電動車的核心技術是“三電”，而“三電”又以電池技術領銜。眾多車企都在主攻克電動車的“心臟”難題，固態電池被認為代表未來，但也是最難攻克的技術之一。在這座技術“珠穆朗瑪峰”上，誰將率先到達，讓全固態電池走出實驗室而量產上車，誰將有機會在電動車下半場拿到難得的入場卷。
本文出品|禾顏閱車工作室
撰文|李溯婉
編輯|禾 子
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從液態鋰離子電池到全固態電池，這座技術高峰要攀登多久？
國內外眾多選手正在鍥而不舍地闖關中。最近，自主品牌頻頻傳來有關“固態電池”的重磅信息。其中，上汽集團旗下的智己于4月8日發布消息稱，智己L6將搭載超長續航公里固態電池，續航里程將突破1000公里。緊接著在4月12日，廣汽集團宣布在全固態動力電池上實現關鍵技術突破。不過，這些并非在當下已攀越“珠峰”。前者所聲稱的“固態電池”實乃半固態電池，而后者則在2026年才實現裝車搭載。
相較液態鋰離子電池，全固態電池能解決電動車自然起火和低溫掉電等核心痛點，但目前尚有諸多難題待解，無法一蹴而就。
△廣汽全固態電池預計于2026年裝車搭載于昊鉑車型
開發難度堪比“珠峰”
動力電池技術的發展是全球汽車產業電動化轉型的技術高地，而全固態電池是公認的下一代電池，成為下一代電池技術競爭的關鍵制高點。
在中科院院士歐陽明高看來，全固態電池具有技術顛覆的潛力。首先是高安全性，硫化物固態電解質的熱穩定性可以保持到300°C，液態電解質是100°C就要蒸發；其次是高能量密度，全固態電池能夠從單體和模組兩個方面都可以提升能量密度；再次是高功率特性，現在液態鋰離子電池的離子傳導是運載模式，通俗地講即是離子在液態電解質中移動需要“坐船”，但是鋰離子在固態電解質中是跳躍模式，導致充電速度可以大幅度提高；其后是溫度適應性，現有的液態鋰離子電池在低溫環境下續航里程不理想，而全固態電池的電解質在-30°C和100°C的范圍內都不會凝固，不會氣化，所以不需要很復雜的熱管理，也不會在冬天容量大幅下降；最后是材料的選擇范圍更廣，因為固態電池的電化學窗口寬。
△歐陽明高認為全固態電池具有技術顛覆的潛力
全球關于固態電解質的基礎研究始于上世紀70年代。近十年來，以硫化物固態電解質為代表的新型固態電解質發展迅猛，其離子電導率趕上甚至超過液態電解質。標志性事件是2011年東京工業大學的Kanno教授發明硫化物固態電解質。2016年，Kanno將離子電導率提升至25mS/cm，2023年最高達到32mS/cm。而在2012年，日本豐田試制了全固態電池，隨后不斷有企業加入并引發了這一輪全固態電池的全球競爭。
不過，縱然全固態電池有萬般好，全球至今尚未有車企能實現全固態電池量產上車，被業內人士開玩笑地將其稱為“期貨”而并非“現貨”。全固態電池技術開發難點究竟在哪里？歐陽明高坦言，目前全固態電池產業面臨的挑戰是巨大的，具有跨學科的特性、技術門檻極高，包括材料界面、工藝、產業鏈、設備等。例如在材料層面，硫化物電解質化學穩定性、空氣穩定性很差，批量生產很難，基礎硫化鋰很貴，需要壓低價格。此外，硅碳負極體積膨脹大，而鋰金屬負極現在還不成熟。
△廣汽埃安電池研發部負責人李進講解全固態動力電池技術
廣汽埃安電池研發部負責人李進稱，全固態電池的開發難度堪比攀登“珠峰”，需要在材料、設計、制造、集成等方面進行突破。
目前，廣汽集團初步打通了全固態電池全流程制造工藝，已取得車規級高安全大容量全固態動力電池量產的關鍵技術突破。廣汽全固態動力電池采用了第三代海綿硅負極片技術（新型納米硅復合負極）與高面容量固態正極技術，通過三大創新設計有效抑制硅碳負極體積膨脹，并通過正極材料、極片設計以及制造工藝三種技術協同，讓全固態正極可達到5mAh/cm2以上的高面容量，進而實現了400Wh/kg以上的能量密度。相較于目前最先進的液態鋰離子電池，廣汽全固態電池的亮點之一就是其體積能量密度和質量能量密度提升50%以上，使整車續航里程可超過1000km。
為了提升安全性，廣汽全固態動力電池采用了高強致密復合電解質膜技術，使電池在200°C熱箱測試中不發生爆炸。此外，該電池在針刺、熱水浸泡等極端條件下測試均保持性能穩定，在穿釘、裁切等機械濫用條件下不發生熱失控。在電芯容量方面，廣汽全固態動力電池通過嘗試百余種材料方案和工藝方案，確立了全固態動力電池的全流程制造工藝，實現了大尺寸多層堆疊全固態電芯的制造，其容量高達30Ah，遠超當前行業最高水平（10Ah-15Ah），為車規級全固態動力電池的應用奠定了基礎。按計劃，廣汽全固態動力電池在今年年底開始裝車測試，2026年爭取量產裝車搭載于廣汽埃安旗下的昊鉑車型。
△廣汽全固態動力電池的技術進展
無獨有偶，中國科學院青島生物能源與過程研究所近日也宣布在硫化物電解質研究取得新進展，解決了硫化物全固態電池疊層工藝的行業痛點及瓶頸問題，打通了硫化物全固態電池的大型車載電池制作工藝的最后一道難關，在硫化物軟包電池疊片技術上取得關鍵性突破，正在進行20Ah硫化物全固態電池成型生產線落地籌備工作，并與上下游產業方合作，加速技術的研發和驗證過程，力爭2026年率先實現硫化物全固態電池批量化生產。
誰將率先攀登峰頂？
固態電池正逐漸站上風口，未來可期，已被中國、美國、歐盟以及日韓等汽車大國列入發展戰略中。全球眾多高手皆在發力全固態動力電池，搶占下一代動力電池技術競爭的關鍵制高點。
近年來，全球全固態電池技術的競爭日趨激烈，2024年甚至被稱為“固態電池的元年”，雖然這一提法存在爭議，目前全球尚未有任何一家車企或研究機構敢宣稱在今年實現全固態電池量產上車，但這項難度極高的技術無疑正進入突破的關鍵節點，即將迎來決戰時刻。
△全固態電池是公認的下一代電池
誰將第一個登頂？從全球固態電池產業布局來看，中國的企業數量最多，廣汽、上汽、比亞迪、長安等主流車企皆在固態電池領域緊鑼密鼓地攻堅克難。有消息稱，作為全球新能源汽車銷冠的比亞迪，計劃在2025年試裝全固態鋰電池，2026年將發布搭載全固態鋰電池的新純電平臺和車型。此外，動力電池制造商寧德時代與多家新能源材料企業也都在推進固態電池的研發。而日本闖入固態電池領域的企業數量不及中國，但是其布局更早，而且實力很強。例如，在全固態電池專利技術方面，目前國內外專利的布局差距較大，豐田汽車有全固態電池專利1300多項，在全球處于領先的位置。而根據 “智慧芽全球專利數據庫”數據，截至2023年10月，中國國內公司有關全固態電池的專利，不足一百項。
△全球眾多企業正在全固態電池上加強研發投入
為了扳回在純電動車市場相對被動的局面，日系三巨頭皆在加大力度攻克固態電池的難題，尤其是坐在全球汽車銷冠寶座上的豐田，之前往往對前沿技術掖著藏著，不到最后瓜熟蒂落時就不會輕易顯露，但當下形勢有變。豐田汽車與出光興產在去年10月宣布，兩家公司共同研發的全固態電池的量產技術獲得標志性的突破。豐田汽車社長佐藤恒治當時在記者招待會上振奮地說，接下來就是制造階段了，現在重要的是實現能力，兩家公司攜手合作，一定能夠讓實現能力的效果翻上幾倍。豐田早在2013年已與出光興產聯手，經過10年的反復試驗、技術相融合，最終研發出柔軟、密合性高、不易破裂的固態電解質材料。
被認為在固態電池領域起步最早、研發最深的豐田，計劃在2025年前，其全固態電池將實現小規模量產，首先搭載在混動車型上；到2030年前，豐田的全固態電池要實現持續、穩定生產，到2030年將全面進入量產階段。
日系三巨頭中的本田和日產，也在固態電池技術領域快馬加鞭。本田目前正在開發全固態電池建設示范生產線，其計劃投資約430億日元，將于2024年啟動，并應用于2025年以后推出的車型中，在本世紀20年代后半期，將加快新一代電池的自主研發。日產也計劃在2024年于橫濱建設固態電池試點工廠，并將于2028年推出搭載全固態電池的電動車型。
△車企計劃的固態電池上車時間集中在2025-2030年
在全球動力電池領域占有一席之地的韓國，也在爭奪全固態電池技術的話語權。LG新能源、SK On、三星SDI這三家電池商在全固態電池技術方面也取得了實質性的進展，而韓國車企巨頭現代也不敢在固態電池領域怠慢，計劃2025年開始試生產配備固態電池的電動車，并在2030年實現批量生產。此外，歐美的車企也普遍選擇投資或與固態電池技術初創公司合作，例如寶馬與Solid Power合作，大眾與Quantum Scape合作，基本產業化時間都是在2025-2030年。
根據全球資訊機構SNE research去年發布的報告，到2030年，全球液態鋰離子電池供應量將從2023年的687GWh增加到2943GWh，增加4.3倍，占電池市場的95%以上，全固態電池的供應量則會從2025年開始的0.2GWh，增加到131GWh，市場滲透率將達到4%左右。
歐陽明高認為，作為新技術的全固態電池的市占率達到1%就已經具有突破性意義，而全固態電池要想替代液態鋰離子電池50%市場份額，至少需要二十到三十年。在他看來，人工智能正在改變材料的研發范式，將大幅度加速全固態電池的研發速度，會對2030左右實現全固態電池產業化突破增加了確定性。
點評
動力電池的技術比拼是真槍實彈，并非是一場文字游戲或一個商業噱頭。比起新能源汽車的價格戰，技術戰的威力無疑更大。萬眾期待的全固態電池將何時產業化？未來幾年將是群雄逐鹿的關鍵時間段，誰最先攻克種種難題而攀越全固態電池技術的“珠峰”，則將大幅提升自己在電動車時代的核心競爭力，正是深諳這一玄機，眾多企業不畏難而上，爭奪全固態電池量產上車的先機。
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