新能源车发布会频频提及固态电池，产业化拐点已到来了吗？

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2024年新能源电池产品发布会、展会频频提及固态电池，意欲何为？

5月17日，国轩高科在第13届科技大会上隆重推出了 “金石”电池。据国轩高科全固态电池项目总工潘瑞军博士介绍，“金石”电池通过微纳化固体电解质、超薄膜包覆单晶正极、三维介孔硅负极的综合性方案，实现了全固态电池材料端的技术突破，预计2027年小批量上车试验，2030年量产。

“金石”电池单体电芯能量密度达350Wh/kg，体积能量密度达800Wh/L，循环次数超过3000次。整包能量密度也达到280Wh/kg，续航里程1000公里，且一次性通过200℃热箱测试，远超国标要求的130℃。

（图片来源：国轩高科官方公众号）

在上个月底的CIBF重庆电池展会上，以赣锋锂电、太蓝新能源、欣旺达、巨湾技研等代表的数十个电池企业也悉数展示半固态和全固态电池方案，携最新产品技术方案纷纷亮相。

（图片来源：赣锋锂电、太蓝新能源等公众号，MIR整理）

汽车主机厂也不甘示弱。近日智己汽车在为新车智己L6宣传时，特意提出将首次搭载与清陶能源合作的固态电池；早前，蔚来也推出ET7车型，宣布搭载卫蓝新能源的半固态电池；此外，广汽集团也发布能量密度达400Wh/kg以上的全固态电池，计划于2026年首先搭载于昊铂车型。

面对“里程焦虑”和“出行安全”两大电车痛点，固态电池无疑已经成为了公认的下一代电池技术开发方向，成为了多方角逐的有力武器，谁能率先研发、装车搭载、甚至批量生产固态电池，就意味着谁获取了先发优势，在新沙场的竞争中抢占高地，获得资本市场的青睐以及行业的持续关注。

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为什么固态电池会成为

下一代电池技术的开发方向？

安全性和能量密度的双重瓶颈成为阻碍液态电池进一步发展的关键因素，固态电池应运而生。

固态电池，是相对于采用液态电解质的电池而言的。液态电池的安全问题始终是悬在用户头上的“达摩克利斯之剑”，而固态电池在理论安全性方面则具有绝对优势。

在液态电解质中，锂离子来回穿梭进行充放电活动，隔膜在其中起到阻隔电解液的作用。然而在过充、撞击、高温等工况下，隔膜极易被刺穿，导致电解液与正负极直接接触，引起电池起火甚至爆炸；而固态电解质可以有效隔绝正负极，降低起火爆炸的风险。

固态电池的理论能量密度也远高于液态电池。据MIR采访了解，考虑到液态电解质的安全性，一般将电解液和隔膜的体积比例保持在35%~45%，而固态电池直接采用密度更高的固态电解质进行替代，且能缩短正负极之间的距离至10μm，理论能量密度也提高到500Wh/kg以上，远高于液态电池的理论能量密度上限350Wh/kg。

由于液态电解质在能量密度和安全性方面的双重瓶颈，液态电池产品性能同质化的发展趋势也愈发凸显。

一方面，产业链员工的频繁跳槽以及后发企业的技术进步正在不断缩短电池企业在技术know-how乃至专利上的差距；另一方面，汽车主机厂出自于摆脱产业链受制于人的诉求，从布局Pack、到Cell、甚至上游原材料的自研和生产，也在不断挤压电芯/Pack企业的生存空间，迫使电池企业另辟蹊径，依托在电池研发、生产方面的经验优势提前布局固态电池赛道，通过自研、联合研发甚至绑定产业链上下游的方式，意图抢占市场先机。此外，CTP、CTC等Pack方案推陈出新，在整包性能，尤其是能量密度层面，正逐渐抵消先进企业在电芯研发能力方面的优势，电池整包能量密度乃至新能源汽车续航里程区间等指标趋于同质化，固态电池无疑成为差异化竞争的新沙场。

另外， eVOTL等领域电池的新兴应用正逐渐兴起，也将对电池的能量密度提出更高要求。

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固态电池已提出多年

 还能够实现产业化吗？

早前3月份，宁德时代曾毓群在接受《金融时报》采访时表示：“宁德时代已经在固态电池领域开发了10年，但在电动汽车的应用过程中不断遇到阻碍。尽管固态电池技术在电动汽车中备受推崇，但是目前固态电池既不实用也不安全。”

全球电池寡头尚且如此，那么，固态电池还能顺利实现产业化吗？

MIR采访多个企业员工了解到，不管是半固态，还是全固态电池，目前不少电池企业的固态电池产品仍处于产品开发前期，且没有明确的定点客户，距离真正的大批量生产乃至批量装车还有很长的一段路要走，即研发、试产固态电池目前只是对市场释放出的一种象征或者信号，或者作为技术上的提前布局，应对可能到来的市场竞争。

在技术路线上，也在通过半固态→准固态→全固态的产业化路径不断进行尝试。半固态电池作为过渡路线，主要是因为可以复用或者兼用现存的液态电池生产工艺。据MIR采访了解，针对半固态电池生产工艺，除了混料、注液和原位固态化等关键工序以外，其余超过80%的制造工艺及设备都可以跟液态电池通用。另外，半固态电池方案可以暂时应对固态电池的固固界面问题，解决间隙问题形成稳定界面。

MIR观察到，近几年以清陶能源、赣锋锂电、国轩高科为代表的电池企业，以及以蔚来、长安深蓝为代表的汽车主机厂，陆续发布半固态电池的量产和装车规划，时间点则“不约而同”地定在2025年前后，届时有望实现初步量产，但是市场实际表现和竞争力仍需要进行进一步的检验。

全固态电池量产方面，宁德时代打响了“第一枪”。

CIBF重庆电池展会的技术研讨会上，宁德时代首次公开全固态电池技术方案。宁德时代结合技术成熟度（TRL）和工艺成熟度（MRL）将产品的发展阶段分为9个等级，称目前处在4级阶段，即技术定型及实验室环境下生产技术验证阶段，预计到2027年可以提升到7~8级实现小批量试生产，9级大批量量产目前仍有很大困难，尚未规划。

（图片来源：CIBF_吴凯_《车用全固态电池研发及产业化进展》）

回到文初国轩高科“金石“全固态电池的量产规划，也是将初步量产时间定在2027年；此外，国外的LG、三星SDI、丰田等企业的全固态电池规划量产时间也在2027年前后。

大家似乎又“不约而同“地将时间点定在了2027年前后，但是对于“既不实用又不安全”的固态电池，实现量产真的很容易吗？

在2023年宁德时代年报业绩交流的2400人电话会议中，宁德时代曾毓群回答提问时曾如此说道：“前沿技术的落地要经历3个路线，即技术路线、产品路线和商品路线。首先看在技术上是否成立、能否打通：其次，变成产品之后，在生产制造过程中安全性、可靠性、一致性、质量是否能保证；第三，是否能卖出去，因为太贵了可能会卖不动。“

可见，固态电池产业化虽可期，但任重而道远。

对于技术路线，目前已经得到了实验室阶段的充分验证。半固态电池方面，以清陶能源、领新新能源为代表的企业陆续宣布半固态电池产品已经实现初步量产，以聚合物、氧化物或者复合材料路线为主。

全固态电池方面，宁德时代也在CIBF重庆电池展会研讨会上交出了“学霸”的答卷：宁德时代认为硫化物全固态电池将率先实现量产。硫化物电解质的室温离子电导率高，能够解决固固界面这一核心问题；而聚合物及氧化物虽生产可行性高，但室温离子电导率低。

具体来看，宁德时代硫化物的方案采用高镍三元，克容量达230mAh/g，活性物质占比85%时，面容量可达5mAh/cm²；负极则采用锂金属，临界电流密度20mA/cm²（4C），综合能量密度较液态电解质体系提升40%以上。

                                （图片来源：CIBF_吴凯_《车用全固态电池研发及产业化进展》）

此外，面对全固态电池的固固界面的离子传输效率、制造工艺、空气稳定性和锂金属负极的高反应性几大核心痛点，宁德时代也提出了独特的解决方案：

首先，将高镍三元颗粒从多晶换成单晶材料，并进行双层包覆。第一层无机氧化物包覆，抑制界面的反应；第二层固体电解质包覆，提升界面离子扩散。研发的多功能复合粘结剂可以稳定极片导电网络，提高循环寿命，实现6000次长循环稳定性。

其次，采用变相自相填技术增强电解质结构抑制锂枝晶的产生，并实现界面锂离子的高速传输。

另外，疏水层包覆固态电解质，以此应对空气稳定性问题。包覆后的材料在-40℃的露点温度下能够保持稳定，同时研发新的合成工艺来降低Li2S的材料成本。

最后，采用干法电极制备和等静压一体化成型工艺，同时通过粘结剂的梯度设计保证粘结性能。

（图片来源：CIBF_吴凯_《车用全固态电池研发及产业化进展》）

对于“学霸”的这一答卷，其他电池企业似乎没有直接“抄答案”，或是出于联合上下游企业、形成“生态圈”、“利益圈”的需要、亦或是因为固态电池这一赛道主力军是以一众独角兽企业为代表的“新面孔”，避免跟丰田、宁德时代等行业头部公司在硫化物这一路线上的“正面交锋”，固态电池企业纷纷在全固态电池方面尝试各自的路线，基于半固态的氧化物体系逐渐摸索，也在聚合物+氧化物、硫化物+卤化物等复合材料路线上进行进一步的探索。

对于产品路线，主要是生产问题。据MIR采访了解，目前进展并不理想，生产全固态电池所需的设备体系尚不成熟，尤其是核心的烧结、真空、干燥等关键工序设备，全固态电池产线目前生产的良率、一致性并不高。但是这一痛点通过固态电池企业和相关设备企业的持续投入和研究，以及导入先进的AI大数据和智能制造技术等方式，是有望逐步提升解决的。

对于商品路线，主要是成本问题，问题的核心在于能够形成对于液态电池在成本、性能方面的综合优势。MIR认为这是影响固态电池产业在未来能否真正实现产业化的关键。

其中，核心是低良率、高损耗导致的高生产成本问题。在量产初期，由于工艺/设备体系不成熟，良率、稼动率等指标较低，企业将面临极大的成本压力，长期提升困难的话产线运转将难以为继。

另外，在过去的液态电池技术发展路线中，由于钴金属对外依存度高，价格高昂，为了解决该痛点降低钴含量，各电池企业的“无钴”电池方案层出不穷。无独有偶。对于固态电池，氧化物电解质同样需要依赖如锆、镧等稀有金属；而硫化物电解质也需要锗这样的稀有金属。其中，锆金属目前对外依存度很高，锗金属在我国储量丰富但价格也同样高昂。原材料的稀缺和高成本无疑成为固态电池在降本之路上的又一大难题。

考虑到液态电池产业已经非常成熟，以宁德时代麒麟电池、神行PLUS电池等产品为代表的行业领先水平，在性能和成本方面已经形成了双重优势。未来固态电池能够打破产业自身桎梏，同时在跟日韩企业的硫化物全固态电池“正面交锋”中脱颖而出呢？答案依然是个未知数。

因此MIR认为，在短期内，固态电池产业化的路径是以半固态电池作为过渡路线，2025年前后初步实现量产，但最终能否大规模上量则需要市场进一步对成本、性能进行综合验证；中长期来看，全固态电池的初步量产和上车试验，按照各企业规划基本要到2027年前后，届时产品体系初步成熟，即产品设计完成冻结；而全固态电池的批量生产，即工艺设计冻结，乃至进行多轮降本以实现产品普及，真正形成对液态电池的全方位优势，要到2030年甚至更晚。固态电池真正意义上的量产乃至提高市场渗透率的产业化之路仍方兴未艾。