固態電池已成整車企業“必爭之地”

作為新一代的顛覆性電池技術，固態電池的賽道上從來沒有這么擁擠過，除了電池企業加快研發布局和釋放相關信息外，上汽、廣汽和長安等整車企業也紛紛在不久前發布了自研的最新進展和量產裝車計劃，大有趕在豐田之前，完成固態電池上車之勢。然而，恰如中國科學院院士、清華大學教授歐陽明高前不久公開所說：“從全行業看，中國既要發展漸進性的半固態技術路線，又要防范激進型全固態技術路線帶來的顛覆性風險。”對于爭先恐后自研或合作攻關固態電池的整車企業來說，固步自封不可取，但盲目冒進或炒作，同樣也不值得提倡。

比亞迪和東風早早入局

一直以來，由于具有超高能量密度、耐高溫抗穿刺的超高安全性以及寬溫域工作窗口等眾多優點，固態電池都被稱為是最具潛力的“下一代動力電池”，被列入中國、美國、歐盟、日韓等主要國家和地區的發展戰略，也成為了下一代電池技術競爭的關鍵制高點。各國、各企業都在積極布局這一領域，整車企業自然也不例外，其實國內整車企業的起步，要比大家想象的早得多。

作為一家“非典型性”整車企業，比亞迪在2016年就將固態電池確定為未來的發展方向，嘗試小規模使用，并在當時提出要在未來10年、最快5年內推出固態電池。2018年，比亞迪推進固態電池項目商用，并把固態電池作為下一步研究重點。2021年，比亞迪公開了硫系添加劑全固態電池專利。2022年，有媒體報道，稱從比亞迪內部獲悉，比亞迪全固態鋰電池在重慶生產即將裝車試驗，不過，這一消息隨后被辟謠。此后，刀片電池成為比亞迪動力電池的“主力產品”，比亞迪在固態電池的進展也陷入沉寂，近段時間業界甚至提出，比亞迪和寧德時代都處于固態電池熱潮的“邊緣”。直到今年6月6日，據公眾號“Voltaplus”消息，比亞迪旗下弗迪電池首次公開了全固態電池的進展：電芯容量可做到60Ah以上，質量比能量密度達到400Wh/Kg，體積比能量密度達到800Wh/L，計劃2027年實現小批量產。

在公開信息中，東風汽車在固態電池領域起步也非常早，從2018年起就成立了固態電池項目組，開展固態電池、固態電池系統的技術研究。2019年7月，第一代固態電池系統開發完成。2020年，東風第一代固態電池搭載整車下線路試，順利通過單體穿刺、擠壓變形、高溫等167項嚴苛測試。2022年1月，由東風公司與贛鋒鋰業合作開發的高比能固態電池（實為半固態），成功在東風E70搭載，隨后50臺搭載該電池的東風風神E70在浙江、河北、江蘇、廣東、湖南、江西等6省10地開展示范運營，運營里程超50萬公里；2024年北京車展，東風汽車帶來了自主研發的新一代高比能固態電池，采用了高穩定改性鋰金屬負極和新型原位固化復合物電解質，電芯能量密度達到了405Wh/kg以上，并通過了針刺、形變擠壓和熱箱等安全測試。

固態電池突然成為車企研發熱點

有意思的是，除了比亞迪和東風汽車以外，隨著固態電池成為技術關注的焦點和熱點，這兩年爆出固態電池研發進展消息的整車企業突然增多。

去年廣州車展上，長安汽車宣布，計劃到2030年推出液態、半固態、固態等8款自研電芯，形成不低于150GWh的電池產能。按照在電池系統技術領域的規劃，長安汽車將深耕半固態、固態電池，推進全新電解質材料開發、關鍵工藝開發，計劃不晚于2027年推動重量能量密度達到350-500Wh/kg、體積能量密度750-1000Wh/L，并逐步量產應用，2030年實現全面普及。

4月12日，廣汽集團在2024科技日上推出了高安全大容量全固態動力電池，宣布電池容量達到了30Ah，能量密度為400Wh/kg，整車續航里程可輕松超過1000km，而且在采用了超高鎳正極和超大容量硅負極的情況下，還能實現電池在200℃熱箱測試中不發生爆炸。

今年4月12日，廣汽集團在2024科技日上推出了高安全大容量全固態動力電池，宣布電池容量達到了30Ah，能量密度為400Wh/kg，整車續航里程可輕松超過1000km，而且在采用了超高鎳正極和超大容量硅負極的情況下，還能實現電池在200℃熱箱測試中不發生爆炸。

上汽集團則在5月24日舉行的“向新十年 上汽集團新能源技術發布會”上，官宣首條全固態電池生產線建成貫通倒計時500天正式啟動。據上汽集團副總裁、總工程師，創新研究開發總院院長祖似杰介紹，上汽技術中心是最早一批做固態電池研究的企業之一，剛開始和清陶研究合作，后來共同成立了聯合實驗室。成立上汽清陶的目的就是整合雙方最好的資源，從材料到設備，到電池管理、系統、PACK，形成創新聯合體，上汽作為“鏈主”加快推動產業的進步，推進固態電池的量產，解決“上半場”里面最大的不足。

一汽集團并沒有官方的固態電池研發信息，但前段時間其研發總院電池開發部部長孫煥麗在接受媒體采訪時透露了相關進展：“我們目前完成了核心材料20Ah級電芯的開發，希望2027年實現小批量示范運行。在關鍵材料這個層級，目前我們開發硫化物電解質的電導率達到了10MS/cm，電芯能量密度375Wh/kg、容量22Ah，具有超低濕度全固態電池研制平臺及電池試驗評測平臺。”

另有一些車企的研發信息不太明朗，但也透露出了正在進行研發的信息。例如去年初有報道稱，據吉利汽車內部人士透露，就固態電池領域，不僅與衛藍新能源建立了投資合作關系，還專門成立了固態電池研發團隊，正在與多家動力電池廠商開展聯合試驗。“計劃通過3-5年的技術攻關，實現固態電池核心材料的量產和固態電池電芯產品的示范應用。”吉利方面曾表示，固態電池聯合實驗室是浙江省創中心下屬的研發單元之一，將聚焦固態電池核心材料固體電解質和關鍵電芯技術的研發及產業化。

硫化物電解質為主流，參數基本接近

那么，各家車企當前的研發現狀具體如何呢？

首先，技術路線基本趨同。據悉，按照電解質種類來區分，目前國內外主流的固態電池技術路線可分為三類：聚合物、氧化物和硫化物。從目前各家車企公開的信息來看，除了上汽和東風以外，更多的還是走的硫化物電解質路線。有專業人士分析稱，廣汽雖然沒有公布電解質信息，但大概率也是采用的硫化物。根據在于，廣汽在發布會上提到正極片厚度增加40%，考慮到傳統的正極片厚度在50～70um左右，那么電池極片的厚度就達到70～100um左右。而如此厚的極片需要固態電解質具備超高的離子電導率，這就只有硫化物電解質的離子電導率（最高32mS/cm）室溫下超過了當前的液態電解液能夠實現。再結合此前美國Solid Power公司在上市路演的PPT中，提到了硫化物全固態電池能夠達到的一些性能水平，其中高鎳811正極跟高容量硅基負極的體系能量密度數據為390Wh/kg和930Wh/L，與廣汽宣布的比較接近，因此可以大膽猜測廣汽的固態電池采用的是硫化物電解質。

誠然，業界普遍認為全固態電池路線中硫化物具有較大潛力，但想要量產上車仍存不小挑戰。硫化物電解質的電化學窗口窄，與正負極的界面穩定性較差，且對水分非常敏感，與空氣中的微量水即可發生反應，釋放有毒的硫化氫氣體，生產、運輸、加工對環境要求很高。此外，硫化物固態電池需要施加幾百個大氣壓力才能夠實現長循環，這在電池系統中很難實現，因此循環壽命也是急需著手解決的核心問題。

至于上汽清陶所采用的聚合物固態電解質，當然也是有望率先實現應用的技術路線之一，主要缺點是室溫離子電導率普遍很低，最常見的PEO基聚合物電解質還存在氧化穩定性差，只能用于LFP正極的問題。

其次，從目前各家車企釋放的固態電池產品信息來看，無論是質量比能量密度，還是體積比能量密度，參數基本接近，裝車量產時間也基本集中在2026年～2027年。由此可見，國內整車企業在固態電池的研發道路上，腳步應該差不太多，其面臨的難題也應當基本類似，包括良品率、充電倍率、循環壽命、生產工藝以及電池成本等。

成本依舊是大問題

在固態電池實現商業化應用和推廣的道路上，成本問題是繞不開的重要挑戰之一。深藍汽車科技有限公司高級項目總監周安健曾表示：“技術的突破、產品的實現是我們上車搭載的起點，而成本的下降則是規模量產的起點。”

蔚來汽車聯合創始人、總裁秦力洪也曾在ET7半固態電池測試時坦言，150kWh的固態電池包的成本接近一輛蔚來ET5（注：一輛2024款75kWh電池版的蔚來ET5價格為29.8萬元，租賃版售價為22.8萬元）。中郵證券測算稱，目前固態電池較液態電池成本高出30%以上，預計半固態電池規模化量產后，成本比液態鋰電池高10%-20%。對此，中國電子科技集團第十八研究所研究員肖成偉在今年舉行的2024電動汽車百人會上指出：“沿用現在的濕法工藝來進行全固態電池的生產，跟現在產線的兼容度基本可以接近70%。干法的兼容度更低一些，要做一些設備的定制開發，正負極和電解質膜生產設備等。但成本目前來說還是比較高，材料成本1.5-2.5元/Wh，未來的目標看看是不是可以降到0.8元/Wh以下。”

值得一提的是，隨著市場規模的擴大，固態電池的成本也有望進一步下降。以氧化物體系固態電池為例，有報道對產能分別為1 MWh和10 GWh的不同情況進行了生產成本測算。產能規模較小時，電解質成本為2000美元/kg，此時單塊固態電池成本約為18美元（約合750-2500美元/kWh），其中人力成本占8美元，制造與電力成本約為7美元，原材料成本為3美元。但電池的產能擴大至1億塊/年時，固態電解質的原材料成本就能降至50美元/kg，單塊電池的原材料總成本驟降至約0.13美元，人力與制造和電力成本則降至0.14美元，單塊電池成本約0.27美元，相比于未量產時降低了65倍。

從嚴格意義上來說，智己L6所搭載的第一代光年固態電池，由于含有少量液體電解質，因此仍可被定義為“固液混合電解質電池”，即所謂的半固態電池。

對此，清陶能源聯合創始人、總經理李崢還提出了拓寬正極材料范圍的思路。據悉，目前電池系統的成本占一輛電動汽車的40%，而正極材料則占到整塊電池成本的40%。他認為，目前國內正極材料一般采用磷酸鐵鋰和三元鋰，固態電池可以拓寬正極材料的選擇，這便提供了清晰的降本邏輯，未來全固態電池的成本有望實現40%的降幅。

半固態電池已在路上，但仍任重道遠

4月8日，智己L6正式發布，稱其搭載的133kWh固態電池，CTLC（中國輕型汽車行駛工況）續駛里程超1000km，峰值充電功率400kW。從嚴格意義上來說，智己L6所搭載的第一代光年固態電池，由于含有少量液體電解質，因此仍可被定義為“固液混合電解質電池”，即所謂的半固態電池。近兩年，國內半固態電池已經陸續實現了裝車運營，包括2022年東風-贛鋒高比能固態電池（實為半固態）E70示范運營車首發，2022年，新上市的嵐圖追光稱搭載的電池包采用了行業首個量產裝車的半固態電池，2023年亮相比利時布魯塞爾車展的賽力斯SERES 5，純電版車型將分別搭載90kWh半固態電池和80kWh磷酸鐵鋰電池，以及2023年年底，蔚來汽車在直播中進行了150kWh超長續航電池包續航里程的實測，這輛參與直播的蔚來純電動轎車ET7搭載的，就是出自衛藍的半固態電池，最終行駛了1044公里，行駛總時間為12.4小時。此外，還有賽力斯、高合、哪吒等多家車企都官宣了自己的半固態電池量產計劃。

但這并不意味著在固態電池領域，我國已經走在世界前列。TrendForce集邦咨詢發文稱，中國固態電池技術路線多元，重點以半固態和固液混合為主，且半固態電池已實現小規模量產并裝車，但在全固態電池方面的投入仍顯不足，力量分散，與國際領先企業相比存在較大差距。“因此，未來全固態電池的競爭，日韓、歐美等國家和地區的企業有機會超越中國，重塑未來EV電池的競爭格局。”該機構這樣認為。

基于此，有分析認為，國內整車企業紛紛急于披露其在固態電池方面的進展，一方面是急于對前沿和未來技術的搶先布局，以防錯失良機，但另一方面則是出于市場競爭的需要，通過“蹭熱點”來進行產品營銷，吸引輿論的關注。如果是后者的話，這種行為應當引起注意。歐陽明高也指出，（固態電池）就算是2030年產業化，要想替代液態鋰離子電池50%市場份額，至少也需要二十到三十年。“目前國內發展全固態電池產業面臨的挑戰是巨大的，具有跨學科的特性，技術門檻極高，包括材料界面、工藝、產業鏈和設備等。”歐陽明高強調，從半固態電池到固態電池，存在巨大的技術差距，中國全行業既要發展漸進性的半固態技術路線，又要防范激進型全固態技術路線帶來的顛覆性風險，急需統一、聚集力量、協調產學研，聯合起來建立協同創新平臺，共同突破全固態電池產業化的關鍵技術。