中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：近期，固態(tài)電池再次成為行業(yè)焦點(diǎn)。2月15日，第二屆中國全固態(tài)電池創(chuàng)新發(fā)展高峰論壇在北京舉行，多位專家學(xué)者對(duì)我國固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展表示了肯定。其中，工業(yè)和信息化部原部長苗圩表示，我國固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展前景光明，但任重道遠(yuǎn)。
根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2025年固態(tài)電池高質(zhì)量發(fā)展藍(lán)皮書——提質(zhì)降本，突破“固”障》預(yù)計(jì)，到2030年，全球固態(tài)電池出貨量將達(dá)到614.1吉瓦時(shí)，全固態(tài)電池市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到172億元。當(dāng)前，我國固態(tài)電池相關(guān)專利的年均增速約為40%，在全球固態(tài)電池技術(shù)革命中搶占先機(jī)，多家電池、車企巨頭也宣布將于2027年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
當(dāng)前，作為出口“新三樣”之一的新能源汽車，已成為我國汽車產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)彎道超車的關(guān)鍵，而動(dòng)力電池作為核心部件，其技術(shù)創(chuàng)新對(duì)新能源汽車的高質(zhì)量發(fā)展意義重大。然而，從產(chǎn)業(yè)發(fā)展來看，全固態(tài)電池仍面臨材料、技術(shù)和成本等多重挑戰(zhàn)。
1技術(shù)路線多元發(fā)展
得益于在熱穩(wěn)定性和安全性等方面的優(yōu)勢(shì)，近年來，全固態(tài)電池被公認(rèn)為是下一代高安全、高比能動(dòng)力電池的首選方案。
中國科學(xué)院院士、中國全固態(tài)電池產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新平臺(tái)理事長歐陽明高在第二屆中國全固態(tài)電池創(chuàng)新發(fā)展高峰論壇上表示：2025年全固態(tài)電池的發(fā)展將確定主攻技術(shù)路線，此外，實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池的關(guān)鍵是材料的共性技術(shù)取得進(jìn)展。
相較于液態(tài)電池，固態(tài)電池采用固態(tài)電解質(zhì)，降低了液態(tài)電解質(zhì)可能發(fā)生的泄漏、腐蝕、爆炸等安全隱患，安全性大幅提升。同時(shí)，固態(tài)電池在能量密度和充放電速度方面也具有明顯優(yōu)勢(shì)，被認(rèn)為是未來電池技術(shù)的主流方向。
其實(shí)，固態(tài)電池還分為全固態(tài)電池和半固態(tài)電池。在動(dòng)力電池發(fā)展過程中，半固態(tài)電池作為一種過渡策略，能夠提升動(dòng)力電池的安全性。但半固態(tài)電池的良品率、充電倍率以及循環(huán)壽命等都表現(xiàn)欠佳。當(dāng)前，國內(nèi)主流電池廠商對(duì)固態(tài)電池的技術(shù)路線的研究多點(diǎn)開花。
因高離子電導(dǎo)率和界面易結(jié)合的特性，硫化物路線成為當(dāng)前全固態(tài)電池技術(shù)的主流方案。在2024（第四屆）Mysteel鋰電產(chǎn)業(yè)年會(huì)上，中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)原秘書長劉彥龍表示：“固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化大家都看好硫化物，以寧德時(shí)代、豐田等為代表的企業(yè)都在發(fā)力這一技術(shù)路線?！?
目前，寧德時(shí)代采用的是“硫化物+聚合物復(fù)合電解質(zhì)”方案，并表示2027年有望小批量量產(chǎn)硫化物路線全固態(tài)電池。比亞迪則聚焦硫化物全固態(tài)路線，其研發(fā)的400瓦時(shí)/千克電池已進(jìn)入裝車倒計(jì)時(shí)。但由于硫化物對(duì)水氧敏感、需惰性氣體封裝的高成本問題，部分企業(yè)被迫轉(zhuǎn)向半固態(tài)過渡方案。
氧化物路線因熱穩(wěn)定性優(yōu)異、兼容現(xiàn)有產(chǎn)線工藝，成為清陶能源、輝能科技等企業(yè)的產(chǎn)業(yè)化突破口。但氧化物路線的離子電導(dǎo)率低，存在界面阻抗等問題，因此這部分廠家同樣轉(zhuǎn)移到固液混合路線上，且已經(jīng)量產(chǎn)上車，如清陶能源的半固態(tài)電池已搭載于智己L6車型，能量密度達(dá)360瓦時(shí)/千克；衛(wèi)藍(lán)360瓦時(shí)/
千克的鋰電池半固態(tài)電芯已交付蔚來。
此外，聚合物、鹵化物路線則處于技術(shù)路線的補(bǔ)充地位。三星集團(tuán)的全資子公司SDI以硫化物方案為主線，同時(shí)探索鹵化物方案，目前仍在實(shí)驗(yàn)階段。中科深藍(lán)匯澤等企業(yè)探索的聚合物路線，目前也存在電化學(xué)窗口窄等技術(shù)難關(guān)，尚待攻克。
不難看出，各大廠家在硫化物、氧化物、聚合物及復(fù)合路線等固態(tài)電池供應(yīng)環(huán)節(jié)均有深度布局，形成了一條從材料、工藝到設(shè)備的全產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)。上游廠家如三祥新材、瑞泰新材，都為以上電池生產(chǎn)商提供鋯基、導(dǎo)電劑等原材料。全固態(tài)電池的量產(chǎn)落地，有望進(jìn)一步帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈的上下協(xié)同共贏。
2產(chǎn)業(yè)發(fā)展仍面臨三重挑戰(zhàn)
固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展離不開政策的強(qiáng)大引領(lǐng)。
2020年，國務(wù)院發(fā)布《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021—2035年）》，首次將固態(tài)電池列為“重點(diǎn)發(fā)展對(duì)象”，明確提出“加快固態(tài)動(dòng)力電池技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程”，標(biāo)志著固態(tài)電池正式上升為國家戰(zhàn)略。2023年1月，工信部等六部門聯(lián)合發(fā)布的《關(guān)于推動(dòng)能源電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》，進(jìn)一步提出加強(qiáng)固態(tài)電池標(biāo)準(zhǔn)體系研究。
根據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會(huì)的數(shù)據(jù)，2024年，我國新能源汽車銷售超過1286.6萬輛，同比增長35.5%。新能源汽車產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，也為電池從液態(tài)到固態(tài)的迭代提供了動(dòng)力。
2024年，工信部修訂《鋰電池行業(yè)規(guī)范條件》，新增了固態(tài)電池的性能門檻：能量密度≥300瓦時(shí)/千克、循環(huán)壽命≥1000次、溫度≥300攝氏度。這一標(biāo)準(zhǔn)錨定了固態(tài)電池的高技術(shù)效能，引導(dǎo)了企業(yè)的研發(fā)重點(diǎn)。
從“十四五”規(guī)劃的戰(zhàn)略定調(diào)到工信部性能指標(biāo)的硬約束，當(dāng)前，我國固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)的政策體系兼具前瞻性與實(shí)操性，并試圖從制度設(shè)計(jì)上構(gòu)建產(chǎn)業(yè)鏈話語權(quán)，引領(lǐng)眾多廠商的投入方向。
但當(dāng)前，技術(shù)關(guān)、成本關(guān)以及產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同關(guān)，仍是未來全固態(tài)電池量產(chǎn)以及產(chǎn)業(yè)整體發(fā)展的三大挑戰(zhàn)。
首先，從技術(shù)關(guān)來看，目前全固態(tài)電池不論是硫化物、氧化物還是聚合物技術(shù)路線都存在一定的技術(shù)瓶頸。
對(duì)于氧化物電解質(zhì)來說，為了保證剛性氧化物電解質(zhì)與陰極材料界面的良好接觸，往往需要高溫?zé)Y(jié)，否則會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的界面化學(xué)副反應(yīng)。此外，有些氧化物電解質(zhì)還存在鋰枝晶生長問題。對(duì)于聚合物電解質(zhì)，在室溫條件下，離子電導(dǎo)率較低，使得聚合物固態(tài)電池充電需要在高溫環(huán)境下完成，極大地限制了其商業(yè)化。硫化物電解質(zhì)的空氣穩(wěn)定性差，當(dāng)其暴露于空氣中就會(huì)產(chǎn)生有毒氣體，同時(shí)伴隨著電解質(zhì)結(jié)構(gòu)的破壞和電化學(xué)性能的衰減，故硫化物電解質(zhì)的合成、儲(chǔ)存、運(yùn)輸和后處理過程，都需要依賴惰性氣體或干燥室。
在生產(chǎn)工藝上，目前關(guān)鍵的全固態(tài)電池電解質(zhì)成膜工藝還不完善。如果膜過厚會(huì)降低電池質(zhì)量能量密度和體積能量密度，同時(shí)也會(huì)提高電池的內(nèi)阻；膜過薄，則電池的性能則會(huì)變差，還可能引起短路。
其次，成本關(guān)仍是全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。以硫化物電解質(zhì)為例，其核心原料硫化鋰的進(jìn)口價(jià)格高達(dá)百萬元/噸；同期，液態(tài)電池的原料碳酸鋰價(jià)格已跌至10萬元/噸左右，硫化物電解質(zhì)成本為碳酸鋰的5～10倍。為降低硫化鋰的成本，學(xué)界業(yè)界做出了不懈的努力。2024年7月，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)公布了一項(xiàng)新技術(shù)，開發(fā)了一種不以硫化鋰作為原料的硫化物固態(tài)電解質(zhì)——氧硫化磷鋰，其能夠用水合氫氧化鋰和硫化磷兩種價(jià)格低廉的原料合成，成本僅14.42美元/千克。但該技術(shù)尚未實(shí)現(xiàn)工業(yè)化量產(chǎn)，主流硫化物路線仍面臨高昂成本壓力。業(yè)界方面，欣旺達(dá)預(yù)測(cè)，2026年聚合物全固態(tài)電池成本仍需2元/瓦時(shí)，與當(dāng)前的半固態(tài)電池成本接近；相比之下，當(dāng)前磷酸鐵鋰電池的成本已降至0.5元/瓦時(shí)以下。在成本的環(huán)環(huán)傳導(dǎo)下，全固態(tài)電池的量產(chǎn)成本仍舊就高昂。
最后，產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同也是影響固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展的關(guān)鍵之一。全固態(tài)電池若實(shí)現(xiàn)商業(yè)化量產(chǎn)，意味著當(dāng)前液態(tài)鋰電池的四大主材（電解液、隔膜等）體系將面臨重構(gòu)。這對(duì)上游供應(yīng)商而言成本高、風(fēng)險(xiǎn)大，關(guān)鍵生產(chǎn)裝備可能需要自研，下游生產(chǎn)商對(duì)技術(shù)難關(guān)的攻克壓力轉(zhuǎn)移到上游，未來收益卻未知。
此外，全固態(tài)電池的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備接口尚未統(tǒng)一，仍需行業(yè)集體共建。高風(fēng)險(xiǎn)、高投入和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)缺位，同時(shí)制約了新能源電池產(chǎn)業(yè)鏈的迭代，上游供應(yīng)商的參與意愿不足，不利于產(chǎn)業(yè)鏈整體的升級(jí)轉(zhuǎn)型。
3中日領(lǐng)跑
從全球范圍來看，全固態(tài)電池技術(shù)的發(fā)展呈現(xiàn)中日領(lǐng)跑態(tài)勢(shì)。
日本豐田、日產(chǎn)的固態(tài)電池技術(shù)路線以硫化物電解質(zhì)路線為主，試圖通過高離子電導(dǎo)率實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池的快速突破。豐田計(jì)劃2027～2028年間量產(chǎn)硫化物全固態(tài)電池，目標(biāo)能量密度為400瓦時(shí)/千克，并獲日本政府1200億日元專項(xiàng)支持。日產(chǎn)宣布將在2025年3月開始試生產(chǎn)全固態(tài)電池，并計(jì)劃在2028年實(shí)現(xiàn)每月100兆瓦時(shí)的產(chǎn)能。
韓國三星SDI、LG新能源聚焦硫化物路線，目標(biāo)在2027年實(shí)現(xiàn)續(xù)航超600英里（約966千米）、9分鐘快充80%的全固態(tài)電池量產(chǎn)。韓國強(qiáng)調(diào)“速度制勝”，試圖通過綁定歐美車企，如寶馬、大眾，搶占高端市場(chǎng)，但其技術(shù)路線與日本高度重疊。美國Factorial的450瓦時(shí)/千克樣品已通過車企驗(yàn)證，但未有上車量產(chǎn)的相關(guān)消息。
目前，日韓提出的量產(chǎn)時(shí)間點(diǎn)與我國廠商接近，但技術(shù)路線不如我國多樣，也并未出現(xiàn)半固態(tài)電池這種技術(shù)窗口期的過渡形態(tài)。我國廠商還在通過漸進(jìn)式的半固態(tài)電池積累工程經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)為全固態(tài)技術(shù)爭(zhēng)取研發(fā)窗口期。
得益于完整的新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈，我國在固態(tài)電池的研發(fā)布局、專利數(shù)量和產(chǎn)業(yè)化速度上都占優(yōu)。新能源汽車年銷量超千萬輛，為全固態(tài)電池提供了迭代的場(chǎng)景和半固態(tài)電池的落地機(jī)會(huì)。通過“半固態(tài)過渡+全固態(tài)儲(chǔ)備”策略，既規(guī)避了技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，又通過市場(chǎng)規(guī)模攤薄研發(fā)成本。歐陽明高預(yù)測(cè)：“中國企業(yè)的全固態(tài)電池將在2027年實(shí)現(xiàn)上車，而國外企業(yè)雖可能早一年裝車，但這并不會(huì)形成顛覆性的影響?！?
歐陽明高預(yù)計(jì)，我國以硫化物為主體電解質(zhì)的轎車全固態(tài)電池量產(chǎn)時(shí)間將分為三個(gè)階段：2025～2027年，石墨/低硅負(fù)極硫化物全固態(tài)電池將以200～300瓦時(shí)/千克為目標(biāo)，攻克硫化物固態(tài)電解質(zhì)，打通全固態(tài)電池的技術(shù)鏈，三元正極和石墨/低硅負(fù)極基本不變，向長壽命大倍率方向發(fā)展。2027～2030年，高硅負(fù)極硫化物全固態(tài)電池將以400瓦時(shí)/千克和800瓦時(shí)/升為目標(biāo)，重點(diǎn)攻關(guān)高容量硅碳負(fù)極，三元正極和硫化物固態(tài)電解質(zhì)仍為主流材料體系，面向下一代乘用車電池。2030～2035年，鋰負(fù)極硫化物全固態(tài)電池以500瓦時(shí)/千克和1000瓦時(shí)/升為目標(biāo)，重點(diǎn)攻關(guān)鋰負(fù)極，逐步向復(fù)合電解質(zhì)（主體電解質(zhì)+補(bǔ)充電解質(zhì)）、高電壓高比容量正極（高鎳、富鋰、硫等）發(fā)展。
縱觀全球各國研發(fā)現(xiàn)狀，全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)的競(jìng)速格局已越發(fā)清晰。日本憑借硫化物路線的先發(fā)優(yōu)勢(shì)與政府超2000億日元的資金扶持，正加速構(gòu)建從專利壁壘到量產(chǎn)落地的閉環(huán)生態(tài)。韓國則以三星、LG為首，聚焦硫化物路線，試圖通過高兼容性工藝搶占動(dòng)力電池市場(chǎng)份額。相比之下，我國依托政策傾斜、產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同與新能源汽車的普及，已在硫化物電解質(zhì)研發(fā)與專利數(shù)量上實(shí)現(xiàn)反超，寧德時(shí)代、比亞迪等頭部企業(yè)正以“技術(shù)突圍+場(chǎng)景滲透”雙輪驅(qū)動(dòng)，逐步縮小與國際領(lǐng)跑者的差距。
盡管界面阻抗、鋰枝晶抑制等核心難題仍制約產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，全固態(tài)電池當(dāng)前的發(fā)展情況依舊可喜。未來，全固態(tài)電池的量產(chǎn)落地不僅有機(jī)會(huì)重塑新能源汽車競(jìng)爭(zhēng)格局，更可能以“高能輕量化”的特性撬動(dòng)機(jī)器人、低空無人機(jī)等萬億級(jí)新興市場(chǎng)。
