。目前在全固態(tài)電池方面，三星SDI、LGES、SK ON三家電池企業(yè)都取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。尤其是三星的全固態(tài)電池研發(fā)，中國(guó)目前還有很多機(jī)構(gòu)和企業(yè)在復(fù)現(xiàn)它們做出的全固態(tài)電池。
美國(guó)以創(chuàng)業(yè)企業(yè)為主導(dǎo)。美國(guó)汽車廠沒(méi)介入固態(tài)電池研發(fā)，也基本還沒(méi)什么電池廠，因此美國(guó)創(chuàng)業(yè)企業(yè)基本都與歐洲車企合作，開(kāi)展全固態(tài)電池的研發(fā)。如Solid Power和寶馬合作，Quantum Scape和大眾合作。
主要國(guó)家全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化時(shí)間，基本都在2027-2030年。
圖2：全球全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化路線圖
圖片來(lái)源：歐陽(yáng)明高院士報(bào)告《中國(guó)動(dòng)力電池發(fā)展歷程、技術(shù)進(jìn)展與前景展望》
日本宣布于2026年開(kāi)始量產(chǎn)用于工業(yè)設(shè)備的全固態(tài)電池；車用大容量、高能量密度全固態(tài)電池進(jìn)度領(lǐng)先。2024年6月，TDK（東京電氣化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社）宣布第二代氧化物全固態(tài)電池“CeraCharge”可實(shí)現(xiàn)750Wh/L體積能量密度，將應(yīng)用小型消費(fèi)電子產(chǎn)品，樣品將于2025年開(kāi)始問(wèn)世。
日產(chǎn)高鎳+硫化物+鋰金屬全固態(tài)電池計(jì)劃2028年量產(chǎn)裝車。日目標(biāo)1000Wh/L，2024年8月中試線設(shè)備進(jìn)行安裝，2025年3月將開(kāi)始運(yùn)營(yíng)，2026年進(jìn)行車輛測(cè)試，2028年在新款EV車型中搭載應(yīng)用。
豐田聯(lián)合松下、出光興產(chǎn)開(kāi)發(fā)全固態(tài)電池，計(jì)劃2027年開(kāi)始為豐田提供固態(tài)電池。2029年推出可用于無(wú)人機(jī)、工廠機(jī)器人的全固態(tài)電池。出光興產(chǎn)與豐田主要是合作開(kāi)發(fā)硫化物固態(tài)電解質(zhì)，預(yù)計(jì)2027-2028年配備全固態(tài)電池。
Maxell已開(kāi)發(fā)出圓柱型硫化物全固態(tài)電池。容量達(dá)到200mAh，2024年1月可開(kāi)啟樣品預(yù)定。2024年5月，Maxell官宣已經(jīng)將全固態(tài)電池工作溫度上限提升到150℃。
此外，還有三井金屬今年將硫化物固態(tài)電解質(zhì)量產(chǎn)試驗(yàn)設(shè)施進(jìn)行第二次產(chǎn)能擴(kuò)建兩倍；GS湯淺株式會(huì)社已開(kāi)發(fā)出含氮硫化物固態(tài)電解質(zhì)，目前和本田合作新建電池工廠，預(yù)計(jì)2027年投產(chǎn)；村田制作所在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和可穿戴設(shè)備領(lǐng)域，應(yīng)用氧化物全固態(tài)電池；日本電氣硝子全固態(tài)鈉離子電池樣品陸續(xù)出貨。
韓國(guó)全固態(tài)電池基本都將在2027-2030年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。三星SDI已于去年下半年開(kāi)始小規(guī)模生產(chǎn)、驗(yàn)證固態(tài)電池，并表示目前已經(jīng)向客戶交付首批產(chǎn)品，計(jì)劃在2027年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)；SK On目標(biāo)在2028年實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池的商業(yè)化；LG新能源則預(yù)計(jì)2030年實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池量產(chǎn)。
美國(guó)初創(chuàng)企業(yè)與歐洲車企合作的全固態(tài)電池亦有較快進(jìn)展。Solid Power和寶馬合作，2022年完成試生產(chǎn)線建設(shè)，2023年11月向?qū)汃R交付了第一批A樣，正式進(jìn)入裝車試驗(yàn)階段，計(jì)劃2026年啟動(dòng)批量生產(chǎn)。Quantum Scape和大眾合作，計(jì)劃2024年底試產(chǎn)小批量B樣，2025年底開(kāi)始批量生產(chǎn)。2024年9月，梅賽德斯—奔馳與美國(guó)初創(chuàng)電池公司Factorial Energy宣布，將共同開(kāi)發(fā)一款名為“Solstice”的新型固態(tài)電池，2030年前實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
三、中國(guó)固態(tài)電池研發(fā)出現(xiàn)新一輪“競(jìng)賽”，亦有趕上全球進(jìn)展之勢(shì)
從相關(guān)媒體發(fā)布的消息看，今年以來(lái)，我國(guó)固態(tài)電池領(lǐng)域，不僅動(dòng)力電池企業(yè)相繼發(fā)布全固態(tài)電池新品，電池材料技術(shù)方面也頻頻傳出新突破。
4月12日，寧德時(shí)代首次公布了全固態(tài)電池的研發(fā)進(jìn)展，并計(jì)劃在2027年實(shí)現(xiàn)小批量量產(chǎn)。
5月17日，國(guó)軒高科首次發(fā)布采用全固態(tài)電池技術(shù)的金石電池，電芯能量密度達(dá)350Wh/kg，據(jù)稱已建成半固態(tài)電池產(chǎn)能2GWh，已實(shí)現(xiàn)車規(guī)級(jí)全固態(tài)電池制備及基礎(chǔ)性能驗(yàn)證，預(yù)計(jì)2027年將進(jìn)行小批量上車試驗(yàn)。
5月24日，上汽集團(tuán)宣布其全固態(tài)電池將于2026年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，2027年實(shí)現(xiàn)裝車量交付。
8月28日，中創(chuàng)新航發(fā)布“無(wú)界”全固態(tài)電池，電池能量密度達(dá)430Wh/kg，容量為50Ah，計(jì)劃于2027年裝車。
8月28日，鵬輝能源發(fā)布20Ah和2000mAh兩款軟包全固態(tài)電池，能量密度為280Wh/kg，預(yù)計(jì)2025年啟動(dòng)中試研發(fā)并小規(guī)模生產(chǎn)，2026年將正式建立產(chǎn)線并批量生產(chǎn)。
9月1日，衛(wèi)藍(lán)新能源宣布“硫化物（全固態(tài)）電池今年就會(huì)有銷售額。
9月9日，南都電源在投資者在互動(dòng)平臺(tái)回復(fù)提問(wèn)表示，公司固態(tài)電池產(chǎn)品能量密度可達(dá)350Wh/kg，循環(huán)壽命2000次，已通過(guò)熱箱、短路等國(guó)際安全測(cè)試。
億緯鋰能也于今年6月公布了固態(tài)電池新進(jìn)展，選擇硫化物和鹵化物固態(tài)電解質(zhì)的技術(shù)路線，預(yù)計(jì)2026年推出全固態(tài)電池，先落地于混合動(dòng)力汽車。
欣旺達(dá)近期宣布其第一代半固態(tài)電池已完成開(kāi)發(fā)，第二代半固態(tài)電池樣品正在進(jìn)行中試試驗(yàn)，第三代聚合物復(fù)合全固態(tài)電池已完成實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證，預(yù)計(jì)2025年完成產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。
在2024世界動(dòng)力電池大會(huì)上，全球動(dòng)力電池龍頭企業(yè)寧德時(shí)代和比亞迪也透露了其在全固態(tài)電池領(lǐng)域的最新進(jìn)展。寧德時(shí)代董事長(zhǎng)曾毓群表示，寧德時(shí)代在全固態(tài)電池研發(fā)方面已有7~8年的時(shí)間，如果以1到9分為固態(tài)電池的技術(shù)和制造成熟度打分，那么寧德時(shí)代現(xiàn)在可以得4分，處于行業(yè)領(lǐng)先地位。
比亞迪全固態(tài)電池“上車”進(jìn)度則更加明確。比亞迪鋰電池公司CTO孫華軍表示，比亞迪硫化物全固態(tài)電池將于2027年起在中高端電動(dòng)汽車領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)小批量量產(chǎn)，將于2030年至2032年間逐步拓展至主流電動(dòng)汽車市場(chǎng)。
據(jù)公開(kāi)數(shù)據(jù)顯示，2024年1-7月，全國(guó)固態(tài)電池新增產(chǎn)能已超78.2GWh。
表2：2024年固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目進(jìn)展
此前，我國(guó)已有多家企業(yè)布局固態(tài)電池研發(fā)應(yīng)用。2023年國(guó)內(nèi)半固態(tài)電池裝車量突破GWh級(jí)別，正式開(kāi)啟產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。根據(jù)高工鋰電數(shù)據(jù)顯示，截至2023年12月，國(guó)內(nèi)半固態(tài)電池的產(chǎn)能規(guī)劃累計(jì)已接近300GWh，落地產(chǎn)能約15GWh，出貨量突破GWh級(jí)別。
其中，以初創(chuàng)電池企業(yè)衛(wèi)藍(lán)新能源為代表，作為中國(guó)科學(xué)院物理研究所固態(tài)電池技術(shù)唯一的產(chǎn)業(yè)化平臺(tái)，其半固態(tài)電池裝車量已達(dá)0.8GWh，主要搭載在蔚來(lái)汽車。據(jù)預(yù)計(jì)，2024年國(guó)內(nèi)搭載（半）固態(tài)電池上市的新車型將超過(guò)5款，出貨量有望邁向5GWh級(jí)別。
清陶能源亦是國(guó)內(nèi)固態(tài)電池創(chuàng)業(yè)企業(yè)的佼佼者，采用以氧化物無(wú)機(jī)材料為基礎(chǔ)的固液混合技術(shù)，已搭載上汽智己 L6 超級(jí)智能轎車。上汽集團(tuán)與清陶能源攜手推進(jìn)固態(tài)電池研發(fā)，2026年有望實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)及樣車測(cè)試，2027年擬實(shí)現(xiàn)智己新車裝車。
寧德時(shí)代全固態(tài)電池技術(shù)路線主要依賴于凝聚態(tài)和硫化物雙重材料體系，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)500Wh/kg的能量密度，目前正在全固態(tài)電池領(lǐng)域持續(xù)投入，并預(yù)計(jì)在2027年實(shí)現(xiàn)小批量生產(chǎn)。
此外，孚能科技、力神電池、正力新能、輝能科技、贛鋒鋰電、欣界能源、東馳科技、恩力動(dòng)力、中科深藍(lán)匯澤、領(lǐng)新新能源、中科固能、瑞逍科技、山東金啟航、蔚來(lái)、上汽、廣汽等一大批電池和車企，都已公開(kāi)宣布其固態(tài)半固態(tài)電池研發(fā)進(jìn)展及產(chǎn)能規(guī)劃與布局。大部分企業(yè)都宣布將在2027年左右進(jìn)行小批量生產(chǎn)全固態(tài)電池，2030年將成為產(chǎn)業(yè)化主要時(shí)期。
表3：主要固態(tài)電池企業(yè)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程
在關(guān)鍵材料方面，部分企業(yè)已經(jīng)成功研發(fā)出固態(tài)電解質(zhì)，有些處于中試、送樣客戶階段，有些已實(shí)現(xiàn)小批量供貨。整體來(lái)看，目前固態(tài)電解質(zhì)的產(chǎn)業(yè)規(guī)模尚小，但具備一定的規(guī)?；A(chǔ)。包括當(dāng)升科技、容百科技、貝特瑞、翔豐華等，主要在固態(tài)電池的正負(fù)極材料領(lǐng)域與電池企業(yè)合作開(kāi)發(fā)；三祥新材、上海洗霸、東方鋯業(yè)等在固態(tài)電解質(zhì)領(lǐng)域發(fā)力:。
近期，有3家企業(yè)和機(jī)構(gòu)宣布在固態(tài)電池材料研發(fā)上又取得新突破。鋰礦龍頭企業(yè)天齊鋰業(yè)宣布已完成下一代固態(tài)電池關(guān)鍵原材料——硫化鋰產(chǎn)業(yè)化相關(guān)支持工作，并已與十多家下游客戶進(jìn)行了樣品測(cè)試；巴斯夫杉杉電池材料推出全固態(tài)電池正極活性材料，并于近期在長(zhǎng)沙基地完成了中試規(guī)模生產(chǎn)。中科院青島生物能源與過(guò)程研究所研發(fā)出用于全固態(tài)鋰硫電池的新型硫化鋰正極材料，能量密度超過(guò)600Wh/kg，且成本更低，受到關(guān)注。
表4：國(guó)內(nèi)部分固態(tài)電池材料產(chǎn)能布局情況
國(guó)內(nèi)固態(tài)電池已開(kāi)始應(yīng)用于工商業(yè)儲(chǔ)能。據(jù)公開(kāi)信息，近期并網(wǎng)投運(yùn)的固態(tài)電池儲(chǔ)能項(xiàng)目，包括浙江龍泉100MW/200MWh磷酸鐵鋰儲(chǔ)能示范項(xiàng)目、中電建新疆巴里坤156MW/624MWh儲(chǔ)能項(xiàng)目。今年7月，嘉興市悉科1237產(chǎn)業(yè)園466kWh固態(tài)電池儲(chǔ)能項(xiàng)目竣工，由長(zhǎng)三角儲(chǔ)能科技產(chǎn)業(yè)集團(tuán)提供電池及系統(tǒng)集成產(chǎn)品；喬治費(fèi)歇爾金屬成型科技（昆山）有限公司4.5MW/8.94MWh儲(chǔ)能項(xiàng)目近日開(kāi)工，采用昆山本地企業(yè)清陶（昆山）能源的280型半固態(tài)磷酸鐵鋰電池。
國(guó)內(nèi)固態(tài)電池裝車試驗(yàn)亦實(shí)現(xiàn)快速發(fā)展。有公開(kāi)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，今年6月，我國(guó)半固態(tài)電池裝車量達(dá)532.9MWh，環(huán)比增長(zhǎng)了10%，而1-6月的總裝車量已經(jīng)突破了2100MWh。今年4月，上汽發(fā)布最新車型——智己L6，聲稱搭載業(yè)內(nèi)首個(gè)準(zhǔn)900V超快充固態(tài)電池，實(shí)現(xiàn)超1000公里的CLTC續(xù)航里程，并表示這是“超快充固態(tài)電池首次量產(chǎn)上車”。目前來(lái)看，除上汽外，蔚來(lái)、廣汽、東風(fēng)等車企均已發(fā)布了半固態(tài)電池方案并部分實(shí)現(xiàn)裝車。
企業(yè)專利申請(qǐng)節(jié)奏明顯有所加快。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，僅今年2月份，獲專利授權(quán)的有且不僅有以下企業(yè)：
表5：中國(guó)企業(yè)近期獲固態(tài)電池相關(guān)專利
但專利不等于量產(chǎn)，這兩者之間的轉(zhuǎn)化存在很大的不確定性。國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局之前公布過(guò)一組數(shù)據(jù)：“截至2023年5月，全球固態(tài)電池關(guān)鍵技術(shù)專利申請(qǐng)量為20798項(xiàng)，其中中國(guó)有7640項(xiàng)，占比達(dá)36.7%；近5年，我國(guó)固態(tài)電池全球?qū)＠暾?qǐng)量年均增長(zhǎng)20.8%，增速位列全球第一?！?
但總體看，我國(guó)在全固態(tài)電池研發(fā)領(lǐng)域與國(guó)外相比已有較明顯的差距。目前日韓兩國(guó)在專利數(shù)量上均處于領(lǐng)先地位。根據(jù)2000年至2022年3月公開(kāi)的專利數(shù)，日本企業(yè)占據(jù)前三位，包括豐田（1331件）、松下控股（445件）、出光興產(chǎn)（272件），前10位中有6家是日本企業(yè)，4家是韓國(guó)企業(yè)。日本企業(yè)還對(duì)專利技術(shù)進(jìn)行全球化保護(hù)。與豐田1300多項(xiàng)專利相比，中國(guó)還沒(méi)有一家公司的專利數(shù)量達(dá)到100項(xiàng)。
有專家指出，全固態(tài)電池屬于顛覆性技術(shù)，一旦一個(gè)國(guó)家率先實(shí)現(xiàn)商用化，可能對(duì)其他國(guó)家?guī)?lái)顛覆性風(fēng)險(xiǎn)，并重塑國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)和產(chǎn)業(yè)鏈。
圖3：我國(guó)于國(guó)外全固態(tài)電池專利差距
圖片來(lái)源：歐陽(yáng)明高院士報(bào)告《中國(guó)動(dòng)力電池發(fā)展歷程、技術(shù)進(jìn)展與前景展望》
四、全球固態(tài)電池研發(fā)尚面臨多項(xiàng)科學(xué)技術(shù)難題，其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展和應(yīng)用尚需較長(zhǎng)時(shí)間努力
固態(tài)電池在電解質(zhì)材料、固固界面、電極和電芯制造等多個(gè)層面還存在很多的技術(shù)難題。
作為中國(guó)全固態(tài)電池產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新平臺(tái)理事長(zhǎng)，歐陽(yáng)明高院士指出，目前全固態(tài)電池尚面臨許多巨大挑戰(zhàn)。首先是科學(xué)技術(shù)挑戰(zhàn)，需要從關(guān)鍵材料、界面、復(fù)合電極、單體電池不同層面進(jìn)行解決。
在材料層次，硫化物電解質(zhì)化學(xué)穩(wěn)定性、空氣穩(wěn)定性很差，批量生產(chǎn)很難，基礎(chǔ)硫化鋰成本很高；此外在負(fù)極材料方面，硅碳負(fù)極的體積膨脹問(wèn)題還沒(méi)得到很好解決，而鋰金屬負(fù)極現(xiàn)在還不成熟。
在界面層面，電極材料與固態(tài)電解質(zhì)的界面相容性，以及界面的副反應(yīng)，固-固界面機(jī)械接觸和體積變化等，尋找新的材料作為過(guò)渡層，都需要材料的創(chuàng)新。
在電極層面，高面載復(fù)合電極應(yīng)變條件下的電荷輸運(yùn)緩慢，還有機(jī)械失效等問(wèn)題。
在電芯片層面，因硫化物電解質(zhì)的空氣穩(wěn)定性差，只能在手套箱里面做，導(dǎo)致環(huán)境控制成本高，需5000個(gè)大氣壓壓制，制作效率也比較低。
全固態(tài)電池完全成熟尚需經(jīng)歷從當(dāng)前到2040年三個(gè)階段的攻關(guān)。
對(duì)全固態(tài)電池技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程和發(fā)展趨勢(shì)，歐陽(yáng)明高院士在今年8月31日舉辦的2024泰達(dá)汽車論壇演講中指出，高比能全固態(tài)電池與低成本、長(zhǎng)壽命鋰離子電池對(duì)中國(guó)動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)同等重要。從技術(shù)研發(fā)節(jié)點(diǎn)上看，全固態(tài)電池從固態(tài)電解質(zhì)、高容量復(fù)合負(fù)極和正極三大主材的創(chuàng)新上，還需經(jīng)歷從當(dāng)前到2040年大約三個(gè)階段的技術(shù)攻關(guān)，尚能達(dá)到理想的境地：
第一步，現(xiàn)在到2030年，重點(diǎn)攻關(guān)固態(tài)電解質(zhì)。到2025年，以200Wh/kg和400Wh/L為目標(biāo)，確立主體電解質(zhì)（三大路線選一），打通全固態(tài)電池技術(shù)鏈，三元和石墨正負(fù)極材料不變；到2030年，以300Wh/kg和600Wh/L為目標(biāo)，特種商用車應(yīng)用為主要場(chǎng)景，應(yīng)用三元和硅碳正負(fù)極，優(yōu)化固態(tài)電解質(zhì)體系（主體電解質(zhì)+補(bǔ)充電解質(zhì)），實(shí)現(xiàn)在電池層面大于4C的倍率性能和5000的循環(huán)壽命，可望在2030年實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池的大規(guī)模量產(chǎn)。
第二步，到2035年，重點(diǎn)攻關(guān)高容量復(fù)合負(fù)極。2030年，以400Wh/kg和800Wh/L為目標(biāo)，高性能乘用車為主要應(yīng)用，進(jìn)一步發(fā)展高比容量硅碳負(fù)極，實(shí)現(xiàn)電池層面大于3C的倍率性和1500次的循環(huán)壽命；到2035年，以500Wh/kg和1000Wh/L為目標(biāo)，進(jìn)一步發(fā)展鋰金屬負(fù)極。
第三步，到2040年，重點(diǎn)攻關(guān)高容量復(fù)合正極。2035年，以500Wh/kg和1000Wh/L為目標(biāo)，進(jìn)一步發(fā)展高電壓高比容量富鋰正極；到2040年，以700Wh/kg為目標(biāo)，發(fā)展鋰硫和鋰空氣電池。
歐陽(yáng)明高院士進(jìn)一步指出，“電池技術(shù)不是一天就能被顛覆的，問(wèn)題解決需要循序漸進(jìn)。從燃料電池研發(fā)歷程經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，固態(tài)電池技術(shù)研發(fā)需要一步一步來(lái)，一次解決一個(gè)問(wèn)題，不要正極也變、負(fù)極也變、電解質(zhì)也變?！彼M(jìn)一步舉例說(shuō)明，可以先把固態(tài)電池的安全性提升至與300Wh/kg磷酸鐵鋰電池相媲美的水平，再解決固態(tài)電池在不同溫度環(huán)境下性能的穩(wěn)定性問(wèn)題，在此基礎(chǔ)上探索將負(fù)極材料切換為硅碳路線的可行性。
按照歐陽(yáng)明高院士這三個(gè)階段材料創(chuàng)新的預(yù)判，結(jié)合國(guó)內(nèi)和日韓美歐企業(yè)目前在固態(tài)、半固態(tài)電池研發(fā)應(yīng)用領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)展，預(yù)計(jì)到2030年可以基本解決固態(tài)電解質(zhì)的相關(guān)問(wèn)題，包括“固-固界面”等問(wèn)題，固態(tài)電池可進(jìn)入實(shí)際的商業(yè)化應(yīng)用，這也與業(yè)內(nèi)大多數(shù)人士判斷的“2027年左右進(jìn)入裝車試用、2030年左右量產(chǎn)”相符。而要獲得300Wh/kg以上、達(dá)到500-700Wh/kg左右能量密度的理想目標(biāo)，恐還需要再10年、在高容量正負(fù)極材料創(chuàng)新上的努力。因此，對(duì)固態(tài)電池創(chuàng)新研發(fā)的進(jìn)展預(yù)期，仍需持謹(jǐn)慎樂(lè)觀和科學(xué)扎實(shí)的態(tài)度。
固體電解質(zhì)技術(shù)路線不確定，也會(huì)增加企業(yè)研發(fā)和試錯(cuò)成本，將在一定程度上影響其產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程。
固態(tài)電解質(zhì)是固態(tài)電池的核心組成部分，也是固態(tài)電池中變化最大的環(huán)節(jié)。固態(tài)電解質(zhì)在固態(tài)電池中起到鋰離子傳輸?shù)茸饔茫枪虘B(tài)電池中的核心部件，其性能也在很大程度上決定了固態(tài)電池的各項(xiàng)性能參數(shù)，如電池的功率密度、循環(huán)穩(wěn)定性、安全性能、高低溫性能以及使用壽命等。
固態(tài)電解質(zhì)根據(jù)材料類型不同，大致可以分為聚合物、氧化物、硫化物三類，其性能各有優(yōu)劣。目前全球固態(tài)電池企業(yè)都在不同的電解質(zhì)體系上進(jìn)行技術(shù)研發(fā)，日韓和歐美等海外企業(yè)更傾向于硫化物技術(shù)路線，致力于全固態(tài)電池的開(kāi)發(fā)，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程相對(duì)緩慢；而國(guó)內(nèi)企業(yè)多數(shù)選擇氧化物技術(shù)路線，研發(fā)的產(chǎn)品多為半固態(tài)電池。
其中，氧化物固態(tài)電池使用的是氧化物材料作為電解質(zhì)，雖然具有良好的機(jī)械性能和化學(xué)穩(wěn)定性，但氧化物由于其離子導(dǎo)電率相對(duì)偏低，且由于其機(jī)械強(qiáng)度高，形變能力和柔軟性能差，電解質(zhì)片易脆裂，固-固界面接觸損耗大，限制了其應(yīng)用，現(xiàn)在都逐漸轉(zhuǎn)向固液混合。
聚合物電解質(zhì)具有質(zhì)量輕、彈性好、機(jī)械加工性能優(yōu)良的特點(diǎn)，且其工藝與現(xiàn)有鋰電池接近，易于大規(guī)模量產(chǎn)。然而，聚合物電解質(zhì)電化學(xué)窗口比較窄，電導(dǎo)率更低，且存在鋰枝晶穿透造成短路的風(fēng)險(xiǎn)，熱穩(wěn)定性有限。跟氧化物類似，現(xiàn)在也轉(zhuǎn)向固液混合。
硫化物離子導(dǎo)率最高，材料比較軟，其固-固靜壓時(shí)可以有比較好的結(jié)合。但硫化物電解質(zhì)空氣穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性都很差，對(duì)水汽敏感，容易與水反應(yīng)生成有毒的H2S氣體，且與空氣中的氧氣、水蒸氣發(fā)生不可逆的化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致離子電導(dǎo)率降低和結(jié)構(gòu)破壞。因此，硫化物固態(tài)電解質(zhì)的開(kāi)發(fā)難度較大，對(duì)生產(chǎn)環(huán)境要求嚴(yán)苛，生產(chǎn)工藝難度大，且生產(chǎn)成本過(guò)高，目前還有很多問(wèn)題需要解決。
除了上述三種主要類型的固態(tài)電池外，還有結(jié)合型固態(tài)電池，如復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)，它是由硫化物/氧化物和聚合物電解質(zhì)復(fù)合得到的電解質(zhì)。這種復(fù)合電解質(zhì)綜合了無(wú)機(jī)和有機(jī)固態(tài)電解質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)，兼具高鋰離子導(dǎo)電率和電化學(xué)穩(wěn)定性。此外，還有氯化物固態(tài)電解質(zhì)，它同時(shí)具備硫化物的高離子電導(dǎo)率、可變形性以及氧化物對(duì)高電壓正極材料的穩(wěn)定性，但在大規(guī)模商業(yè)化方面尚不具備可行性。
根據(jù)上述情況，有業(yè)內(nèi)人士指出，全固態(tài)電池的發(fā)展，也面臨和曾經(jīng)動(dòng)力電池選擇三元還是磷酸鐵鋰同樣的難題：什么配方最為合適，什么材料體系最可能突破，能否將安全性、能量密度、循環(huán)次數(shù)、成本等進(jìn)行最佳程度匹配？怎樣才能降低原材料價(jià)格控制成本？制造工藝何時(shí)能做到最成熟狀態(tài)？這些都需要產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同創(chuàng)新，通過(guò)實(shí)踐試錯(cuò)，才能找到一條比較適合全固態(tài)電池發(fā)展的道路；而這其中對(duì)固態(tài)電池企業(yè)來(lái)講，選擇哪種路線才是將來(lái)的主流路線，將可能承擔(dān)相當(dāng)大的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。企業(yè)一旦選擇錯(cuò)了路線，未來(lái)很可能會(huì)被市場(chǎng)無(wú)情淘汰。
全固態(tài)電池的研發(fā)目前最多達(dá)到實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證階段，離進(jìn)入批量生產(chǎn)距離尚屬遙遠(yuǎn)。
寧德時(shí)代曾毓群接受媒體采訪時(shí)認(rèn)為，“如果用數(shù)字1到9，表示固態(tài)電池的技術(shù)和制造成熟度，1是剛開(kāi)始涉及這一領(lǐng)域，9是技術(shù)成熟，可以投入大規(guī)模生產(chǎn)。當(dāng)前行業(yè)最高水平只到了4左右，包括我們（寧德時(shí)代）。”換句話說(shuō)，業(yè)內(nèi)最先進(jìn)的水平也僅做到了生產(chǎn)器件樣品來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的階段。甚至“這些器件的使用還有很多邊界條件，如要在6000個(gè)大氣壓下，才實(shí)現(xiàn)較高的低溫性能等，這意味著這些器件還無(wú)法投入市場(chǎng)應(yīng)用。”并只指出寧德時(shí)代在全固態(tài)電池的研發(fā)已有七八年，對(duì)比全球發(fā)展情況應(yīng)該是“領(lǐng)先一大步”或者說(shuō)是“ second to none（首屈一指）”。
比亞迪電池CTO孫華軍也指出，比亞迪公司硫化物固態(tài)電池的研發(fā)，目前實(shí)際的狀態(tài)還是從早期的實(shí)驗(yàn)室到工程化的轉(zhuǎn)化過(guò)程。首先硫化物電池制造的干電極技術(shù)，未來(lái)大規(guī)模量產(chǎn)還是有問(wèn)題；其次是固態(tài)電池做大之后，界面中間位置的膨脹不只是厚度方向，在其他幾個(gè)方向的力怎么約束？這樣的問(wèn)題都會(huì)暴露出來(lái)。
因此，從寧德時(shí)代和比亞迪介紹的情況看，目前市面上宣稱固態(tài)電池已量產(chǎn)的信息，大多是企業(yè)的一種宣傳手段。
五、全固態(tài)電池短期難以產(chǎn)業(yè)化，半固態(tài)電池作為過(guò)渡被寄予厚望，但其商業(yè)化應(yīng)用仍面臨諸多難題
歐陽(yáng)明高院士在今年1月21日舉行的“中國(guó)全固態(tài)電池產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新平臺(tái)成立大會(huì)”主題報(bào)告中指出，目前全球固態(tài)電池的發(fā)展主要呈現(xiàn)兩大特征：
第一是國(guó)外是以全固態(tài)電池為主，日韓美歐企業(yè)基本都在研發(fā)全固態(tài)電池，這也是全球固態(tài)電池發(fā)展的總體態(tài)勢(shì)；
第二是全固態(tài)中又以硫化物電解質(zhì)為主，以豐田、日產(chǎn)、本田、LG、三星SDI為代表的日韓企業(yè)在硫化物技術(shù)路線布局較多，國(guó)內(nèi)主要是寧德時(shí)代與比亞迪選擇了該路線。
我國(guó)企業(yè)目前開(kāi)發(fā)的固態(tài)電池，實(shí)際大多都是“固液混合”的半固態(tài)電池；固態(tài)電池能夠量產(chǎn)到實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用，仍有一段較長(zhǎng)的路要走。
固態(tài)電解質(zhì)三大技術(shù)路線，其中硫化物固態(tài)電池被稱為發(fā)展?jié)摿ψ畲蟮墓虘B(tài)電池。但由于硫化物電解質(zhì)制備艱難，短時(shí)期難以實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，因此我國(guó)企業(yè)目前大都選擇較容易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的氧化物和聚合物的路線。該兩條路線目前在實(shí)踐中目前也只能通過(guò)在固態(tài)電解質(zhì)中摻雜一定電解液方式，以解決固-固界面相容性等問(wèn)題，因此實(shí)際都是固液混合的半固態(tài)電池。
據(jù)報(bào)道，今年4月上汽發(fā)布最新車型智己L6，聲稱搭載業(yè)內(nèi)首個(gè)準(zhǔn)900V超快充固態(tài)電池。但據(jù)相關(guān)業(yè)內(nèi)人士分析，智己L6所搭載的電池，并非真正意義上的全固態(tài)電池。該電池在電解質(zhì)中加入了10%的浸潤(rùn)液，且正負(fù)極材料與液態(tài)鋰電池正負(fù)極材料相似，實(shí)為半固態(tài)電池。
近年來(lái)在業(yè)界小有名氣的“才神道”，采取實(shí)體拆解、或綜合多方信息解析研判的方式，對(duì)目前各家已發(fā)布的固態(tài)電池進(jìn)行了逐個(gè)剖析，得出的結(jié)論，是大多數(shù)都屬于固液混合的半固態(tài)電池，而非真正意義上使用全固態(tài)電解質(zhì)的“固態(tài)電池”。很多企業(yè)發(fā)布的固態(tài)電池產(chǎn)品，包括能量密度、循環(huán)次數(shù)、快充性能、安全性等的介紹，宣傳成分很大。
高工鋰電也指出，當(dāng)前能夠?qū)崿F(xiàn)裝車的均為半固態(tài)電池，即以固液混合電解質(zhì)替代傳統(tǒng)液態(tài)電解液。不少車企，乃至電池企業(yè)宣稱的“固態(tài)電池”也均為“半固態(tài)電池”。
與歐陽(yáng)明高院士講解固態(tài)電池制備原理和當(dāng)前面臨的重大關(guān)鍵技術(shù)難題相同，業(yè)界都十分清楚全固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化落地，尚需較長(zhǎng)時(shí)間的技術(shù)攻關(guān)，且存在不確定性。因此，目前可以肯定全球還沒(méi)有一家企業(yè)能將其全固態(tài)電池產(chǎn)品投入大規(guī)模的生產(chǎn)制備。當(dāng)前即便不少企業(yè)已發(fā)布全固態(tài)電池量產(chǎn)時(shí)間表，但從實(shí)驗(yàn)室到工廠，其商業(yè)化進(jìn)程仍然面臨著許多挑戰(zhàn)。
高工鋰電同時(shí)指出，全固態(tài)電池“量產(chǎn)并不等于商用”，目前所披露的全固態(tài)量產(chǎn)和上車計(jì)劃，示范意義大于應(yīng)用意義。真正意義上的商業(yè)應(yīng)用，意味著產(chǎn)品能夠大規(guī)模、低成本生產(chǎn)，這是消費(fèi)端普及應(yīng)用的基本條件。從這一條件來(lái)說(shuō)，電池廠商和車企于2027-2028年量產(chǎn)和裝車，離真正意義上的商業(yè)化應(yīng)用仍有距離。2027年的量產(chǎn)和上車是一個(gè)目標(biāo)和風(fēng)向，并不等于真正的推向市場(chǎng)。歐陽(yáng)明高院士此前表示，即便全固態(tài)電池實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破，實(shí)現(xiàn)2030年產(chǎn)業(yè)化，要替代液態(tài)鋰電池50%市場(chǎng)份額，至少需要20-30年。從研發(fā)到量產(chǎn)，從量產(chǎn)到商用，固態(tài)電池每一個(gè)產(chǎn)業(yè)進(jìn)程都具有不確定性。
理論上半固態(tài)電池兼顧了液態(tài)和固態(tài)電池的部分優(yōu)勢(shì)，是向全固態(tài)電池過(guò)渡中比較好的一種產(chǎn)品。
半固態(tài)電池包含部分固態(tài)電解質(zhì)，固態(tài)電解質(zhì)具有耐高溫、不可燃等特性，因此電池自燃風(fēng)險(xiǎn)降低；半固態(tài)電池相較傳統(tǒng)液態(tài)電池，由于減小了電解液與電極發(fā)生副反應(yīng)可采用更高比容量的正負(fù)極材料，因此獲得更高的能量密度。目前各家開(kāi)發(fā)的所謂固態(tài)電池，其能量密度都達(dá)到300-400Wh/kg，360Wh/Kg最為普遍，應(yīng)用場(chǎng)景以新能源車輛、低空飛行器、數(shù)碼產(chǎn)品、儲(chǔ)能等領(lǐng)域?yàn)橹?。此外，半固態(tài)電池具有內(nèi)串結(jié)構(gòu)的單體電池電壓可達(dá)到多個(gè)電芯串聯(lián)的電壓水平，減少包裝結(jié)構(gòu)的使用，可提高成組效率；半固態(tài)電池還具有循環(huán)壽命更長(zhǎng)、工作溫度范圍更寬、耐擠壓和耐震動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)。
半固態(tài)電池因?yàn)橥瑫r(shí)存在液態(tài)電解質(zhì)與固態(tài)電解質(zhì)，要求隔膜的孔徑更大和強(qiáng)度更高，凝膠聚合物電解質(zhì)膜（GPE）是用于半固態(tài)電池的隔膜，凝膠態(tài)是聚合物類隔膜在吸收液體電解質(zhì)時(shí)形成的具有穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的電解質(zhì)，此時(shí)電解液在三維結(jié)構(gòu)中充滿，提供鋰離子的遷移通道，不僅解決了液態(tài)電解質(zhì)易燃易爆的安全問(wèn)題，也提高了固態(tài)電池的離子電導(dǎo)率。
從目前國(guó)內(nèi)多家企業(yè)半固態(tài)電池技術(shù)研發(fā)進(jìn)展和實(shí)驗(yàn)與試驗(yàn)應(yīng)用情況看，半固態(tài)電池是鋰電池目前向全固態(tài)電池過(guò)渡過(guò)程中比較好的一種產(chǎn)品。因?yàn)榧夹g(shù)相對(duì)成熟，并且更加接近液態(tài)鋰離子電池，可兼容傳統(tǒng)鋰電池生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)設(shè)備基本上可以與鋰電兼容；只需新增加一條專產(chǎn)半固態(tài)隔膜的生產(chǎn)線，生產(chǎn)設(shè)備與液態(tài)電池隔膜的設(shè)備兼容。因此，目前在國(guó)內(nèi)半固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程比較快。
目前我國(guó)企業(yè)半固態(tài)電池多數(shù)都基本選擇氧化物技術(shù)路線。
在半固態(tài)電池的電解質(zhì)材料應(yīng)用方面，聚合物電解質(zhì)發(fā)展最為迅速，技術(shù)較成熟，最早推進(jìn)商業(yè)化應(yīng)用，已實(shí)現(xiàn)小規(guī)模量產(chǎn)，但存在電導(dǎo)率低等缺點(diǎn)，性能上限較低，到目前也并未大面積鋪開(kāi)。氧化物電解質(zhì)各方面的性能表現(xiàn)較為均衡，目前進(jìn)展較快。硫化物電解質(zhì)的電導(dǎo)率較高，性能表現(xiàn)最優(yōu)異，最適用于電動(dòng)車，商業(yè)化潛力大，但研究難度也大，如何保持較高穩(wěn)定性有待解決。
但由于氧化物電解質(zhì)非常堅(jiān)硬、孔隙率高，容易導(dǎo)致電離子傳輸通道不暢，以目前的技術(shù)需要加入電解液，因此，目前國(guó)內(nèi)研發(fā)的氧化物固態(tài)電池主要為固液混合方向。衛(wèi)藍(lán)新能源、清陶能源、贛鋒鋰電、輝能科技等國(guó)內(nèi)多家固態(tài)電池公司都是選擇以氧化物材料為基礎(chǔ)的固液混合技術(shù)路線。已公開(kāi)的半固態(tài)電池的單體能量密度可突破400Wh/kg。寧德時(shí)代2023 年 4 月發(fā)布的凝聚態(tài)電池，能量密度最高可達(dá) 500Wh/kg，正在進(jìn)行民用電動(dòng)載人飛機(jī)項(xiàng)目的合作開(kāi)發(fā)，執(zhí)行航空級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試，同時(shí)還將推出凝聚態(tài)電池的車規(guī)級(jí)應(yīng)用版本。2022 年后國(guó)內(nèi)部分車企開(kāi)始搭載半固態(tài)電池，如蔚來(lái)發(fā)布的 ES6、東風(fēng)發(fā)布的 E70、嵐圖發(fā)布的追風(fēng)等車型，大部分是搭載以氧化物為電解質(zhì)的半固態(tài)電池。
半固態(tài)電池的商業(yè)化應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化落地，市場(chǎng)仍存在疑慮，其產(chǎn)業(yè)化能走多遠(yuǎn)？
有分析認(rèn)為，半固態(tài)電池作為固態(tài)電池的過(guò)渡性產(chǎn)品，目前的技術(shù)水平所支撐的產(chǎn)品綜合性能甚至難以優(yōu)于液態(tài)鋰電池；而且最致命的是其成本遠(yuǎn)高于液態(tài)電池，而技術(shù)水平又難以接近固態(tài)電池。以上兩個(gè)方面都難以有突出優(yōu)勢(shì)，因此有人提出質(zhì)疑：半固態(tài)電池處境尷尬，即使產(chǎn)業(yè)化有所加速，但其能走多遠(yuǎn)，終究是掌握在固態(tài)電池的發(fā)展與液態(tài)電池革新的夾縫之中的。
持這種懷疑觀點(diǎn)的人士提出，半固態(tài)電池設(shè)計(jì)初衷是為了平滑產(chǎn)品迭代，逐步優(yōu)化性能指標(biāo)。然而現(xiàn)實(shí)情況是，半固態(tài)電池在性能、成本和技術(shù)的成熟度上，目前均還未能達(dá)到預(yù)期，甚至在某些方面還不如液態(tài)鋰電池未來(lái)的發(fā)展。其中電解液含量的控制是關(guān)鍵問(wèn)題之一：
一是現(xiàn)有技術(shù)水平難以將電解液控制在5%以內(nèi)，這是半固態(tài)電池的基本技術(shù)要求。半固態(tài)電池的初步設(shè)計(jì)，是通過(guò)增加少量液態(tài)電解液，在固態(tài)電解質(zhì)與正負(fù)極之間起到浸潤(rùn)作用，避免固態(tài)電解質(zhì)與正極活性材料這兩個(gè)固體材料，在充放電時(shí)因體積變化導(dǎo)致接觸不良，引起電導(dǎo)率下降，即解決“固-固”界面接觸問(wèn)題。半固態(tài)電池整體電解液含量需要控制在5%以內(nèi)，才能保證電池安全性能的提升；但在目前的技術(shù)水平下，如果僅使用5%的電解液含量，實(shí)際對(duì)于半固態(tài)電解質(zhì)的界面問(wèn)題改善極為有限，電池的循環(huán)壽命與倍率性能依舊有很大問(wèn)題。
第二是目前的半固態(tài)電池產(chǎn)品性能遠(yuǎn)未達(dá)到預(yù)期。由于技術(shù)水平原因，目前市場(chǎng)上半固態(tài)電池的電解液含量多在10%～15%的水平。而這與目前市場(chǎng)量產(chǎn)的高鎳正極和硅碳負(fù)極液態(tài)鋰離子電池的性能相差也不大，半固態(tài)電池在整體性能上并沒(méi)有表現(xiàn)出太大的優(yōu)勢(shì)。有分析指出，目前市場(chǎng)量產(chǎn)的高鎳硅碳液態(tài)鋰電池電解液含量，與半固態(tài)電池基本持平（含液量在10-15%之間）。也就是說(shuō)，半固態(tài)電池除了引入了部分固態(tài)電解質(zhì)外，與傳統(tǒng)液態(tài)電池的結(jié)構(gòu)相比，基本沒(méi)有太大變化。因此有人懷疑，個(gè)別企業(yè)所宣傳的固態(tài)電池（半固態(tài)電池）新品，實(shí)際上很可能并不是真正意義的固態(tài)電池，只是在電極中使用了部分固態(tài)電解質(zhì)的傳統(tǒng)鋰電池。這可能只是企業(yè)的一種宣傳手段。
同時(shí)，液態(tài)鋰離子電池的性能在近兩年越來(lái)越強(qiáng)。包括高鎳三元、添加錳的正極材料（磷酸錳鐵鋰），以及添加硅的負(fù)極材料的應(yīng)用，都在逐步改善和提升液態(tài)鋰電池在能量密度、倍率性和循環(huán)壽命、寬溫性等方面的性能。固態(tài)電池的相關(guān)難點(diǎn)又遲遲不能突破，因此有業(yè)界人士提出，半固態(tài)電池目前實(shí)際處于被夾在中間的尷尬處境：向上無(wú)法做到與固態(tài)電池相同的安全性與能量密度；向下又無(wú)法兼顧液態(tài)電池的成本，能量密度還要被液態(tài)電池頻頻挑戰(zhàn)。
第三是電池制造成本太高，遠(yuǎn)達(dá)不到商業(yè)應(yīng)用的需要。據(jù)相關(guān)分析，目前多數(shù)企業(yè)生產(chǎn)的半固態(tài)電池其度電成本甚至達(dá)到了液態(tài)三元電池的2倍之多。據(jù)星空財(cái)研信息，根據(jù)衛(wèi)藍(lán)新能源為蔚來(lái)供貨的360Wh/kg電芯信息，其度電成本約為1800元/kWh，而截至2024年7月三元電池度電成本僅為710元/kWh。根據(jù)上述信息，估算目前半固態(tài)電池的材料成本約為1.5～2.5元/Wh，遠(yuǎn)高于磷酸鐵鋰與三元電池。
另?yè)?jù)起點(diǎn)研究院（SPIR）調(diào)研統(tǒng)計(jì)，全固態(tài)硫化物電解質(zhì)目前售價(jià)在30-100萬(wàn)元/噸，而液態(tài)電解液售價(jià)僅為3-4萬(wàn)元/噸，而且市面上固態(tài)電解質(zhì)廠家大多只是在公斤級(jí)或百公斤級(jí)生產(chǎn)，沒(méi)有規(guī)模供應(yīng)能力，導(dǎo)致對(duì)應(yīng)的半固態(tài)及全固態(tài)電池成本居高不下。據(jù)此測(cè)算，目前半固體聚合物電池成本為4.5元/Wh左右，半固體硫化物電池成本則為3.6元/Wh左右，與三元液態(tài)鋰電池成本的0.6元/Wh不可同日而語(yǔ)。
第四是半固態(tài)電池目前由于工藝技術(shù)上尚不成熟，且在生產(chǎn)制造上相比現(xiàn)有液體電池更為復(fù)雜，其產(chǎn)品的良品率還不高，也大大影響了半固態(tài)電池的生產(chǎn)制造成本，從性能到價(jià)格與現(xiàn)有液態(tài)電池相比并不具有很明顯的優(yōu)勢(shì)。有分析認(rèn)為，半固態(tài)電池本質(zhì)仍是液態(tài)電池，類似隔膜涂覆。相比液態(tài)電池勃姆石涂覆，半固態(tài)電池在短期經(jīng)濟(jì)性、工藝良率不占優(yōu)，性能有優(yōu)有劣；遠(yuǎn)期優(yōu)勢(shì)也還不夠明顯。半固態(tài)電池當(dāng)前受制于良品率等因素成本較高，長(zhǎng)期和勃姆石涂覆的液態(tài)電池在成本上也可能處于同一水平。
歐陽(yáng)明高院士也指出，固液混合的半固態(tài)電池其電化學(xué)原理與液態(tài)鋰離子電池還是相同的，不屬于顛覆性技術(shù)，只是提升安全性的技術(shù)之一。半固態(tài)電池正在試裝車，但是良品率、電池成本、充電倍率、循環(huán)壽命這些問(wèn)題還需要解決。就是大規(guī)模生產(chǎn)，我們還需要提高良品率、降低電池成本，而且充電倍率一般會(huì)有所下降，循環(huán)壽命也會(huì)很難跟液態(tài)的進(jìn)行比較，這些問(wèn)題都需要逐步解決。
據(jù)起點(diǎn)研究院的分析，綜合來(lái)看目前市場(chǎng)上出現(xiàn)的半固態(tài)電池的性能優(yōu)勢(shì)并不明顯，能量密度比理論值偏低一些、成本性能優(yōu)勢(shì)并不大；如果能量密度和液態(tài)三元鋰電池持平，成本又居高不下，會(huì)影響市場(chǎng)的接受度。全固態(tài)電池則在核心材料和工藝技術(shù)亟需重大突破才可能實(shí)現(xiàn)規(guī)?；慨a(chǎn)，目前全球各國(guó)都在進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)和研發(fā)，誰(shuí)能占領(lǐng)高地尚未可知。不管是半固體電池還是全固態(tài)電池，在產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化路徑上都有問(wèn)題需要解決。
全球全固態(tài)電池技術(shù)如果獲得顛覆性的突破，亦有可能對(duì)半固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展帶來(lái)比較大的沖擊。
根據(jù)上述情況，國(guó)內(nèi)半固態(tài)電池的商業(yè)化應(yīng)用因過(guò)高的成本和產(chǎn)品價(jià)格受到很大的束縛，需要通過(guò)持續(xù)的技術(shù)進(jìn)步，在改善和提升產(chǎn)品性能同時(shí)，在材料端持續(xù)研發(fā)優(yōu)化實(shí)現(xiàn)技術(shù)降本。此外通過(guò)市場(chǎng)的規(guī)?；瘧?yīng)用實(shí)現(xiàn)規(guī)?；当?。但現(xiàn)實(shí)是，現(xiàn)有企業(yè)已建成的半固態(tài)電池還處在產(chǎn)能爬坡階段，而當(dāng)在市場(chǎng)占有一席之地之后，才能形成產(chǎn)業(yè)降成本的基礎(chǔ)。
有業(yè)界人士認(rèn)為，半固態(tài)電池只是固態(tài)電池發(fā)展的過(guò)渡產(chǎn)品，其是否能等到規(guī)?；当镜碾A段，還得看固態(tài)電池的研發(fā)進(jìn)展給其留出的生存空間。歐陽(yáng)明高院士在今年年初舉行的“中國(guó)全固態(tài)電池產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新平臺(tái)成立大會(huì)”的報(bào)告中也提出， “從全行業(yè)看，我們既要發(fā)展這種漸近性的半固態(tài)技術(shù)路線，但是我們又要防范激進(jìn)型全固態(tài)技術(shù)路線帶來(lái)的顛覆性風(fēng)險(xiǎn)”。以固液混合為主的路線要搞，但是全部依賴它是有風(fēng)險(xiǎn)的。
六、半固態(tài)電池并非顛覆性技術(shù)，未來(lái)恐受日韓美歐全固態(tài)電池“彎道超車”的威脅
全球固態(tài)電池仍處于研發(fā)階段，以電解質(zhì)材料為核心的多種技術(shù)路線尚未統(tǒng)一。近年來(lái)，固態(tài)電池已經(jīng)成為全球范圍內(nèi)研究的焦點(diǎn)，但是固態(tài)電池的諸多關(guān)鍵技術(shù)路線尚處于探索階段，技術(shù)路徑呈多元化發(fā)展趨勢(shì)。
鑒于中國(guó)在液態(tài)鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈和供應(yīng)鏈方面的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，歐美日韓扭轉(zhuǎn)航向搶先布局固態(tài)電池領(lǐng)域，意圖換道超車。在全球動(dòng)力電池競(jìng)爭(zhēng)格局上，中、日、韓三國(guó)一直處于“混戰(zhàn)”狀態(tài)。不過(guò)，隨著全球新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈的不斷變化，中國(guó)企業(yè)在液態(tài)鋰電池為主的全球動(dòng)力電池市場(chǎng)中已有“ 獨(dú)占鰲頭” 之勢(shì)。為扭轉(zhuǎn)在動(dòng)力電池領(lǐng)域的“陪跑者” 角色，歐美日韓都在加大固態(tài)動(dòng)力電池的布局力度，均已制定了國(guó)家戰(zhàn)略，加大政府和民間的投入，并且組建跨行業(yè)的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，意在新一代動(dòng)力電池領(lǐng)域搶占制高點(diǎn)。
在國(guó)家層面，2020年歐洲支持了“2030電池創(chuàng)新路線圖”；美國(guó)制定了“美國(guó)鋰電池2021—2030國(guó)家發(fā)展藍(lán)圖”；日本制定了第三期“電動(dòng)汽車創(chuàng)新電池開(kāi)發(fā)” 項(xiàng)目，特別是還支持了以豐田為核心牽頭單位的針對(duì)電動(dòng)汽車的全固態(tài)電池的研發(fā)項(xiàng)目；韓國(guó)也發(fā)布了“2030二次電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略”。
在企業(yè)層面，目前全球范圍內(nèi)致力于固態(tài)電池技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用的車企、動(dòng)力電池公司有幾十余家，其中包括豐田、大眾、寶馬、福特等一系列全球巨頭級(jí)車企都曾紛紛發(fā)表關(guān)于加快固態(tài)電池商用化的推進(jìn)速度。豐田的固態(tài)電池生產(chǎn)計(jì)劃已獲得日本政府批準(zhǔn)，并計(jì)劃于2026年開(kāi)始正式生產(chǎn)。豐田有望成為首批推出固態(tài)電池驅(qū)動(dòng)乘用車的汽車制造商之一。美國(guó)固態(tài)電池公司Ampcera日前宣布，旗下全固態(tài)電池（ASSB）技術(shù)可實(shí)現(xiàn)15分鐘內(nèi)以4C的峰值速率，將電池SOC從0%充到80%。該公司還透露，這款電池采用高容量NMC陰極和硅基陽(yáng)極，并選用了硫化物固態(tài)電解質(zhì)，使其能量密度達(dá)到400 Wh/kg。目前實(shí)驗(yàn)室300次4C倍率充電后會(huì)出現(xiàn)5%的電量衰減。Ampcera宣稱，未來(lái)量產(chǎn)必然達(dá)到1000次循環(huán)的使用壽命。
已經(jīng)和大眾集團(tuán)簽訂了戰(zhàn)略合作的QS公司，早在2021年便發(fā)布全球首款車規(guī)級(jí)鋰金屬電池A樣品的SES公司，其已與本田、現(xiàn)代、通用達(dá)成合作關(guān)系；全美固態(tài)電池“三駕馬車之一”的量子景觀公司（QuantumScape），日前更宣布了其固態(tài)電池成功通過(guò)德國(guó)大眾嚴(yán)苛的50萬(wàn)公里耐久性測(cè)試，電池循環(huán)壽命在1000多次，容量仍可保持在95%以上。
鋰電產(chǎn)業(yè)的全球競(jìng)爭(zhēng)，已到了“只爭(zhēng)朝夕”的境地。有分析指出，對(duì)于市場(chǎng)而言，30年的時(shí)間鋰離子電池的能量密度以每年8%的速度艱難前進(jìn)。能改變市場(chǎng)格局的技術(shù)，一定是艱難又漫長(zhǎng)的。因此，從全球固態(tài)電池技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用的態(tài)勢(shì)上看，留給目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)企業(yè)競(jìng)相推進(jìn)的半固態(tài)電池應(yīng)用時(shí)間和空間實(shí)際也已不多。需要相關(guān)企業(yè)抓緊在半固態(tài)電池技術(shù)的工程化應(yīng)用和工藝制造等環(huán)節(jié)解決其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的問(wèn)題，盡快通過(guò)技術(shù)降本實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用來(lái)推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展；同時(shí)在全固態(tài)電池的技術(shù)研發(fā)上持續(xù)加力，努力避免被技術(shù)和市場(chǎng)迭代淘汰的風(fēng)險(xiǎn)。
尤其是處于TOP10排名靠后的電池企業(yè)和其他二線電池企業(yè)，自身的研發(fā)和資本實(shí)力不夠強(qiáng)，同時(shí)還要應(yīng)對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品市場(chǎng)的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)，維系自己的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)和可持續(xù)發(fā)展，因此在選擇突破性技術(shù)與產(chǎn)品方向上，更需對(duì)行業(yè)有一個(gè)清醒、冷靜的判斷，竭力避免技術(shù)路線錯(cuò)誤和戰(zhàn)略階段選擇失誤，使自己未來(lái)陷入產(chǎn)品迭代時(shí)的困境。
