解码固态电池：下一代的“黄金分割点”

被称为潜在颠覆者的下一代电池技术，固态电池迎来自己的黄金时代还有多远？

文/本刊记者 郑威廉

福特汽车执行董事长比尔·福特曾在世纪之初大胆预测：“从长远来看，我相信燃料电池最终将结束内燃机100年的统治……燃料电池可能在25年内成为主要的动力源。”

比较有意思的是，在包括《回到未来》系列、《我，机器人》等在内的一众经典科幻电影当中，氢燃料电池汽车被视为未来汽车的标准范式。尽管以当下的视角来看，语音指令、人工智能、自动驾驶这些对未来汽车的奇思妙想已经基本走入了现实，然而时人对目前占据新能源汽车市场主流的电动汽车好像并不看好。

电池，无疑是这份不信任的根源所在。电动车的诞生原比燃油车早了近半个世纪，甚至于19世纪下半叶就在欧美得到了并不罕见的应用。然而，早期蓄电池囿于能量密度不够、续航能力不足、充电时间太长等固有缺陷，直到近年来锂离子电池的兴起，才重新将电动汽车带回世界汽车舞台的中央。

这并不意味着，锂电池就能从此稳坐江山。伴随电动汽车、储能产业的高速发展，业内对高性能电池的迫切需求亦与日俱增。液态锂电池技术虽逐年精进，不断创造更高容量的新纪录，却已经在安全性、能量密度提升等方面遭遇瓶颈，亟须一场触及根本的技术革新。

固态电池，这项被称作电池行业潜在颠覆者的下一代电池技术，2024年以来火爆一时，更有望在未来五年内为高性能电池平衡性寻得最佳的“黄金分割点”。

固态热潮

颇具行业明星气质的固态电池，并非什么近些年才冒出来的新兴产物。一种说法是，早在电化学研究初期，英国科学家约瑟夫·汤姆逊（JosephThomson）提出了以固态电解质取代液态电解质从而构建更稳定电池循环的设想。

20世纪70年代，固态电池的研究就已经迎来了真正意义上的第一波热潮，各国相继推进理论研究及实验认证。有中国“锂电之父”之称的陈立泉院士1976年被公派德国马普固体所期间得知氮化锂研究的新大陆，并将这一信息传回国内，直接推动了“固态离子学”研究领域的成立及中国第一块固态锂电池的诞生。

近年来，由于液态锂电池的技术发展渐触瓶颈，自身的安全隐患迟迟难以得到解决。想象空间极大的固态电池便被每每推上风口浪尖，在锂电行业发展相对疲软的2024年尤其大出风头。

对于锂电企业而言，2024年并不算是一个太好的年份。

一方面，“内卷”始终是包括电池领域在内整个新能源产业的主旋律。一如卫蓝新能源创始人兼董事长俞会根所言：“在新能源汽车时代，中国好不容易推倒了国际品牌过去百年对国内汽车市场的统治地位，却迅速进入内卷状态，影响随之传导到上下游产业链。”

从2024年初比亚迪7.98万元的秦plusdm-i开始，电动汽车行业激烈的低价竞争已经将高合、极越率先挤下牌桌；最具代表性的2h储能系统价格则从0.8元/Wh上下一路跌入0.4元/Wh时代。受此影响，2023年能卖到0.8～0.9元/Wh的磷酸铁锂电芯，到如今只能售至0.28元/Wh左右。整条锂电产业链，几乎就要迈入卷无可卷的尴尬境地。

另一方面，在资本退潮的大背景下，投资者对锂电产业的态度事实上并不乐观。“万亿宁王”一度失宠的锂电赛道，已经从过去的“香饽饽”变成了如今的“狗不理”。然而，固态电池就在这样的背景之下，一跃成为继元宇宙、AI之后，2024年在资本市场上最受炒作与追捧的一大热门。

这不仅是技术进展、名企入场、产业扩张等多方影响的共同推动，而且根源于固态电池作为下一代高性能锂电池技术，本身就是颠覆锂电行业的“终极解决方案”之一。

安全问题，是锂电池一直以来饱受诟病的根本缺陷。锂电池自身结构上的先天不足难以弥补，检测、消防手段对于无法实现本质安全的锂电池而言只是隔靴搔痒。

而在锂电池热失控所引发的安全事故中，化学活性高、易挥发、易燃、易腐蚀的液态电解质几乎是传统锂电池的最大安全隐患。由于固态电池采用固态电解质，部分或全部替代液态电解质，就为液态锂离子电池的安全性问题提供了根本上的解决方案。

现有锂离子电池的能量密度已接近理论极限，超过300Wh/kg能量密度的向上提升过程将异常艰难。固态电池则有望打破液态锂电池在材料、技术上的局限，如卫蓝新能源、清陶能源等主要厂商已实现量产的半固态电池产品单体能量密度均在360Wh/kg以上，各方亦有400Wh/kg、500Wh/kg、600Wh/kg等级的产品在研，实验室甚至可以做到700Wh/kg以上。

业界有观点认为，全固态锂电池的能量密度可以达到现有锂离子电池的2～5倍，因此是最具潜力的高能量密度电池技术。

创新的边界

每项“黑科技”在面世之初总不缺乏各种光环的笼罩，但我们仍需提问：从走出实验室到实现产业化，固态电池的荆棘之路还有多远？

锂电行业的创新，向来不是一件易事。过去十年间，国内锂电产业的发展日新月异，尤在新能源汽车和储能市场的带动下，产能规模的突飞猛进已快到被质疑是否存在过剩之嫌。

然而，除了材料、结构体系上微妙改动外，主流电池的技术内核却始终未变，如光伏电池片行业近两年PERC、TOPCon、HJT、XBC、钙钛矿等技术路线齐头并进的革新盛景从未出现。

虽在2023年初，出于对锂价居高不下的全行业焦虑，钠电池的研发被煞有介事地摆上台面。但随着锂价过山车式的迅速回落，电池企业、车企、储能企业纷纷用脚投票，锂离子电池仍是电化学储能领域不容置疑的绝对主流。

“一开始，我认为一定要做出颠覆性创新。”俞会根告诉《能源》杂志记者，过去曾经希望能一步到位（直接研发全固态电池），但要开创一条新路并不容易。新技术的研发需要付出大量的时间、成本，客户在产品大规模量产以前普遍持观望态度，加之国内外纷繁复杂的市场环境变化和“内卷”压力，对以创新为核心的固态电池企业提出了不小的挑战。

根据不同的固态电解质分类，固态电池有三大主流技术路线：聚合物固态电池、氧化物固态电池、硫化物固态电池。

前两者发展最为迅速，技术也较为成熟，最适推进商业化应用，也是目前混合固液电池（半固态电池）的主力军。2023年4月份，蔚来汽车首台150kWh超长续航电池包正式下线，开始规模化生产。其所选用的便是卫蓝新能源提供的半固态电池，包内单体电芯数量达到384个。

硫化物固态电池，可能是全固态电池未来最有可能的技术路线。其成本高出氧化物、聚合物路线近百倍，在高比能的基础之上，超高离子电导率接近甚至超过电解液，在续航里程、充电速度方面有明显的潜在优势。只不过，由于其专注全固态的技术发展特性，虽然该路线研究者众多，却没有一家公司实现硫化物全固态电池的大规模生产。

当前，不乏有质疑声音认为，固态电池的“上车”并不等于量产，半固态与固态之间有着天壤之别。这其实并无不妥，却难免忽略一如能源行业本就存在稳定、清洁、廉价的“不可能三角”，锂电池的技术革新本也不能面面俱到。

“要把固态电池做好，就需要做到多维度、多角度的平衡。”俞会根表示。合格的车规级动力电池，能量密度、续航能力、电池寿命、充放电倍率、高低温性能、价格成本、安全等级缺一不可。

固态电池真正的优势在于，当本质安全的基础够牢靠，便有能力驾驭更高能量密度的提升，发展空间不可小觑。倘若只一味追求更高能量密度，却要牺牲成本、安全等关键要素，反而是一种本末倒置。

固态电池的创新确实存在边界，而这一边界正是各项指标共同作用下最为平衡的结果。

“锂”想未来

2024年年初，欧阳明高院士曾援引机构的预测数据称，到2030年，全球锂电池需求量为6000GWh，届时固态电池的市占率将有望达到10%，全固态电池的占比则达1%。

另一组数据看上去也并不乐观。根据全球资讯机构SNEResearch发布的报告，到2030年，全球液态锂离子电池的供应量将从2023年的687GWh增加到2943GWh，占电池市场的95%以上。而全固态电池的供应量将从2025年开始的0.2GWh增加到131GWh，市场渗透率将达到4%左右。

不过，欧阳明高表示：“对于汽车技术而言，1%是很重要的市场份额。所以全固态电池的市占份额不需要替代到50%，替代1%就已经具有突破性的意义了。”

过去两年，固态电池行业情绪一路高涨。虽不免有资本炒作概念，更多的是全球锂电企业密集发布固态电池产业进展，整车企业争先恐后官宣布局，当真有勃勃生机、万物竞发的境界就在眼前。

除宁德时代、国轩高科、亿纬锂能等头部大厂下场参与，固态电池行业本就有“北卫蓝、南清陶”两家企业名声在外。

前者背靠中科院物理所。既由“中国锂电第一人”陈立泉院士亲自带队，亦有公司首席科学家、中科院物理所研究员李泓和公司董事长、中科院物理所研究生导师、教授级高工俞会根两位技术大牛。

公司在国内已设有北京房山、山东淄博、浙江湖州、江苏溧阳四大基地，与蔚来汽车之间素有深度合作，旗下还有中科超能专司硫化物全固态电池研发。

后者则脱胎于清华大学新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室。

由中科院院士、清华大学教授南策文团队创办，是国内最早量产交付的固态电池企业之一，历来颇受上汽青睐。

车企的活跃还不止见于与固态电池企业的交好。在国内，上汽、广汽官宣最早在2026年实现全固态电池量产上车，蔚来的半固态电池包将于今年6月开始投入使用；在海外，丰田声称将在2027—2028年实现全固态电池技术商业化，宝马则计划于2025年推出首辆全固态电池原型车。

“现阶段，并不是企业与企业之间的竞争，而是产业与成本之间的竞争。”俞会根表示。2030年对全行业而言无疑会是标志性的一年。而在此之前，固态电池行业的下一个重要拐点，可能在2027年前后出现。

资本市场和国家的关注，对需求海量资金投入的固态电池起到了强有力的推进作用。

数据显示，2017年以来，卫蓝新能源已收获至少9轮融资，仅三轮披露金额的融资总额就在20亿元以上；清陶能源则足有11轮融资，最后一笔直接收获上汽集团投出的27亿元追加投资。

据《中国日报》2024年5月报道，国家或将投入约60亿元人民币为全固态电池研发“撑腰”，包括宁德时代、比亚迪、一汽、上汽、卫蓝新能源和吉利在内共六家企业或获得政府的基础研发支持。

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