固态电池技术再迎新进展，液态、固态谁将是未来主角？

2024年1月21日，“中国全固态电池产学研协同创新平台”（CASIP）在北京举行揭牌仪式。工信部装备工业一司副司长郭守刚表示，以全固态电池为代表的新一代动力电池成为全球动力电池产业未来发展的重要方向，急需产学研各方、上下游企业通力合作，以创新联合体、创新联盟等形式研究突破。

近年来，我国在新产业新赛道领域的竞争优势不断彰显，特别是以电动汽车、锂电池、太阳能电池为代表的绿色低碳产业加快发展。2023年底，国家知识产权局局长申长雨在国新办举行的国务院政策例行吹风会上表示：“在锂电池，特别是固态电池领域，中国是全球主要的技术来源国之一，截至今年5月，全球固态电池关键技术专利申请量为20798项，其中中国有7640项，占比达36.7%。近5年，我国固态电池全球专利申请量年均增长20.8%，增速位列全球第一。”

固态电池研究迎来新进展

固态电池可分为半固态、准固态、全固态三种类型，区别在于含有的液体电解质质量，其中半固态液体电解质质量百分比<10%，准固态液体电解质质量百分比<5%，全固态不含有任何液体电解质，其电解质材料为固态。

固态电池具有高能量密度、高安全性、体积小、适用温度范围广等优点，被视为突破电动汽车性能限制的终极解决方案。目前市场主流的磷酸铁锂电池和三元锂电池均为液态电池，其核心电池材料之一是液态电解液，液态电池的安全性一直是大众关注的焦点，而固态电池由于固态电解质不含易燃、易爆、易挥发的成分，可消除电池漏液、锂枝晶生成等风险，安全性较高。

高能量密度是固态电池另一大优势，公开数据显示，液态电池能量密度上限或在300Wh/kg左右，而据信达证券分析，固态电池由于可以匹配高能正极和金属锂负极，从而大幅提升理论能量密度，此外，固态电池可简化封装、冷却系统，在有限空间进一步缩减电池重量，体积能量密度较液态锂电池石墨负极提升70%以上。

不过，固态电池也有其技术难点。固态电池由于采用固态电解质导致离子电导率低，使电池充放电速度较慢和容量衰减较快。此外，固态电池存在电解质内部界面、电极与电解质之间界面等界面问题，影响其循环性能和倍率性能，国投证券研报指出，固态电解质与电极之间的固-固界面，物理接触下容易产生裂缝和气孔，限制界面处锂离子传输，化学接触下，界面处的（电）化学副反应导致界面稳定性下降，增大界面阻抗。

今年以来，针对固态电池的技术难点，相关研究迎来了新进展。1月3日，大众集团旗下电池子公司PowerCo宣布，公司使用QuantumScape的固态电池产品在实验室进行长达数月、1000多次充电循环测试，电池容量保持率高达95%以上。同时测试数据显示，配备QuantumScape电池的电动汽车，在电池的全生命周期内，可以行驶超过50万公里，并且几乎不会有任何续航能力衰退。

PowerCo首席执行官针对此次测试结果表示，“这些测试结果令人振奋，有力地证明了固态电池的潜力。最终，这项技术可能带来续航里程长、充电超快、几乎不会衰减的电池。我们对固态电池充满信心，并将与合作伙伴全力推进量产。”

此外，哈佛大学的研究人员也开发了一种使用锂金属阳极制造固态电池的新方法，该电池在6000次循环后仍保留80%的容量，优于当今市场上的其他软包电池。研究团队表示，由于电镀和剥离过程可以在平坦的表面上快速发生，这种电池可以在约10分钟内完成充电。

半固态电池是过渡

目前，在全球范围内，固态电池主要以全固态为主导，核心材料之一的固态电解质主要分为聚合物、氧化物和硫化物三大类，其中硫化物电解质占据主导地位，硫化物固态电解质电导率最高，开发潜力大，但存在对湿度极其敏感等难题。而我国固态电池技术现阶段是以固液混合电解质为主，硫化物全固态电解质在国内并不是主导技术路线。

2023年底，蔚来CEO李斌直播实测即将推出的150kWh半固态电池包续航里程，最终续航测试行驶1044公里，行驶总时间12.4小时。据悉，该半固态电池可实现360Wh/kg超高能量密度。国盛证券研报指出，2023年11月，卫蓝新能源半固态电池实现装机0.41GWh，意味着国内半固态电池装车规模首次突破400MWh，半固态电池逐步进入量产状态。当前，半固态电池的产业化正在加速，2024年或成为半固态电池的装车元年。

国泰君安表示，固态电池技术难度大，目前主流厂商以半固态、准固态形式介入固态电池领域，提升电池能量密度，同时对固态电池进行技术储备。固态电池的普及将先从半固态开始，循序渐进。后续待技术稳定工艺确定后成本下降，半固态电池慢慢起量，然后逐步迭代到纯固态电池，迭代速度逐渐加速。

杭州智谷数字能源科技有限公司董事长郑开臣向银柿财经表示，从液态电池到半固态电池再到固态电池，类似新能源汽车从燃油到增程，再到纯电，半固态电池相当于一个过渡。

中信证券研报也指出，按照技术迭代的难易程度，预计从液态锂离子电池到固态锂电池的技术迭代路径将大致遵循“固态电解质→新型负极→新型正极”的顺序。半固态电池与现有锂离子电池供应链重合度很高，是当下锂电池技术迭代升级进程中的过渡路线。根据厂商已公告的规划，半固态锂电池将更早实现产业化，有望于2024年开始大面积上车。

中国科学院院士、清华大学教授欧阳明高在“中国全固态电池产学研协同创新平台”成立大会上表示，从全行业看，既要发展渐近性的半固态技术路线，也要考虑激进型全固态技术路线带来的颠覆性变革的可能。他分享了当下的一个业界共识，“全固态电池是下一代电池的首选方案之一，被列入中国、美国、欧盟、日韩等主要国家的发展战略，也成为下一代电池技术竞争的关键制高点。”

降本是产业化的关键

“固态电池目前难以商业化的原因是成本太高，经济性不好，核心还是经过不断的技术迭代，把固态电池的成本降下来，提高经济性。”郑开臣表示，固态电池的电解质从液态变成固态，材料成本提高；其次要为固态电池打造新的制备工艺，从设备的投入上看又提高了成本；再者现在固态电池只是实验阶段，技术还不成熟，没有规模化，没有装车量，成本一定要靠规模化才能降下来。

中信证券研报指出，“降本是固态电池产业化的关键，我们测算当前氧化物半固态电池、硫化物半固态电池总成本分别约为0.76元/Wh、0.86元/Wh，显著高于液态锂离子电池，未来需要通过研发投入和规模效应来实现持续降本。”

当前，海内外车企和电池企业都在积极布局固态电池，但不少都处于研发、试产阶段，距离量产还需一段时间。国内方面，广汽埃安预计2026年将实现全固态电池量产搭载，其中昊铂将率先采用；长安汽车表示，公司深耕半固态、固态电池的全新电解质材料开发、关键工艺开发，基于整车需求，正向开发领先的固态电池，从2025年开始逐步量产应用，2030年全面普及应用。

海外方面，据国投证券研报，SolidPower已生产出首批固态电池A-1样品并交付给了宝马汽车，按规划预计第一辆采用全固态电池技术的BMW原型车将在2025年前问世；FactorialEnergy据称已成功运用锂金属阳极的100Ah电芯已向Stellantis送样。

鉴于固态电池的成本问题，中信证券认为，固态电池将从高端应用领域开始逐步渗透，2023年~2024年有望率先应用于自动导向车、军工航天、医疗、部分高端新能源车型等价格敏感度较低、安全性能要求较高的领域，2025年之后开始应用于核心领域储能、无人机、消费电子等领域，2027年后随着成本下降开始大规模应用于新能车、储能等领域。郑开臣也表示，固态电池预计首先会出现在一些高端车型上，但是价格会比较高。

“固态电池技术具有较高理论能量密度和高安全性，是最具前景的下一代电池技术。中长期来看，日、韩、欧、美等国，都在加速固态电池的研发布局。我国是否能够顺利闯过固态电池技术和量产关口，是确保实现汽车强国、保持全球领先地位的关键一战。客观认识全固态电池的特征，有针对性地加大研发投入是非常必要的。”中国电动汽车百人会理事长陈清泰在中国全固态电池产学研协同创新平台成立大会上表示。