固态电池量产化之路“道阻长”

据《金融时报》报道，丰田顶级电池专家Keiji在固态电池技术取得突破后 Kaita 7月4日表示，简化电池材料的生产过程将降低下一代技术的成本。

“对于我们的液态和固态电池，我们的目标是彻底改变电池太大、太重、太贵的现状。” Keiji “就潜力而言，我们的目标是减半所有这些因素。”

与目前的电池技术相比，尺寸减半，重量减半，成本降低，续航里程1200公里不到10分钟，技术简直爆裂！

消息一出，就引起了很多热议，但《电势》记者认为，没有必要长大别人的野心，摧毁自己的威望。纵观整个行业的发展和量产，现在是你追我赶的局面。谁将引领技术制高点还不得而知。

一、固态电池的地位和优势

如今，新能源汽车的发展正在全面展开。电池是新能源汽车的核心组成部分。电池技术的瓶颈突破是电池技术进化升级的关键环节。

目前主流动力电池是锂离子电池，由于液体电解质易燃易挥发，锂离子移动时可能会产生锂离子晶体。一旦锂离子晶体受到冲击或短路，很容易失控爆炸。

频繁报道的各种新能源汽车燃烧事件，让人们不得不思考：电动汽车的发展，电池问题需要解决。目前液体电池的缺点使固态电池的发展处于重要地位。

固态电池是一种新型的锂电池技术。根据电解质分类，锂电池可分为液体、半固态、准固态和全固态。其中，半固态、准固态和全固态统称为固态电池。

目前，大多数固态电池都是指固态锂电池。传统的锂电池是由正极、隔膜、负极和电解质制成的。固态锂电池没有气体和液体，材料以固态形式存在，用固态电解质代替隔膜和电解质。

就性能而言，固态电池的参数优势可以完美地解决当前电池技术的瓶颈：

一是安全性高(采用不可燃固体电解质)；

二是能量密度较高(传统电池中常用嵌锂石墨作为负极，固态电池后可以用金属锂作为负极。这样，负极材料的消耗就减少了，从而大大提高了电池的能量密度。

根据东方财富发布的研究报告，市场上使用的磷酸铁锂电池单体能量密度约为120-140Wh，三元电池单体能量密度约为130-220Wh，而固态电池可提供的能量密度约为300-400Wh，远远超过传统电池)；

三是离子电导率高，充电速度快。

第四，体积较小（固态电解质不仅比传统电池中的隔膜和电解质要小，而且大大降低了正负极之间的距离，因此更小）；

第五，循环寿命长(固态电解质为单离子导体，副作用少，循环寿命长。

固态电池的行业地位不容低估。中国科学院院士、清华大学教授欧阳明高说：“现在世界上有无数人投资于全固态电池技术的创新运动。随着ChatGPT技术的出现，它提高了探索新材料的效率，缩短了开发周期。通过全球努力，全固态电池可以取得成功。”

二、固态电池量产化之路“道阻长”

虽然固态电池有这么多优点，但真正的大规模生产还需要时间。一是技术难点，二是成本问题。

首先，固态电池研发技术的难点和核心——固态电解质

根据电解质的不同，固态锂电池的研发路线主流有三种：聚合物、氧化物和硫化物电解质。目前，氧化物系统步伐最快，其次是硫化物系统，高能聚合物系统仍处于实验室研究阶段。

目前丰田采用的技术路线是硫化物电解质。

硫化物电解质具有电导率高、接近电解质、界面稳定等优点。其能量密度可超过三元锂电池的3倍，电导率是三种电解质中最高的，具有强度、加工性能和界面相容性。

然而，硫化物的缺点也挑战了研发：首先，空气稳定性差，对水敏感，暴露在空气中，容易与空气中的水和氧反应产生硫化氢有毒气体；其次，随着电解质结构的破坏和电化学性能的衰减，硫化物电解质的合成、储存、运输和后处理过程需要严重依赖惰性气体或干燥室。这导致了极其复杂的制备过程。

其次，成本高——企业难以跨越的障碍

固体电解质难以稀释，需要昂贵的稀有金属原料。硫化物电解质含有锗。硫化物电解质的成本非常昂贵。根据相关数据，硫化物电解质的最高成本可达120万元/吨，一般电解质为32.82万元/吨。

目前，半固态电池的成本远高于目前正在商业化的液态电池。根据相关数据，以NCM811液体电池和NCM811半固态电池为例，半固态电池的成本比液体电池增加约80%。其中，固态电解质成本是主要的新成本，也是半固态电池的主要成本，约占50%。

在全固态电池的研发中，电解质材料、生产工艺、产品质量控制等都可能发生变化，这些因素会导致全固态电池的成本高于半固态电池。

因此，全固态电池目前处于实验室研究状态，大规模生产和商业化还有很长的路要走。

三、各国积极布局，争相占领技术制高点

虽然固态电池的大规模生产通道阻力较长，但在汽车电气化的发展过程中，电池企业、汽车企业和科研机构都关注固态电池的新出路。华泰证券研究报告称，预计2030年全球固态电池市场空间将超过3000亿元。

固态电池的研发主要集中在中国、日本、韩国、美国和欧洲五个国家和地区。日本和韩国专注于硫化物系统，欧洲主要是聚合物路线；中国四大固态电池公司（北京卫兰、江苏青陶、宁波锋锂、台湾辉能）主要是基于氧化物材料的固液混合技术路线。

我国自2020 自今年以来，固态电池首次被列为行业的关键发展对象，并提出加快研发和产业化进程。今年，进一步提出加强固态电池标准体系的研究。

在政策的大力支持下，我国也取得了不可阻挡的研发成功，不断推进固态电池产业化进程。

BYD于2016年确定固态电池为未来发展方向，2021年公开硫添加剂全固态电池专利；蜂窝能源于2022年推出首批20AH硫全固态原型电池；5月31日，上汽集团与青陶能源签署增资扩股协议和战略合作框架协议，进一步深化战略合作伙伴关系，2025年率先实现固态电池技术“10万辆级”大规模量产…

东风、蔚来、赛力斯已宣布今年将实现半固态电池装载。2025年前，长安深蓝、智己、埃安、高合等汽车公司普遍计划装载半固态电池。

“360Wh/kg锂电池电池”的单体能量密度为360Wh/kg，续航里程可达1000公里。而且已于6月30日正式交付蔚来。

宁德时代最新一代麒麟电池的能量密度为255Wh/kg，一般来说，固态电池的能量密度是300Wh/kg-400Wh/kg。

此外，中国科技大学马成教授设计并合成了一种新型固态电解质-氧氯化锆锂，其综合性能相当于目前最先进的硫化物和氯化物固态电解质，但成本不到后者的4%，适合工业化应用。该研究于今年6月27日在国际著名学术期刊《自然与通信》上发表。

总之，国内有关固态电池的技术研发，在世界上也有重要的地方。

四、固态电池领域“固执”丰田暗中布局

事实上，丰田的固态电池布局可以追溯到2008年。当时，丰田和英国初创公司伊利卡（Ilika）共同研发固态电池材料，宣布进入固态电池领域。

2017年与松下公司牵手，2020年，丰田还与松下合资成立了Prime Planet Energy & Solutions，致力于开发和生产棱柱锂离子电池、固态电池和“下一代”电池。

(图片来源：Toyoto）

根据《日经指数》和东京研究机构Patentent，经过几十年的集中科研力量攻关， 根据Result的数据，丰田在这条技术路线上积累了1300多项专利，包括电池结构、材料和制造技术。

今年6月初，丰田宣布了最新的固态电池商业化计划。截至2027年，丰田将向市场推出配备固态电池的电动汽车，充电不到10分钟就可以行驶约1200公里。到7月，它宣布了固态电池技术的突破。人们不可避免地怀疑，技术研发在短时间内如此之快？

衡量动力电池最终能否量产的主要指标是：能量密度、充放电倍率性能、成本、安全性和循环寿命，只有满足这五个指标的要求，才能量产。

事实上，经过冷静思考，我们可以得出这样的判断：如果技术突破能够真正实现，丰田只会公布实验室数据。此外，鉴于丰田大规模生产计划多次推迟的先例，这一次没有公布令人信服的技术细节。

无论从市场发展现状还是技术成熟度来看，大规模生产和装载都是不现实和美好的愿景。

除了电池储能外，还应考虑充电能力。毕竟，两者都是影响电动汽车整体性能的重要因素。即使固态电池可以快速充电，也需要电网的大力支持。

目前电车一般采用400伏充电平台，充电电流为250A、50KW的电池通常不超过30分钟，当电量为30%至80%时。但目前，充电平台的配套供电也是一个大问题。

在此背景下，丰田高调宣布其在固态电池领域的技术突破。笔者认为有以下两个考虑因素:

营销势头：丰田正在用一些“噱头”来改变人们对电动汽车的内在认知，重新树立电动技术领先品牌的形象，提高和宣誓丰田在新能源领域的地位，引起外界的信心。

无论未来固态电池能否正常装载，都可以为丰田推出并推出一波电动汽车营销浪潮。如果成功，它将改变其在电动汽车领域的被动情况，实现逆风翻转。

世界大同：目前，固态电池的研发正在追逐我，但很难跨越大规模生产的差距。各国都在积极研发、双赢合作，建设人类命运共同体。

五、电势有话要说

诚然，日本在固态电池领域有很多技术和专利优势，但国内研发并不逊色。

如果固态电池能够成功解决大规模生产的成本问题，克服电池的充电时间和电池寿命，实现大规模生产，谁就能控制市场。

中国科学院欧阳明高呼吁，这不仅代表了该行业的焦虑，也代表了消费者的需求。如果全固态电池能成功，但最终是否来自中国制造商至关重要。毕竟，这与中国新能源下一阶段的竞争力有关。

当然，无论是丰田还是国内电池老板宁德时代，谁能打破现有的动力电池天花板，都是人类科技进步的好公司，科技没有国界。

未来可期！让我们拭目以待！