中國儲能網(wǎng)訊：到底還需幾年才能量產(chǎn)？這個新能源汽車領域的常態(tài)化命題，最近拋向了車載動力電池的終極形態(tài)——固態(tài)電池。在年初中國科學院院士、清華大學教授歐陽明高釋放出“全固態(tài)電池是我們面對的威脅和挑戰(zhàn)，中國的電池產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢可能因美日韓等國家率先量產(chǎn)全固態(tài)電池而被顛覆”的風險預警后，固態(tài)電池的量產(chǎn)時間表成為新能源領域最受關注的信息，整個中國電池企業(yè)也呈現(xiàn)出爭分奪秒將固態(tài)電池率先投產(chǎn)的趨勢。
從4月到9月的五個月時間內(nèi)，中國企業(yè)在固態(tài)電池的研發(fā)成果和量產(chǎn)時間上不斷釋放消息，將本該在2027年啟動的商業(yè)化競爭提前開場。雖然歐陽明高近期再次強調(diào)，固態(tài)電池的商業(yè)化還需時日，大規(guī)模量產(chǎn)至少還需要5年，但電池廠商和車企給出的時間表卻表明：不需要那么久、也等不了那么久。
5月，上汽宣布進入全固態(tài)電池量產(chǎn)500天倒計時，2026年全固態(tài)電池將量產(chǎn)上車，這成為目前最早的固態(tài)電池批量量產(chǎn)的時間表；作為電池領頭羊，寧德時代對全固態(tài)電池研發(fā)進展的態(tài)度也從三緘其口，到主動透露“2027年達到小批量生產(chǎn)水平”；8月底，非龍頭電池企業(yè)鵬輝能源發(fā)布全固態(tài)電池產(chǎn)品，一句“全固態(tài)電池重大突破”拉動股價連續(xù)收獲兩個“20cm漲?！?；9月初，衛(wèi)藍新能源宣布的“硫化物（全固態(tài)）電池今年就會有銷售額”讓專家激動不已；在電池材料領域，多家企業(yè)宣布其研發(fā)的不同固態(tài)電解質(zhì)（固態(tài)電池的核心部分）已經(jīng)完成中試，實現(xiàn)小批量供貨階段；9月1日的動力電池大會上，固態(tài)電池首次成為主角引爆討論，來自資本市場的追捧則讓話題熱度不斷攀升……
受中國企業(yè)“搶跑”的刺激，日本企業(yè)在不斷推遲固態(tài)電池量產(chǎn)時間后，近期由豐田率先給出了2026年量產(chǎn)的最新節(jié)奏。歐美科研團隊和電池材料供應商也不斷傳出針對固態(tài)電池研發(fā)的最新進展。海外企業(yè)都在期待抓住機會，將固態(tài)電池作為反轉(zhuǎn)全球新能源汽車競爭格局的分水嶺。一切信息都在顯示，固態(tài)電池從實驗室到生產(chǎn)線的距離正不斷縮短。
不過，中國用來搶跑的技術并非真正最具技術顛覆性的全固態(tài)電池，而是作為過渡技術的“半固態(tài)電池”。今年以來，上汽、蔚來、廣汽等多家車企已經(jīng)在新車上搭載半固態(tài)電池，并將其作為賣點加以宣傳。但一字之差，預示著中國電池仍未擺脫從全固態(tài)技術上被顛覆的風險?！按_實，中國強就強在產(chǎn)業(yè)化的速度”，在國內(nèi)某電池企業(yè)擔任高管的韓梁（化名）表示。避開基礎材料研究的短板，利用龐大的市場和產(chǎn)業(yè)鏈盡早實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，并在產(chǎn)業(yè)化中實現(xiàn)技術迭代升級——這是中國在固態(tài)電池上的搶跑策略。
但另一方面，三年后全固態(tài)電池量產(chǎn)的倒計時已經(jīng)啟動，半固態(tài)量產(chǎn)的商業(yè)化價值、投資效率合理性、如何突破全固態(tài)電池技術難關等，都是無法回避的風險。更重要的是，固態(tài)電池對中國龐大電池產(chǎn)業(yè)鏈所帶來的重構(gòu)，以及液態(tài)電池何去何從等產(chǎn)業(yè)層面的內(nèi)部顛覆問題，也都需要快速找到應對方案。
量產(chǎn)倒計時
固態(tài)電池，顧名思義，就是使用固態(tài)電解質(zhì)的電池。傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池主要由正極、負極、電解液和隔膜四大關鍵要素組成。固態(tài)電池用固態(tài)電解質(zhì)替換傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池中的液態(tài)電解液和隔膜，并使用全新的正負極材料。新材料和新技術的應用，將使固態(tài)電池能夠以更小的體積擁有高安全性、高能量密度、更快充放電速度，以及對溫度的高適應性。其中，僅大幅降低電池泄漏和燃爆風險這一項優(yōu)勢，就足以改寫新能源汽車的價值。
因此，固態(tài)電池成為公認的下一代電池首選方案，日韓歐美都將開發(fā)固態(tài)電池放在了國家產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略的高度。其中，以豐田和松下等企業(yè)為代表，日本早在三十年前就開始研發(fā)固態(tài)電池，韓國電池也與歐美企業(yè)合作，也早早投入固態(tài)電池研發(fā)。中國在十年前啟動了固態(tài)電池的研發(fā)，雖然過去五年來中國在固態(tài)電池專利申請數(shù)量上增幅很快，但在專利總數(shù)上，仍落后于日韓。
“固態(tài)電池，特別是全固態(tài)電池的量產(chǎn)，事關科技主導權之爭”。清陶能源聯(lián)合創(chuàng)始人、總經(jīng)理李崢表示，誰先量產(chǎn)決定著誰將掌握新能源汽車下一階段競爭的技術主導權。換句話說，坐擁全球動力電池60%出貨量的中國，能否繼續(xù)保持在新能源汽車領域的競爭優(yōu)勢，與固態(tài)電池的商業(yè)化速度、技術實力、產(chǎn)業(yè)鏈成熟速度息息相關。
這種危機感也是中國固態(tài)電池在今年全面搶跑的主要原因。無論研究機構(gòu)還是電池產(chǎn)業(yè)鏈公司和整車企業(yè)，都選擇用市場來代替實驗室，用半固態(tài)電池率先量產(chǎn)來搶占新賽道的站位，邁出向全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化的第一步。
今年5月，在上汽集團的新能源十年成果展上，上汽旗下固態(tài)電池公司清陶能源成為主角，清陶不僅宣布今年將為智己L6批量交付第一代光年版半固態(tài)電池，還宣布2025年開始其固態(tài)產(chǎn)品將在上汽自主品牌的純電和混合動力車型車型上廣泛搭載，2026年則實現(xiàn)全固態(tài)電池正式量產(chǎn)。這是迄今為止國內(nèi)最快的全固態(tài)電池量產(chǎn)速度。
按照液態(tài)電解質(zhì)含量逐步下降，固態(tài)電池的發(fā)展路徑大致可以分為半固態(tài)（5-10wt%）、準固態(tài)（0-5wt%）、全固態(tài)（0wt%）等階段，其中半固態(tài)、準固態(tài)使用的電解質(zhì)均為混合固液電解質(zhì)。按照計劃，上汽的固態(tài)電池的量產(chǎn)分三步走，第一階段，電解質(zhì)中的液含量降至19%；第二階段降至5%；第三階段降至僅為1%。
上汽的產(chǎn)業(yè)化思路是：借助前兩個階段固態(tài)電池技術的逐步的量產(chǎn)，依托于上集團龐大的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，培育出新的產(chǎn)業(yè)鏈上下游，特別是上游的關鍵材料、核心裝備等供應商，并結(jié)合上汽集團自主品牌規(guī)?；l(fā)展固態(tài)電池技術的契機，實現(xiàn)整個產(chǎn)業(yè)鏈的升級，繼而夠?qū)崿F(xiàn)全固態(tài)電池的量產(chǎn)。
這也是大部分整車企業(yè)的思路。截至目前，主流整車企業(yè)，以及以寧德時代、孚能科技、國軒高科、欣旺達為代表的電池生產(chǎn)商，以天齊鋰業(yè)、億緯鋰能、贛鋒鋰業(yè)、輝能科技為代表的鋰電材料商都公布了與固態(tài)電池相關的產(chǎn)品落地節(jié)奏。此外，太藍、衛(wèi)藍、清陶等固態(tài)電池創(chuàng)業(yè)公司的量產(chǎn)節(jié)奏也備受關注。
分步實現(xiàn)全固態(tài)，這也是國內(nèi)電池生產(chǎn)商的普遍路線。孚能科技的一位內(nèi)部人士表示，孚能科技將在未來5至10年之內(nèi)，完成從半固態(tài)電池到固態(tài)動力電池的產(chǎn)品化，期間要經(jīng)歷三次技術提升。其中，2021年已量產(chǎn)軟包半固態(tài)電池的第一代產(chǎn)品，隨后孚能科技將推出半固態(tài)電池第二代和第三代升級產(chǎn)品，逐步降低液態(tài)電解液的含量，提升電芯的本征安全，最后導入全固態(tài)電池。
半固態(tài)電池：半成品還是必然路徑
不過，從全固態(tài)電池普遍預測2027年將小批量投產(chǎn)來看，半固態(tài)電池的商業(yè)周期似乎只有三年。在如此短的應用周期，半固態(tài)電池的商業(yè)化價值高嗎？
事實上，對于半固態(tài)電池技術量產(chǎn)的合理性，目前業(yè)界并非沒有爭議。從性能上看，半固態(tài)電池的最大特征是電解質(zhì)有一定的液態(tài)比例，非完全固態(tài)。與液態(tài)動力電池相比，半固態(tài)電池在續(xù)航里程上和性價比上會有更好的表現(xiàn)，并且在針刺能力和循環(huán)壽命上也有所提升。以上汽清陶光年版半固態(tài)電池為例，其擁有超過300Wh/kg的能量密度（目前液態(tài)動力電池的能量密度在100Wh/kg—250Wh/kg之間），超過1000公里的續(xù)航，12分鐘可以充到400公里里程。最重要的是，目前半固態(tài)電池普遍選擇了聚合物的路線，能夠最大限度地利用現(xiàn)有電池生產(chǎn)工藝和設備，生產(chǎn)難度和成本都處于可控范圍內(nèi)。
對于半固態(tài)電池的量產(chǎn)，是源于現(xiàn)有液態(tài)鋰離子電池性能已經(jīng)觸及上限的說法，專業(yè)人士認為并不準確。韓梁表示：“鋰離子電池技術遠沒有成熟，只是在宏觀政策、國家戰(zhàn)略、環(huán)境危機、市場期待等等因素的共同作用下，形成了一個龐大的產(chǎn)業(yè)。”在他看來，液態(tài)鋰離子和半固態(tài)電池之間確實形成了一種潛在的矛盾。
韓梁更愿意將半固態(tài)看作是現(xiàn)階段液態(tài)電池的再提升。“從實現(xiàn)的技術路線上，半固態(tài)與全固態(tài)本質(zhì)上是兩條路。舉個不一定恰當?shù)睦?，半固態(tài)就像是無限逼近L3的輔助駕駛，但跟L3智能駕駛卻有著本質(zhì)區(qū)別?！?
根據(jù)中國汽車動力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟的數(shù)據(jù)，2024年前五個月，國內(nèi)半固態(tài)電池裝車量達到1621.8MWh。業(yè)界將2024年稱為半固態(tài)電池大規(guī)模量產(chǎn)的前夜，預測2025年、2030年全球固態(tài)電池出貨量分別將達38GWh、509GWh。
李崢表示，從電池技術上來講，全球企業(yè)之間的差距并不大，處在同一技術階段。中國動力電池的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在使用規(guī)模和市占率上。
顛覆：難以突破的技術門檻
“十年前，日美歐韓就已開始推動固態(tài)電池的量產(chǎn)化，但難度極大”。在李崢看來，由于核心材料發(fā)生變化，從傳統(tǒng)電池到固態(tài)電池的演進，面臨的是一次科技和產(chǎn)業(yè)變革的挑戰(zhàn)。
基于此，歐陽明高給出的固態(tài)電池商業(yè)化時間表是：預計2024年半固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化落地，2027年全固態(tài)電池產(chǎn)品下線，2030年固態(tài)電池全面放量投產(chǎn)，產(chǎn)值超1000億元。寧德時董事長曾毓群則給出了寧德時代的準確進度：如果用數(shù)字1到9來評價固態(tài)電池的技術成熟度，目前寧德時代處于4的水平，只是做出了一些器件樣品，進行一些實驗驗證。
“先解決電解液問題，解決負極問題，再解決正極問題，急不得”。在“2024世界動力電池大會高端對話”上，歐陽明高強調(diào)，固態(tài)電池需要攻克的技術難關還很多，需要一步一步來，不能一味追求速度。
中國工程院外籍院士孫學良也表示，固態(tài)電池技術還存在很多挑戰(zhàn)，其中電解質(zhì)有硫化物、氧化物、聚合物等多種技術路線，用復合材料更好，還是發(fā)展新的電解質(zhì)更好，這些問題都需要解決。
將電解質(zhì)從“液態(tài)”轉(zhuǎn)向“固態(tài)”，這一環(huán)節(jié)是最大的挑戰(zhàn)。從實驗室成功研制出一塊樣品，到生產(chǎn)線上批量產(chǎn)出性能達標的固態(tài)電池，且能夠裝車使用，這之間的挑戰(zhàn)同樣巨大。
根據(jù)電解質(zhì)的不同，固態(tài)電池技術路線主要分為三大類，分別是聚合物固態(tài)電池、氧化物固態(tài)電池和硫化物固態(tài)電池。在哪種技術路線更適合作為固態(tài)電池主流技術的問題上，目前全球并沒有形成統(tǒng)一認識。
具體而言，豐田、本田、日產(chǎn)等日系車企和LG、三星、SKI等韓國電池企業(yè)都采用了硫化物的技術路線。這一路線量產(chǎn)難度大，導致豐田一度將原定的量產(chǎn)時間推遲至2030年。美國新創(chuàng)科技企業(yè)是德系整車企業(yè)的主要合作伙伴，其在硫化物、氧化物和聚合物方面都有布局。韓國同樣在氧化物和硫化物技術上并行發(fā)展。中國企業(yè)同樣在多種路線探索中。
在正極材料上，固態(tài)電池的選擇同樣多樣化，從產(chǎn)業(yè)化角度看，目前正極主要有高電壓高鎳三元、富鋰錳基、超高鎳三元、鎳錳酸鋰等材料，負極材料則以硅基和鋰金屬為主。多元化的材料在拓寬了固態(tài)電池選擇性的同時，也帶來了研發(fā)成本和周期的不確定性。
為此，歐陽明高特別指出，AI技術將在固態(tài)電池研發(fā)中發(fā)揮重要作用?！癆I大模型篩選的效率確實高很多，可以篩選出可行性比較高的配方去實驗驗證，減少研發(fā)過程中的彎路。”韓梁表示，美國的研發(fā)中心已經(jīng)在使用AI技術，“但整個AI技術還在起步階段，模型本身的數(shù)據(jù)投喂不夠，還不成熟，真正應用還得一陣子?！?
除了材料，固態(tài)電池在生產(chǎn)工藝上也面臨全新的挑戰(zhàn)。其中，制備氧化物電解質(zhì)需要900℃以上的高溫，制備硫化物電解質(zhì)則要求裝組環(huán)境必須保證溫度在零下60℃以下。曾毓群稱，雖然寧德時代目前做出了一些器件樣品，“但這些器件的使用，有很多邊界條件，如要在6000個大氣壓下，才實現(xiàn)較高的低溫性能等。這意味著這些器件還無法投入市場應用?！?
“全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化難度極大，不但需要突破材料科學難題，還需要進行工藝裝備創(chuàng)新，培育全新的產(chǎn)業(yè)鏈條”，李崢表示，固態(tài)電池需要建立全新的產(chǎn)業(yè)鏈，包括實現(xiàn)固態(tài)電解質(zhì)材料的應用、全新正負極材料產(chǎn)業(yè)的重構(gòu)，以及電池生產(chǎn)工藝和設備的全新開發(fā)和投入。
成本是固態(tài)電池量產(chǎn)的另一道瓶頸，固態(tài)電池使用的負極材料是金屬鋰，鋰的價格遠高于石墨。目前，全固態(tài)電池的制造成本是鋰離子電池的4—25倍。
綜合來看，在材料研發(fā)、生產(chǎn)工藝、成本等各個方面，固態(tài)電池從實驗室走向生產(chǎn)線的整個過程中都存在瓶頸尚未解決?！?027年爭取開始產(chǎn)業(yè)化，在一些對成本不敏感的新興領域里可以小規(guī)模應用。率先應用的可能不一定是車，也可能是低空飛行器?！表n梁直言。
來自企業(yè)端的信息顯示，全固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化瓶頸是量產(chǎn)前必須解決的問題。據(jù)上汽清陶披露的信息，基于材料和工藝的簡化和創(chuàng)新，由上汽清陶研發(fā)的全固態(tài)電池，從電芯端到PACK端的單位成本至多可降低40%，相比液態(tài)電池將擁有非常明顯的成本優(yōu)勢。
鑫欏資訊研究員張金惠則提醒，實驗室的樣品和真正大規(guī)模量產(chǎn)的產(chǎn)品會有很大差距，良品率以及穩(wěn)定性將是固態(tài)電池量產(chǎn)后的一大挑戰(zhàn)。
值得一提的是，站在電池行業(yè)的角度，如果液態(tài)動力電池退出技術主流，電池產(chǎn)業(yè)鏈上的投資格局也將發(fā)生改變。
對此，歐陽明高表示，“對于中國電池產(chǎn)業(yè)而言，由于現(xiàn)有基于液態(tài)電池建立起的產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)相當龐大和成熟，因此布局全固態(tài)電池需要擁有足夠多的共識”。
技術革命永遠是促成新產(chǎn)業(yè)革命和全新商業(yè)模式的最大推動力。但每一項顛覆性的技術革命背后，一條成熟的產(chǎn)業(yè)鏈也將面臨被顛覆，新能源汽車對內(nèi)燃機產(chǎn)業(yè)鏈的顛覆就是典型代表?？梢灶A見，在接下來的5—10年中，隨著固態(tài)電池的量產(chǎn)，現(xiàn)有動力電池產(chǎn)業(yè)鏈的重構(gòu)也將逐步顯現(xiàn)。
