固态电池量产加速，我们离电动车新时代还有多远？

随着一则确定性很强的不确定性消息不胫而走，固态电池又一次成为目光焦点！

5月29日，《中国日报》报道称，中国或投入约60亿元，鼓励有条件的企业对全固态电池相关技术开展研发，宁德时代、比亚迪、一汽、上汽、卫蓝新能源和吉利共六家企业或获得政府基础研发支持。

多位知情人士确认，此项行业内史无前例的项目由政府相关部委牵头实施，鼓励有条件的企业对全固态电池相关技术开展研发。

根据液态电解质在电池中的质量百分比含量，可将锂电池分为液态电池、半固态电池、准固态电池和全固态电池，其中半固态、准固态和全固态3种统称为固态电池。EVTank在《中国固态电池行业发展白皮书》中将电解液含量低于10%的电池定义为半固态电池，将完全不含电解液的电池定义为全固态电池。固态电池能量密度更高，安全性能更好。固态电池在高能量密度、高安全性方面优势明显。

资料来源：许晓雄等《为全固态锂电池“正名”》、起点锂电

群雄逐鹿，产业化升级

近年来，全球各国各地区都在积极推进固态电池研发。中国2021年出台《新能源汽车产业发展规划（2021-2035）》，2023年发布《关于推动能源电子产业发展的指导意见》都包含固态电池相关推进意见。美国2021年发布《锂电池2021-2030年国家蓝图》，目标2030年实现固态电池规模化生产。日本2022年更新《蓄电池产业战略》，也提出了2030年固态电池商业化。韩国发布《2030二次电池产业发展战略》和《二次电池产业创新战略》，提出2026年实现车端固态电池商业目标。欧盟也在2023年发布《欧洲电池研发创新路线图》和第三版《电池2030+路线图》，提出相关预期目标。

产业化推进：中国台湾辉能科技中试线送样。辉能科技成立于2006年，专注于固态电池的研究、开发和制造。通过其中试生产线，已向全球汽车公司提供约8000个固态电池样品。

车端应用：蔚来、智己、广汽搭载固态电池新车型即将上市。据电池中国，蔚来汽车搭载的半固态电池，能量密度360Wh/kg，容量150KWh，预计2024年实现量产；智己L6搭载光年固态电池，能量密度368Wh/kg，续航可达1000公里；广汽昊铂全固态电池，能量密度400Wh/kg以上，预计2026年装车。

低空经济催化：政策引导固态电池动力方向。2024年3月27日，工信部、科技部、财政部、民用航空局联合发布《通用航空装备创新应用实施方案（2024-2030年）》通知，明确指出：“加快布局新能源通用航空动力技术和装备，推动400Wh/kg级航空锂电池产品投入量产，实现500Wh/kg级航空锂电池产品应用验证”，引导固态电池动力方向。

中国部分动力电池厂商固态电池布局情况：

固态电池优势明显，但量产路并不平坦

能量密度提升。正极材料向无钴靠拢，富锂锰基潜力巨大。对比液态电池，固态电池可容纳新的电极材料，譬如富锂锰基。常规电压下的富锂锰基材料在目前所有商业化的正极材料里，循环稳定性最好，45℃下充放电1700周容量保持率88%。但是，因为目前难以解决电压衰减、循环寿命低等问题，产业化进程受限。负极方面，固态电池比传统锂电池更容易适配锂金属负极和硅碳负极，因为固态电解质由固态材料构成，具有较高的化学稳定性，对锂金属负极的锂枝晶的形成及硅的膨胀起抑制作用。采用锂金属负极能量密度最高、接近400Wh/kg。右图中，正极均采用100um厚的NCM811，4种不同电芯比较下，采用锂金属负极材料的固态电池能量密度最高。电芯内部串联能有效提升固态电池电压，提高体积能量密度。

安全性优势显著。相比液态电池，固态电池具有较高的化学和热稳定性，能够有效抑制锂电池中发生热失控或燃烧的风险，电池在被刺破时仍可安全运行，不会泄漏或爆炸。根据丰田研发实验室的报告，通过对比研究NCA/NCM锂电池和铌掺杂锂镧锆氧(LLZNO)全固态电池的产热特性，丰田发现全固态电池产热量只有传统锂电池的25-30%，因此具有显著的安全性优势。考虑其放热量依然存在，还需进一步降低放热量，以实现真正意义的“安全”。

低温性能显著。固态电解质在宽温度范围内保持固态，不完全丧失离子传导功能，是其潜在优势之一。近期，智己汽车宣布，全球首款搭载“超快充固态电池”智己L6将于5月正式上市，该电池由上汽集团与清陶能源联合研发制造，可实现1000km以上超长续航，且低温性能出色。液态电池的电解液在低温下粘度大幅增加，锂离子迁移速度显著降低，因此冬季性能较差。相比之下，固态电解质在低温下电导率也会降低，但受温度影响幅度较小，即使在-30℃环境下，放电容量保持率也能达到90%以上，低温续航更好。

离子电导率低。固态电解质中离子间相互作用强，因此离子电导率低。可以从材料、工艺等方面进行改进。

量产难度大。受技术和成本制约，固态电池量产难度大。技术上，当前固态电池工艺尚未成熟，其发展亟需解决三个核心科学问题，即固态电解质的离子输运机制、锂枝晶生长机制和多场耦合下的失效失控机制。成本上，部分材料售价昂贵，阻碍固态电池的量产。

成本高。负极材料成本偏差最大，尤其是硅碳负极所需涂覆的额外电解质导致成本高昂，锂金属负极成本虽然较低但技术上仍存在难关。目前固态电池已商业化销售实例少，以蔚来2023年7月上线的150kWh电池包信息测算，其半固态电池成本约为1.7-2.2元/Wh，远高于同期车用方形三元电芯、铁锂电芯均价0.73、0.65元/Wh。截止2024年4月3日,方形三元电芯、铁锂电芯均价已降至0.465、0.375元/Wh，液态锂电池均价持续下降，固态电池降本方面仍面临不小挑战。

结语：固态/半固态电池技术是突破锂离子电池能量密度上限的关键路径，是电动车的第二次能源革命。随着新能源汽车需求不断增长和市场占比提高，固态电池将成为锂电发展的终极方向，固液混合的半固态电池对于现有以液态锂电子为基础的产业链更迭较小，成为国内当下的主流过渡路线。

技术和成本的挑战，我认为全固态电池真正商业化之路还很长，液态电池依然将处于电动车应用的主流。

根据咨询机构EVTank的预测，到2030年，全球锂电池市场中，90%左右的份额仍将是传统的液态电池，剩余约10%为固态电池。在固态电池所占据的市场份额中，大部分将属于半固态电池。

数据来源：SNEResearch