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2024年新能源電池產品發布會、展會頻頻提及固態電池，意欲何為？

5月17日，國軒高科在第13屆科技大會上隆重推出了 “金石”電池。據國軒高科全固態電池項目總工潘瑞軍博士介紹，“金石”電池通過微納化固體電解質、超薄膜包覆單晶正極、三維介孔硅負極的綜合性方案，實現了全固態電池材料端的技術突破，預計2027年小批量上車試驗，2030年量產。

“金石”電池單體電芯能量密度達350Wh/kg，體積能量密度達800Wh/L，循環次數超過3000次。整包能量密度也達到280Wh/kg，續航里程1000公里，且一次性通過200℃熱箱測試，遠超國標要求的130℃。

（圖片來源：國軒高科官方公眾號）

在上個月底的CIBF重慶電池展會上，以贛鋒鋰電、太藍新能源、欣旺達、巨灣技研等代表的數十個電池企業也悉數展示半固態和全固態電池方案，攜最新產品技術方案紛紛亮相。

（圖片來源：贛鋒鋰電、太藍新能源等公眾號，MIR整理）

汽車主機廠也不甘示弱。近日智己汽車在為新車智己L6宣傳時，特意提出將首次搭載與清陶能源合作的固態電池；早前，蔚來也推出ET7車型，宣布搭載衛藍新能源的半固態電池；此外，廣汽集團也發布能量密度達400Wh/kg以上的全固態電池，計劃于2026年首先搭載于昊鉑車型。

面對“里程焦慮”和“出行安全”兩大電車痛點，固態電池無疑已經成為了公認的下一代電池技術開發方向，成為了多方角逐的有力武器，誰能率先研發、裝車搭載、甚至批量生產固態電池，就意味著誰獲取了先發優勢，在新沙場的競爭中搶占高地，獲得資本市場的青睞以及行業的持續關注。

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為什么固態電池會成為

下一代電池技術的開發方向？

安全性和能量密度的雙重瓶頸成為阻礙液態電池進一步發展的關鍵因素，固態電池應運而生。

固態電池，是相對于采用液態電解質的電池而言的。液態電池的安全問題始終是懸在用戶頭上的“達摩克利斯之劍”，而固態電池在理論安全性方面則具有絕對優勢。

在液態電解質中，鋰離子來回穿梭進行充放電活動，隔膜在其中起到阻隔電解液的作用。然而在過充、撞擊、高溫等工況下，隔膜極易被刺穿，導致電解液與正負極直接接觸，引起電池起火甚至爆炸；而固態電解質可以有效隔絕正負極，降低起火爆炸的風險。

固態電池的理論能量密度也遠高于液態電池。據MIR采訪了解，考慮到液態電解質的安全性，一般將電解液和隔膜的體積比例保持在35%~45%，而固態電池直接采用密度更高的固態電解質進行替代，且能縮短正負極之間的距離至10μm，理論能量密度也提高到500Wh/kg以上，遠高于液態電池的理論能量密度上限350Wh/kg。

由于液態電解質在能量密度和安全性方面的雙重瓶頸，液態電池產品性能同質化的發展趨勢也愈發凸顯。

一方面，產業鏈員工的頻繁跳槽以及后發企業的技術進步正在不斷縮短電池企業在技術know-how乃至專利上的差距；另一方面，汽車主機廠出自于擺脫產業鏈受制于人的訴求，從布局Pack、到Cell、甚至上游原材料的自研和生產，也在不斷擠壓電芯/Pack企業的生存空間，迫使電池企業另辟蹊徑，依托在電池研發、生產方面的經驗優勢提前布局固態電池賽道，通過自研、聯合研發甚至綁定產業鏈上下游的方式，意圖搶占市場先機。此外，CTP、CTC等Pack方案推陳出新，在整包性能，尤其是能量密度層面，正逐漸抵消先進企業在電芯研發能力方面的優勢，電池整包能量密度乃至新能源汽車續航里程區間等指標趨于同質化，固態電池無疑成為差異化競爭的新沙場。

另外， eVOTL等領域電池的新興應用正逐漸興起，也將對電池的能量密度提出更高要求。

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固態電池已提出多年

 還能夠實現產業化嗎？

早前3月份，寧德時代曾毓群在接受《金融時報》采訪時表示：“寧德時代已經在固態電池領域開發了10年，但在電動汽車的應用過程中不斷遇到阻礙。盡管固態電池技術在電動汽車中備受推崇，但是目前固態電池既不實用也不安全。”

全球電池寡頭尚且如此，那么，固態電池還能順利實現產業化嗎？

MIR采訪多個企業員工了解到，不管是半固態，還是全固態電池，目前不少電池企業的固態電池產品仍處于產品開發前期，且沒有明確的定點客戶，距離真正的大批量生產乃至批量裝車還有很長的一段路要走，即研發、試產固態電池目前只是對市場釋放出的一種象征或者信號，或者作為技術上的提前布局，應對可能到來的市場競爭。

在技術路線上，也在通過半固態→準固態→全固態的產業化路徑不斷進行嘗試。半固態電池作為過渡路線，主要是因為可以復用或者兼用現存的液態電池生產工藝。據MIR采訪了解，針對半固態電池生產工藝，除了混料、注液和原位固態化等關鍵工序以外，其余超過80%的制造工藝及設備都可以跟液態電池通用。另外，半固態電池方案可以暫時應對固態電池的固固界面問題，解決間隙問題形成穩定界面。

MIR觀察到，近幾年以清陶能源、贛鋒鋰電、國軒高科為代表的電池企業，以及以蔚來、長安深藍為代表的汽車主機廠，陸續發布半固態電池的量產和裝車規劃，時間點則“不約而同”地定在2025年前后，屆時有望實現初步量產，但是市場實際表現和競爭力仍需要進行進一步的檢驗。

全固態電池量產方面，寧德時代打響了“第一槍”。

CIBF重慶電池展會的技術研討會上，寧德時代首次公開全固態電池技術方案。寧德時代結合技術成熟度（TRL）和工藝成熟度（MRL）將產品的發展階段分為9個等級，稱目前處在4級階段，即技術定型及實驗室環境下生產技術驗證階段，預計到2027年可以提升到7~8級實現小批量試生產，9級大批量量產目前仍有很大困難，尚未規劃。

（圖片來源：CIBF_吳凱_《車用全固態電池研發及產業化進展》）

回到文初國軒高科“金石“全固態電池的量產規劃，也是將初步量產時間定在2027年；此外，國外的LG、三星SDI、豐田等企業的全固態電池規劃量產時間也在2027年前后。

大家似乎又“不約而同“地將時間點定在了2027年前后，但是對于“既不實用又不安全”的固態電池，實現量產真的很容易嗎？

在2023年寧德時代年報業績交流的2400人電話會議中，寧德時代曾毓群回答提問時曾如此說道：“前沿技術的落地要經歷3個路線，即技術路線、產品路線和商品路線。首先看在技術上是否成立、能否打通：其次，變成產品之后，在生產制造過程中安全性、可靠性、一致性、質量是否能保證；第三，是否能賣出去，因為太貴了可能會賣不動。“

可見，固態電池產業化雖可期，但任重而道遠。

對于技術路線，目前已經得到了實驗室階段的充分驗證。半固態電池方面，以清陶能源、領新新能源為代表的企業陸續宣布半固態電池產品已經實現初步量產，以聚合物、氧化物或者復合材料路線為主。

全固態電池方面，寧德時代也在CIBF重慶電池展會研討會上交出了“學霸”的答卷：寧德時代認為硫化物全固態電池將率先實現量產。硫化物電解質的室溫離子電導率高，能夠解決固固界面這一核心問題；而聚合物及氧化物雖生產可行性高，但室溫離子電導率低。

具體來看，寧德時代硫化物的方案采用高鎳三元，克容量達230mAh/g，活性物質占比85%時，面容量可達5mAh/cm2；負極則采用鋰金屬，臨界電流密度20mA/cm2（4C），綜合能量密度較液態電解質體系提升40%以上。

                                （圖片來源：CIBF_吳凱_《車用全固態電池研發及產業化進展》）

此外，面對全固態電池的固固界面的離子傳輸效率、制造工藝、空氣穩定性和鋰金屬負極的高反應性幾大核心痛點，寧德時代也提出了獨特的解決方案：

首先，將高鎳三元顆粒從多晶換成單晶材料，并進行雙層包覆。第一層無機氧化物包覆，抑制界面的反應；第二層固體電解質包覆，提升界面離子擴散。研發的多功能復合粘結劑可以穩定極片導電網絡，提高循環壽命，實現6000次長循環穩定性。

其次，采用變相自相填技術增強電解質結構抑制鋰枝晶的產生，并實現界面鋰離子的高速傳輸。

另外，疏水層包覆固態電解質，以此應對空氣穩定性問題。包覆后的材料在-40℃的露點溫度下能夠保持穩定，同時研發新的合成工藝來降低Li2S的材料成本。

最后，采用干法電極制備和等靜壓一體化成型工藝，同時通過粘結劑的梯度設計保證粘結性能。

（圖片來源：CIBF_吳凱_《車用全固態電池研發及產業化進展》）

對于“學霸”的這一答卷，其他電池企業似乎沒有直接“抄答案”，或是出于聯合上下游企業、形成“生態圈”、“利益圈”的需要、亦或是因為固態電池這一賽道主力軍是以一眾獨角獸企業為代表的“新面孔”，避免跟豐田、寧德時代等行業頭部公司在硫化物這一路線上的“正面交鋒”，固態電池企業紛紛在全固態電池方面嘗試各自的路線，基于半固態的氧化物體系逐漸摸索，也在聚合物+氧化物、硫化物+鹵化物等復合材料路線上進行進一步的探索。

對于產品路線，主要是生產問題。據MIR采訪了解，目前進展并不理想，生產全固態電池所需的設備體系尚不成熟，尤其是核心的燒結、真空、干燥等關鍵工序設備，全固態電池產線目前生產的良率、一致性并不高。但是這一痛點通過固態電池企業和相關設備企業的持續投入和研究，以及導入先進的AI大數據和智能制造技術等方式，是有望逐步提升解決的。

對于商品路線，主要是成本問題，問題的核心在于能夠形成對于液態電池在成本、性能方面的綜合優勢。MIR認為這是影響固態電池產業在未來能否真正實現產業化的關鍵。

其中，核心是低良率、高損耗導致的高生產成本問題。在量產初期，由于工藝/設備體系不成熟，良率、稼動率等指標較低，企業將面臨極大的成本壓力，長期提升困難的話產線運轉將難以為繼。

另外，在過去的液態電池技術發展路線中，由于鈷金屬對外依存度高，價格高昂，為了解決該痛點降低鈷含量，各電池企業的“無鈷”電池方案層出不窮。無獨有偶。對于固態電池，氧化物電解質同樣需要依賴如鋯、鑭等稀有金屬；而硫化物電解質也需要鍺這樣的稀有金屬。其中，鋯金屬目前對外依存度很高，鍺金屬在我國儲量豐富但價格也同樣高昂。原材料的稀缺和高成本無疑成為固態電池在降本之路上的又一大難題。

考慮到液態電池產業已經非常成熟，以寧德時代麒麟電池、神行PLUS電池等產品為代表的行業領先水平，在性能和成本方面已經形成了雙重優勢。未來固態電池能夠打破產業自身桎梏，同時在跟日韓企業的硫化物全固態電池“正面交鋒”中脫穎而出呢？答案依然是個未知數。

因此MIR認為，在短期內，固態電池產業化的路徑是以半固態電池作為過渡路線，2025年前后初步實現量產，但最終能否大規模上量則需要市場進一步對成本、性能進行綜合驗證；中長期來看，全固態電池的初步量產和上車試驗，按照各企業規劃基本要到2027年前后，屆時產品體系初步成熟，即產品設計完成凍結；而全固態電池的批量生產，即工藝設計凍結，乃至進行多輪降本以實現產品普及，真正形成對液態電池的全方位優勢，要到2030年甚至更晚。固態電池真正意義上的量產乃至提高市場滲透率的產業化之路仍方興未艾。