解读固态电池兴起之路

　　1月2日，中国动力电池厂商国轩高科在投资者关系平台上称：半固态电池匹配客户需求，预计今年批量交付。

　　刚刚过去的2022年末，关于固态电池的消息更是此起彼伏。12月30日，在广州车展上，长安深蓝方面表示：半固态电池已经进入工程化研发阶段，2025年将搭载整车应用。此前一天，孚能科技透露已有半固态产品实现量产装车。

　　12月22日，美国固态电池厂商QuantumScape宣布，目前已经将其首批24层原型固态电池交付汽车厂商，后续将会进行大量测试。12月15日，东风岚图首款轿车“追光”亮相，称该车搭载行业首个量产装车的半固态电池。

　　动力电池作为新能源汽车的“成本大户”，是兵家必争之地，而固态电池作为下一代电池技术的方向之一，是“必争之地”中的“高地”。近期固态电池频频“冒头”，看上去风口已经打开。

　　在汉德基金2022年度投资人大会上，中国电动汽车百人会副理事长兼秘书长张永伟分享了对新能源汽车下半场发展机遇的诸多思考，指出固态电池等新一代电池的竞争格局远未形成，各市场主体仍有新的发展机会。

　　01固态电池牛在哪?

　　动力电池从早期的铅酸电池，到镍氢电池，再到当前主流的锂电池，已经走过100多年的历程，其中锂电池大规模“上车”不过十余年。

　　近年来，随着新能源汽车产业的迅猛发展，产业界愈发认识到传统液态锂电池的极限所在，比如能量密度上限低，无法根除消费者的里程焦虑;整体电池质量大;低温运行不畅、高温环境下又存在安全隐患等等。于是，固态电池的呼声日益强烈。

　　什么是“固态电池”?

　　从工作原理来看，固态电池与液态电池在本质上无异，两者的核心区别在于电解质的形态。

　　当前主流的锂电池主要包括正极材料、负极材料、电解液和隔膜等四大主材，因其电解质为液态，所以称之为“液态电池”，而固态电池的电解质为固态，同时省去了隔膜。

　　固态电池之所以被认为是下一代电池的方向之一，是因为其在理论上完美避开了液态电池的所有痛点。

　　首先，固态电池能量密度更高。

　　科学界普遍认为，目前液态锂电池能量密度上限区间为300-350Wh/kg，难以满足350Wh/kg以上的高能量密度发展目标，而固态电池能量密度有望达到500Wh/kg。

　　其次，固态电池的安全性更高。

　　曾几何时，新能源汽车自燃时常见诸报端，至今仍然是影响消费者购买新能源汽车的一个因素。动力电池的安全性即与液态电解质息息相关，而固态电池采用固态电解质，其具有绝缘性好、不易燃、不挥发的特点，可显著提升安全性。

　　此外，固态电池的适用温度范围更广，循环使用寿命更长。去年9月，哈佛大学团队开发了一种新型固态锂金属电池，在实验室中，该团队的电池原型在生命周期内可循环超过1万次，是普通液态电池循环次数的数倍之多。

　　02看似“风口”降至，实则“道阻且长”

　　如开篇所述，相关企业在动态电池领域动作频频，看上去固态电池的风口越吹越近，实际上固态电池特别是全固态电池，现阶段仍然无法离开实验室，规模化应用“道阻且长”。

　　2017年，美国电动汽车公司Fisker发布了一项固态锂电池专利，称只要充电1分钟，便可续航800公里，一时引业界瞩目。创始人Henrik Fisker更是放言，固态电池会在2023年量产，且价格只有传统锂电池的三分之一。

　　如今2023年已至，Fisker早在2021年就完全放弃了固态电池，因为无法落地。“固态电池是一种这样的技术，当你觉得已经完成了90%，几乎达到目标时，然后你意识到剩下的10%比前面的90%困难得多。”Henrik Fisker说。

　　衡量一款动力电池能否量产，主要有能量密度、充放电倍率性能、成本、安全性和循环寿命等指标。动力电池的实验室研究成果，一般在某个阶段可以取得一个或几个指标上的重大突破，但必须同时满足所有指标要求才能实现量产，难度极大。

　　就目前固态电池的技术现状而言，中科院物理所研究员李泓曾直言，目前还没有企业展示综合性能及成本都能与液态锂电池相媲美的大容量固态动力电池。

　　固态电池何时才能走出实验室?产业界正在努力争夺最早的落地时间。

　　投资了QuantumScape的大众集团在2021年称，预计固态电池投入使用的时间不会早于2025年。现代汽车宣称将在2030年大规模生产固态电池汽车，宝马集团则计划在2030年前实现两场。

　　拥有固态电池技术专利最多的丰田汽车，已经屡次推迟固态电池上车，计划2025年前实现全固态电池小规模量产，2030年前全固态电池要实现稳定量产。

　　韩国动力电池厂商LG化学表示将在2025年至2027年间实现全固态电池商业化，但全球动力电池龙头宁德时代在2021年曾公开表示，“3-5年内能做到车里的，都不是全固态电池”。宁德方面称已经可以做出固态电池的样品，但是距离实现商业化还有很远的路要走，预计到2030年才会面向市场推出。

　　综合主流车企和电池厂商的表态来看，固态电池的量产时间基本在2030年前后。未来随着技术进步，固态电池能否“早产”仍待观察。

　　固态电池量产进度难料，半固态电池作为液态电池向全固态电池过渡的中间产品，正在成为相关企业卡位的焦点。

　　文章前面提到，国轩高科预计今年批量交付半固态电池产品，长安深蓝表示半固态电池进入工程化研发阶段，孚能科技透露已有半固态产品量产装车。

　　早在2021年1月，蔚来汽车发布一款固态电池包，称续驶里程将超过1000km，并透露搭载这种电池的车型预计2022年四季度交付。

　　业界短暂震惊之后发现，蔚来发布的所谓固态电池只是相对初级的半固态电池产品。而且，2023年都来了，蔚来尚未如期交付。

　　值得注意的是，半固态电池并非颠覆性创新，即使半固态电池实现大规模商业化应用，对现有液态锂电池材料体系，也不会形成太大冲击。

　　03中国“大干快上”?

　　虽然固态电池量产应用“道阻且长”，但作为下一代电池的攻关方向之一，中国产业链应当予以重视，这也是顶层设计的题中之义。

　　根据《中国制造2025》的相关要求，到2025年、2030年，我国动力电池单体能量密度需分别达到400Wh/kg、500Wh/kg，这显然已经超出了液态电池的“能力范围”。

　　中科院院士、中国电动汽车百人会副理事长欧阳明高认为，要想实现2030年500Wh/kg的能量密度目标，固体电解质层面的突破是不得不走的必由之路。同时，《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》明确要求“加快固态动力电池技术研发及产业化”。

　　此外，从国家产业竞争角度讲，我国应当警惕日韩欧美试图依靠固态电池在动力电池赛道上“超车”。

　　当前，中国在传统液态锂电池方面的竞争优势明显，以宁德时代和比亚迪为首的动力电池厂商居于全球龙头地位，全球动力电池装机量排名前十的企业中，有六家来自中国。

　　在当前锂电池技术竞争条件下，欧美日韩意识到已经很难超越中国，于是寄希望于下一代电池，从而实现在车用动力电池领域“换道超车”。其中，日本尤其“野心勃勃”。

　　丰田自上世纪90年代起就推进固态电池的研究，从电池自身的结构到材料、制造工序拥有广泛领域的专利。新能源汽车形势愈演愈烈之际，日本自2017年更是起举全国之力研发下一代电池，固态电池是其中主攻方向之一。

　　据日经中文网报道，从自2000年至2022年3月底公开的固态电池专利数来看，丰田以1331件居首位，是第二名的3倍，而且日本企业垄断了前3名，排名前十的企业中有六家来自日本。

　　欧阳明高指出，在固态电池领域，日本超前我们5年，“现在的全固态电池，如果从国家角度来讲，肯定是日本最重视，做的最好、规模最大。日本有很大的国家计划，分工也很细，我们现在研发全固态电池还属于各自为政阶段，没有一个完整的国家计划来推动。”

　　2021年1月，中国工程院院士陈立泉在中国电动汽车百人会论坛上，旗帜鲜明地指出：固态电池“大干快上”。

　　中国电动汽车百人会副理事长董扬也认为，以固态动力电池为代表的新一代动力电池，是未来的重要竞争领域，“我们需要吃着碗里看着锅里，给予足够的重视”。

　　当然，日本在研发和专利方面的优势，不必然意味着日本在固态电池领域的胜势。

　　一方面，我国目前固态动力电池研究并不落后。董扬指出，在世界科学期刊发表文章数已居世界第一;另一方面，日本虽然在研发方面处于强势地位，但考虑到中国具有全球最大的新能源汽车市场，中国有望未来在固态电池的产业化方面实现反超。