多家车企发布量产计划 固态电池迎破冰之旅

固态电池领域出现了实质性进展。继在广州车展上宣布将于2026年实现搭载全固态电池的汽车全面量产并首发昊铂后，11月21日，广汽埃安宣布，已经取得了全固态电池重要的技术突破；同样是在广州车展上，长安汽车提出，计划到2030年，将推出液态、半固态、固态等8款自研电芯，形成不低于150GWh的电池产能；作为最先开展固态电池研发的企业，丰田则将全固态电池的推测量产时间从此前的2027年推迟到了2030年以后。
　　虽然业界目前普遍认为，全固态电池的量产时间或在2030年左右，但中国化学与物理电源行业协会秘书长刘彦龙在接受本报采访时直言，当下，距真正意义上的全固态电池量产还有一定的距离，尤其是“上车”之后，在同样的成本体系下，性能、安全性、能量密度是否有明显的提升，是否具备性价比优势等问题，还要经过市场的检验。
　　车企陆续公布装车进展
　　掀起最近这一波固态电池热潮的是整车企业。
　　近日，广汽集团总经理冯兴亚表示，广汽集团已将固态电池、无钴电池、低钴电池、钠离子电池等列入关键技术攻关。其中，固态电池已经取得突破性进展，在电芯能量密度达到400wh/kg时，能够满足电池在极端环境下的安全性与可靠性要求，计划在2026年实现装车搭载。
　　广汽埃安近期公布的固态电池界面改性技术试验验证结果表明，该技术将使固态电池的寿命衰减降低50％，150周循环后，电池容量能够保持在90％以上。广汽埃安实验室通过固态电解质成分特殊设计，在负极表面诱导形成界面缓冲层，可有效降低界面阻抗，同时提升界面稳定性。
　　广汽埃安还表示，实验室还在加速开发新型固态电解质、固固界面改性等相关技术，以进一步优化固态电池的综合性能。除了在汽车产业的应用外，固态电池的性能和重量的跨越性提升也将为无人机产业、机器人产业、机械外骨骼、医疗科技等对电池有高度轻量化要求的领域带来重大突破。
　　而按照长安汽车在广州车展上公布的电池系统技术领域规划，长安汽车将深耕半固态、固态电池，推进全新电解质材料开发、关键工艺开发，计划不晚于2027年推动重量能量密度达到350～500Wh/kg、体积能量密度750～1000Wh/L，并逐步量产应用，2030年实现全面普及，彻底解决用户里程焦虑。
　　相较之下，跑在最前面的丰田也发布了下一代电池技术路线，据悉，丰田首先将从2026年开始引入高性能锂离子电池，将使得车辆行驶里程提高到800公里以上。成本比当前车型降低20％。快速充电时间（电量从10％～80％）为20分钟或更短。据称，丰田研发的采用固态电解质的全固态电池具备更快的充电速度和更小体积。快充时间为10分钟或更短，丰田已在开发更高规格的全固态电池，目标是与高性能锂离子电池相比，续驶里程提高50％。
　　丰田汽车社长佐藤恒治提出，计划在2027财年开始运营一座大型固体电解质试点工厂，年产能将达到数百吨，并逐步推向市场。2030年之后，公司的全固态电池将达到大规模生产阶段，以提供给数万辆汽车。
　　10月，日产汽车研究部门副总裁土井和弘在东京车展现场介绍了全固态电池的电池技术，该技术可以让电动汽车的电池具有“几乎是现有电池两倍的能量密度”，并将充电时间缩短到传统电池的三分之一，还可以在室温到100℃的范围内正常工作，不需要专门的冷却系统。根据规划，日产第一座试验性生产工厂仍然计划于明年开始运营，而首款采用固态电池技术的量产车型预计于2028年推出。
　　中日美韩展开竞赛
　　一直以来，由于具有超高能量密度、耐高温抗穿刺的超高安全性以及宽温域工作窗口等众多优点，固态电池都被称为是最具潜力的“下一代动力电池”，有望成为动力电池终极解决方案。因此，中日韩美都在这一领域开展“军备竞赛”。
　　三星SDI副总裁Michael Son近日指出：“全固态电池在材料和工艺方法上与传统电池不同，这为电池制造商带来了许多挑战。”他透露，公司计划在2027年前开始大规模生产全固态电池，并已经与多家汽车制造商就生产问题进行了讨论。SK集团的SK On也在进行突破性的全固态电池研究，该公司正开发两种类型的全固态电池，其高能量密度和更快的充电时间将极大地提高电动汽车的续驶能力。
　　美国也不甘落后，美国全固态电池企业Solid Power于11月15日表示，公司已生产出首批固态电池A样品，并将其交付给宝马汽车，后者计划于2025年前推出基于Solid Power技术的第一辆原型车。再加上Quantum Scape及时更新了其固态电池测试数据；Factorial Energy宣布其在波士顿郊区的采用聚合物电解质的固态电池制造工厂正式运营，一时间，硝烟四起，蔓延全球。
　　“固态电池的竞争呈现出全球角力的态势，日韩、欧美、中国等均在积极布局以期望抢占先机。”业内人士提出，尽管当前我国动力电池产业处于全球领先地位，但在全固态领域等迭代技术上与日韩企业还存在差距。例如全固态电池的专利数量对比中，丰田就以1300余件位列全球第一，前十名也都是日韩企业。中国企业仍然“雄心勃勃”，仅辉能科技、卫蓝新能源、赣锋锂业、清陶能源、太蓝新能源等5家企业，固态电池产能的规划就总共达到了256.2GWh。
　　“我们要‘吃着碗里看着锅里’，给予固态电池足够的重视。”中国电动汽车百人会副理事长董扬认为，日本在研发和专利方面的优势，不一定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，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，但中国有全球最大的新能源汽车市场，未来在固态电池的产业化方面有望实现反超。
　　最大挑战是成本
　　与传统电池相比，全固态电池优势明显。首先，全固态电池更小、更轻。其次，全固态电池能够提供比传统锂离子电池高2.5倍的能量密度，可使设备长时间工作而不用频繁充电。
　　此外，全固态电池充电时间更短，充电速度比目前的电池快4至6倍，且续驶里程更长——充电不到10分钟便可驱动汽车持续行驶1200公里，续驶里程是现有电动汽车的2.4倍。最让人“心动”的是，由于采用不含任何易燃成分的固体电解质，全固态电池完全没有起火风险，因此更加安全，寿命也更长。全固态电池还具有出色的热稳定性，能够承受较低或较高的温度，在低温环境中储电能力强，使其在寒冷的冬日或长途旅行中独具优势。
　　但遗憾的是，全固态电池技术还处于研发阶段，目前面临的问题包括成本高、技术成熟度低、产能不足等，尤其是丰田早在2011年就宣布将在2015～2020年期间推出固态电池，可到今天还没有看到量产固态电池搭载在汽车上。
　　“汽车行业对动力电池一致性、安全性、稳定性、成本控制等各方面要求都很高，任何一项新技术导入到车辆上，需要极其严谨的验证过程。”清陶能源总经理李峥此前曾表示，本质上说，固态电池一定是向着更高安全性和更高能量密度发展，因此更要考虑包括能量密度是否有优势、安全装车的可行性、产品有没有竞争力、成本经济性可不可控等方面的问题。只有具备这些条件，固态电池才会有竞争优势。
　　“最大的挑战在于成本。”研究机构报告指出，由于电解质材料变化、少部分工艺改变、量产质量控制经验不足等因素，导致目前混合固液电池成本仍较高。根据产业调研和测算，以NCM811液态电芯和NCM811混合固液电芯为例，混合固液电芯成本相比液态电芯成本增加约80％，其中固态电解质成本是主要新增成本，也是混合固液电池中的主要成本中心，占比约达50％；少部分工艺改动、量产质量控制经验不足、尚未进入大规模量产等因素也导致混合固液电池成本增高。而全固态电池成本相比混合固液电池会进一步增加，一方面，由于固态电解质用量的增加，另一方面，由于全固态电池工艺与液态电池相比变化较大，新增设备折旧摊销、产品质量控制能力缺乏、工程验证周期长等因素也会加大成本。
　　2025～2030年是窗口期
　　中国工程院外籍院士孙学良表示，未来10年，将是全固态电池研发的关键机遇期，全固态电池规模化量产和应用，窗口期在2025～2030年间。
　　事实上，这也是业内的普遍看法。中国科学院院士欧阳明高在第八届动力电池应用国际峰会上也表达了相同的观点：“自2000年起，锂离子电池开始在动力方面应用，预计到2030年将会有一次全方位的技术革新。”欧阳明高认为，2000年开始的第一个10年，主要是解决锂离子电池动力化的安全问题，现在还在继续解决；2010年起的第二个10年，随着动力电池产业规模不断增大，提质增效需求推动了动力电池全产业链的技术革新、数字化转型；而第三个10年，电池超高比能量的需求催生新材料的换代，也就是以固态电解质研发为核心的全固态电池技术。
　　“动力电池的最终目标，是要做到本质安全，这要通过全固态电池的开发来实现。”欧阳明高表示，“目前安全电池已经做到了产业化，为动力电池和储能电池提供了新方法。我们正在开发下一代智能电池，将安全技术、智能技术全部结合起来，预计在2025年左右产业化。全固态电池也在研发之中，预计在2027～2030年间可以规模产业化。”他强调，全固态电池产业化后，也需要30年才能被替代。
　　华创证券研报称，国内半固态电池已率先产业化，并装车量产加速验证，但全固态电池的大规模装车仍需时日。相较之下，电子消费领域已经有所突破。例如聚合物固态电池，又被成为锂聚合物电池，从2007年的第一代iPhone开始，苹果发布的iPhone、iPad就被广泛使用，大疆多款无人机也搭载了锂聚合物电池；而氧化物、硫化物体系则有望在近期取得突破，2023年3月，小米发布了预研的固态电池技术，采用的是正极涂覆氧化物电解质，适配锂金属负极。2023年5月，韩媒报道称，三星SDI在加大动力电池研发的同时，也计划将开发的硫化物固态电池应用在智能手机等移动设备上。
　　还有其他选项吗
　　当然，也并非所有的人都对固态电池抱持看好的态度。例如在中国科学院电工研究所储能技术研究组组长陈永翀看来，按照目前的产业应用情况，液态电解质应用于新能源汽车的安全性问题实际已经基本解决了（70分），当然我们希望安全水平能够提升到85分至95分之间的水平，但这可以通过其他技术进步方式解决，而不一定要通过固态电解质解决。韩国咨询机构SNE research也表示，到2030年，液态锂离子电池在动力电池的市场仍将占据绝对优势，即使全固态电池成功批量生产，由于成本问题很难解决，市场渗透率也会非常低，达到4％左右。
　　宁德时代首席科学家吴凯更是直言：“全固态电池目前还有些核心问题亟待解决。如果丰田说现在能量产全固态电池，我表示怀疑。目前全行业谁都不具备量产全固态电池的能力。至于到2027年能否量产，作为技术人员，我也很难说得准确。”对于丰田提出的成本减半目标，吴凯认为，电池成本减半其实很难做到，即使固态电池完全不需要电解液和隔膜，成本也降不了一半。
　　行业专家直言，全固态电池的优点之一是超长的续驶里程，但近年来由于电池技术日新月异，目前市场上在售的纯电动汽车续驶里程在500公里左右的比比皆是，甚至部分车型向着1000公里续驶里程迈进，例如极氪推出了极氪001千里续航版，奔驰纯电EQS在CLTC工况下的续驶里程也超过800公里，更不用说插电式混合动力汽车和增程式电动汽车也在同时“抢占”市场。另一方面，电池技术还在飞速发展中，例如宁德时代的麒麟电池、神行超充电池等都可能对全固态电池构成竞争压力，特别是宁德时代近期公布的凝聚态电池，其车规级应用版本有望在今年年内具备量产能力。
　　据宁德时代介绍，凝聚态电池不是半固态电池，更不是过渡产品。主要优点之一是高能量密度，其单体能量密度高达500Wh/kg，相当于松下2170圆柱电池的近两倍，刀片电池的近3倍；优点之二就是安全，相比液态电解质，凝聚态电解质不易燃、零挥发，显著提升了电池的热稳定性，做到了高比能的情况下还具备高安全性。另外，该产品还具备优秀的充放电性能。
　　此外值得一提的是，进入2023年，钠离子电池产业化明显提速，由于成本优势、性能优势、储量丰富，钠离子电池近年来不断“走红”。据不完全统计，目前中科海钠、华阳股份、鹏辉能源、多氟多、孚能科技、欣旺达、美联新材已公开宣称最快将在2023年以后形成钠离子电池量产能力。
　　或许正如通用汽车发言人Phil Lienert所说，最终，可能永远不会有一种电池技术适用于所有电动汽车，电池的类型将与车辆和特定的销售市场相匹配。Phil Lienert认为：“当你拥有像我们这样庞大而多样化的客户阵容时，你需要在相同的基础工程中拥有多种可以共存的解决方案。”