固態電池賽道 擠滿搶跑者
來源：經濟觀察報 時間：2024-09-14 14:25
到底還需幾年才能量產？這個新能源汽車領域的常態化命題，最近拋向了車載動力電池的終極形態——固態電池。在年初中國科學院院士、清華大學教授歐陽明高釋放出“全固態電池是我們面對的威脅和挑戰，中國的電池產業優勢可能因美日韓等國家率先量產全固態電池而被顛覆”的風險預警后，固態電池的量產時間表成為新能源領域最受關注的信息，整個中國電池企業也呈現出爭分奪秒將固態電池率先投產的趨勢。
從4月到9月的五個月時間內，中國企業在固態電池的研發成果和量產時間上不斷釋放消息，將本該在2027年啟動的商業化競爭提前開場。雖然歐陽明高近期再次強調，固態電池的商業化還需時日，大規模量產至少還需要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電池量產500天倒計時，2026年全固態電池將量產上車，這成為目前最早的固態電池批量量產的時間表；作為電池領頭羊，寧德時代對全固態電池研發進展的態度也從三緘其口，到主動透露“2027年達到小批量生產水平”；8月底，非龍頭電池企業鵬輝能源發布全固態電池產品，一句“全固態電池重大突破”拉動股價連續收獲兩個“20cm漲停”；9月初，衛藍新能源宣布的“硫化物（全固態）電池今年就會有銷售額”讓專家激動不已；在電池材料領域，多家企業宣布其研發的不同固態電解質（固態電池的核心部分）已經完成中試，實現小批量供貨階段；9月1日的動力電池大會上，固態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“搶跑”的刺激，日本企業在不斷推遲固態電池量產時間后，近期由豐田率先給出了2026年量產的最新節奏。歐美科研團隊和電池材料供應商也不斷傳出針對固態電池研發的最新進展。海外企業都在期待抓住機會，將固態電池作為反轉全球新能源汽車競爭格局的分水嶺。一切信息都在顯示，固態電池從實驗室到生產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電池，而是作為過渡技術的“半固態電池”。今年以來，上汽、蔚來、廣汽等多家車企已經在新車上搭載半固態電池，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技術上被顛覆的風險。“確實，中國強就強在產業化的速度”，在國內某電池企業擔任高管的韓梁（化名）表示。避開基礎材料研究的短板，利用龐大的市場和產業鏈盡早實現產業化，并在產業化中實現技術迭代升級——這是中國在固態電池上的搶跑策略。
但另一方面，三年后全固態電池量產的倒計時已經啟動，半固態量產的商業化價值、投資效率合理性、如何突破全固態電池技術難關等，都是無法回避的風險。更重要的是，固態電池對中國龐大電池產業鏈所帶來的重構，以及液態電池何去何從等產業層面的內部顛覆問題，也都需要快速找到應對方案。
量產倒計時
固態電池，顧名思義，就是使用固態電解質的電池。傳統液態鋰電池主要由正極、負極、電解液和隔膜四大關鍵要素組成。固態電池用固態電解質替換傳統液態鋰電池中的液態電解液和隔膜，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勢，就足以改寫新能源汽車的價值。
因此，固態電池成為公認的下一代電池首選方案，日韓歐美都將開發固態電池放在了國家產業戰略的高度。其中，以豐田和松下等企業為代表，日本早在三十年前就開始研發固態電池，韓國電池也與歐美企業合作，也早早投入固態電池研發。中國在十年前啟動了固態電池的研發，雖然過去五年來中國在固態電池專利申請數量上增幅很快，但在專利總數上，仍落后于日韓。
“固態電池，特別是全固態電池的量產，事關科技主導權之爭”。清陶能源聯合創始人、總經理李崢表示，誰先量產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，能否繼續保持在新能源汽車領域的競爭優勢，與固態電池的商業化速度、技術實力、產業鏈成熟速度息息相關。
這種危機感也是中國固態電池在今年全面搶跑的主要原因。無論研究機構還是電池產業鏈公司和整車企業，都選擇用市場來代替實驗室，用半固態電池率先量產來搶占新賽道的站位，邁出向全固態電池產業化的第一步。
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電池，還宣布2025年開始其固態產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年則實現全固態電池正式量產。這是迄今為止國內最快的全固態電池量產速度。
按照液態電解質含量逐步下降，固態電池的發展路徑大致可以分為半固態（5-10wt%）、準固態（0-5wt%）、全固態（0wt%）等階段，其中半固態、準固態使用的電解質均為混合固液電解質。按照計劃，上汽的固態電池的量產分三步走，第一階段，電解質中的液含量降至19%；第二階段降至5%；第三階段降至僅為1%。
上汽的產業化思路是：借助前兩個階段固態電池技術的逐步的量產，依托于上集團龐大的產業規模，培育出新的產業鏈上下游，特別是上游的關鍵材料、核心裝備等供應商，并結合上汽集團自主品牌規模化發展固態電池技術的契機，實現整個產業鏈的升級，繼而夠實現全固態電池的量產。
這也是大部分整車企業的思路。截至目前，主流整車企業，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商，以天齊鋰業、億緯鋰能、贛鋒鋰業、輝能科技為代表的鋰電材料商都公布了與固態電池相關的產品落地節奏。此外，太藍、衛藍、清陶等固態電池創業公司的量產節奏也備受關注。
分步實現全固態，這也是國內電池生產商的普遍路線。孚能科技的一位內部人士表示，孚能科技將在未來5至10年之內，完成從半固態電池到固態動力電池的產品化，期間要經歷三次技術提升。其中，2021年已量產軟包半固態電池的第一代產品，隨后孚能科技將推出半固態電池第二代和第三代升級產品，逐步降低液態電解液的含量，提升電芯的本征安全，最后導入全固態電池。
半固態電池：半成品還是必然路徑
不過，從全固態電池普遍預測2027年將小批量投產來看，半固態電池的商業周期似乎只有三年。在如此短的應用周期，半固態電池的商業化價值高嗎？
事實上，對于半固態電池技術量產的合理性，目前業界并非沒有爭議。從性能上看，半固態電池的最大特征是電解質有一定的液態比例，非完全固態。與液態動力電池相比，半固態電池在續航里程上和性價比上會有更好的表現，并且在針刺能力和循環壽命上也有所提升。以上汽清陶光年版半固態電池為例，其擁有超過300Wh/kg的能量密度（目前液態動力電池的能量密度在100Wh/kg—250Wh/kg之間），超過1000公里的續航，12分鐘可以充到400公里里程。最重要的是，目前半固態電池普遍選擇了聚合物的路線，能夠最大限度地利用現有電池生產工藝和設備，生產難度和成本都處于可控范圍內。
對于半固態電池的量產，是源于現有液態鋰離子電池性能已經觸及上限的說法，專業人士認為并不準確。韓梁表示：“鋰離子電池技術遠沒有成熟，只是在宏觀政策、國家戰略、環境危機、市場期待等等因素的共同作用下，形成了一個龐大的產業。”在他看來，液態鋰離子和半固態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看作是現階段液態電池的再提升?！皬膶崿F的技術路線上，半固態與全固態本質上是兩條路。舉個不一定恰當的例子，半固態就像是無限逼近L3的輔助駕駛，但跟L3智能駕駛卻有著本質區別。”
根據中國汽車動力電池產業創新聯盟的數據，2024年前五個月，國內半固態電池裝車量達到1621.8MWh。業界將2024年稱為半固態電池大規模量產的前夜，預測2025年、2030年全球固態電池出貨量分別將達38GWh、509GWh。
李崢表示，從電池技術上來講，全球企業之間的差距并不大，處在同一技術階段。中國動力電池的優勢主要體現在使用規模和市占率上。
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電池的量產化，但難度極大”。在李崢看來，由于核心材料發生變化，從傳統電池到固態電池的演進，面臨的是一次科技和產業變革的挑戰。
基于此，歐陽明高給出的固態電池商業化時間表是：預計2024年半固態電池產業化落地，2027年全固態電池產品下線，2030年固態電池全面放量投產，產值超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：如果用數字1到9來評價固態電池的技術成熟度，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，固態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，固態電池技術還存在很多挑戰，其中電解質有硫化物、氧化物、聚合物等多種技術路線，用復合材料更好，還是發展新的電解質更好，這些問題都需要解決。
將電解質從“液態”轉向“固態”，這一環節是最大的挑戰。從實驗室成功研制出一塊樣品，到生產線上批量產出性能達標的固態電池，且能夠裝車使用，這之間的挑戰同樣巨大。
根據電解質的不同，固態電池技術路線主要分為三大類，分別是聚合物固態電池、氧化物固態電池和硫化物固態電池。在哪種技術路線更適合作為固態電池主流技術的問題上，目前全球并沒有形成統一認識。
具體而言，豐田、本田、日產等日系車企和LG、三星、SKI等韓國電池企業都采用了硫化物的技術路線。這一路線量產難度大，導致豐田一度將原定的量產時間推遲至2030年。美國新創科技企業是德系整車企業的主要合作伙伴，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展。中國企業同樣在多種路線探索中。
在正極材料上，固態電池的選擇同樣多樣化，從產業化角度看，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電池選擇性的同時，也帶來了研發成本和周期的不確定性。
為此，歐陽明高特別指出，AI技術將在固態電池研發中發揮重要作用。“AI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，減少研發過程中的彎路?！表n梁表示，美國的研發中心已經在使用AI技術，“但整個AI技術還在起步階段，模型本身的數據投喂不夠，還不成熟，真正應用還得一陣子。”
除了材料，固態電池在生產工藝上也面臨全新的挑戰。其中，制備氧化物電解質需要900℃以上的高溫，制備硫化物電解質則要求裝組環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?！?/p>
“全固態電池產業化難度極大，不但需要突破材料科學難題，還需要進行工藝裝備創新，培育全新的產業鏈條”，李崢表示，固態電池需要建立全新的產業鏈，包括實現固態電解質材料的應用、全新正負極材料產業的重構，以及電池生產工藝和設備的全新開發和投入。
成本是固態電池量產的另一道瓶頸，固態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、生產工藝、成本等各個方面，固態電池從實驗室走向生產線的整個過程中都存在瓶頸尚未解決。“2027年爭取開始產業化，在一些對成本不敏感的新興領域里可以小規模應用。率先應用的可能不一定是車，也可能是低空飛行器。”韓梁直言。
來自企業端的信息顯示，全固態電池的產業化瓶頸是量產前必須解決的問題。據上汽清陶披露的信息，基于材料和工藝的簡化和創新，由上汽清陶研發的全固態電池，從電芯端到PACK端的單位成本至多可降低40%，相比液態電池將擁有非常明顯的成本優勢。
鑫欏資訊研究員張金惠則提醒，實驗室的樣品和真正大規模量產的產品會有很大差距，良品率以及穩定性將是固態電池量產后的一大挑戰。
值得一提的是，站在電池行業的角度，如果液態動力電池退出技術主流，電池產業鏈上的投資格局也將發生改變。
對此，歐陽明高表示，“對于中國電池產業而言，由于現有基于液態電池建立起的產業鏈已經相當龐大和成熟，因此布局全固態電池需要擁有足夠多的共識”。
技術革命永遠是促成新產業革命和全新商業模式的最大推動力。但每一項顛覆性的技術革命背后，一條成熟的產業鏈也將面臨被顛覆，新能源汽車對內燃機產業鏈的顛覆就是典型代表?？梢灶A見，在接下來的5—10年中，隨著固態電池的量產，現有動力電池產業鏈的重構也將逐步顯現。（劉曉林）
責任編輯：余璇
