固态电池已成整车企业“必争之地”

比亚迪、东风、长安、上汽、广汽……近段时间布局固态电池的整车企业越来越多，但从实际公布的产品信息与参数来看，路线趋同、水平也基本接近。固态电池商业化道阻且长，切不可盲目冒进。 文 / 本刊记者 施芸芸 作为新一代的颠覆性电池技术，固态电池的赛道上从来没有这么拥挤过，除了电池企业加快研发布局和释放相关信息外，上汽、广汽和长安等整车企业也纷纷在不久前发布了自研的最新进展和量产装车计划，大有赶在丰田之前，完成固态电池上车之势。然而，恰如中国科学院院士、清华大学教授欧阳明高前不久公开所说：“从全行业看，中国既要发展渐进性的半固态技术路线，又要防范激进型全固态技术路线带来的颠覆性风险。”对于争先恐后自研或合作攻关固态电池的整车企业来说，固步自封不可取，但盲目冒进或炒作，同样也不值得提倡。 点，固态电池都被称为是最具潜力的“下一代动力电池”，被列入中国、美国、欧盟、日韩等主要国家和地区的发展战略，也成为了下一代电池技术竞争的关键制高点。各国、各企业都在积极布局这一领域，整车企业自然也不例外，其实国内整车企业的起步，要比大家想象的早得多。 作为一家“非典型性”整车企业，比亚迪在2016 年就将固态电池确定为未来的发展方向，尝试小规模使用，并在当时提出要在未来 10 年、最快 5 年内推出固态电池。2018 年，比亚迪推进固态电池项目商用，并把固态电池作为下一步研究重点。2021 年，比亚迪公开了硫系添加剂全固态电池专利。2022 年，有媒体报道，称从比亚迪内部获悉，比亚迪全固态锂电池在重庆生产即将装车试验，不过，这一消息随后被辟谣。此后，刀片电池成为比亚迪动力电池的“主力产品”，比亚迪在固 比亚迪和东风早早入局 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 态电池的进展也陷入沉寂，近段时间业界甚至提出，比亚迪和宁德时代都处于固态电池热潮的“边缘”。直到今年 6 月 6 日，据公众号“Voltaplus”消息，比亚迪旗下弗迪电池首次公开了全固态电池的进展：电芯容量可做到 60Ah 以上，质量比能量密度达到 400Wh/Kg，体积比能量密度达到 800Wh/L，计划 2027 年实现小批量产。 在公开信息中，东风汽车在固态电池领域起步也非常早，从 2018 年起就成立了固态电池项目组，开展固态电池、固态电池系统的技术研究。2019年 7 月，第一代固态电池系统开发完成。2020 年，东风第一代固态电池搭载整车下线路试，顺利通过单体穿刺、挤压变形、高温等 167 项严苛测试。2022 年 1 月，由东风公司与赣锋锂业合作开发的高比能固态电池（实为半固态），成功在东风 E70搭载，随后 50 台搭载该电池的东风风神 E70 在浙江、河北、江苏、广东、湖南、江西等 6 省 10 地开展示范运营，运营里程超 50 万公里；2024 年北京车展，东风汽车带来了自主研发的新一代高比能固态电池，采用了高稳定改性锂金属负极和新型原位固化复合物电解质，电芯能量密度达到了405Wh/kg 以上，并通过了针刺、形变挤压和热箱等安全测试。 4 月 12 日，广汽集团在 2024 科技日上推出了高安全大容量全固态动力电池，宣布电池容量达到了 30Ah, 能量密度为 400Wh/kg, 整车续航里程可轻松超过 1000km，而且在采用了超高镍正极和超大容量硅负极的情况下，还能实现电池在 200℃热箱测试中不发生爆炸。 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。 今年 4 月 12 日，广汽集团在 2024 科技日上推出了高安全大容量全固态动力电池，宣布电池容量达到了 30Ah, 能量密度为 400Wh/kg, 整车续航里程可轻松超过 1000km，而且在采用了超高镍正极和超大容量硅负极的情况下，还能实现电池在200℃热箱测试中不发生爆炸。 固态电池突然成为车企研发热点 有意思的是，除了比亚迪和东风汽车以外，随着固态电池成为技术关注的焦点和热点，这两年爆出固态电池研发进展消息的整车企业突然增多。 上汽集团则在 5 月 24 日举行的“向新十年 上汽集团新能源技术发布会”上，官宣首条全固态电池生产线建成贯通倒计时 500 天正式启动。据上汽集团副总裁、总工程师，创新研究开发总院院长祖似杰介绍，上汽技术中心是最早一批做固态电池研究的企业之一，刚开始和清陶研究合作，后来共同成立了联合实验室。成立上汽清陶的目的就是整合双方最好的资源，从材料到设备，到电池管理、系 去 年 广 州 车 展 上， 长 安 汽 车 宣 布， 计 划 到2030 年推出液态、半固态、固态等 8 款自研电芯，形成不低于 150GWh 的电池产能。按照在电池系统技术领域的规划，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- 应用。”吉利方面曾表示，固态电池联合实验室是浙江省创中心下属的研发单元之一，将聚焦固态电池核心材料固体电解质和关键电芯技术的研发及产业化。 统、PACK，形成创新联合体，上汽作为“链主”加快推动产业的进步，推进固态电池的量产，解决“上半场”里面最大的不足。 一汽集团并没有官方的固态电池研发信息，但前段时间其研发总院电池开发部部长孙焕丽在接受媒体采访时透露了相关进展：“我们目前完成了核心材料 20Ah 级电芯的开发，希望 2027 年实现小批量示范运行。在关键材料这个层级，目前我们开发硫化物电解质的电导率达到了 10MS/cm，电芯能量密度 375Wh/kg、容量 22Ah，具有超低湿度全固态电池研制平台及电池试验评测平台。” 硫化物电解质为主流，参数基本接近 那么，各家车企当前的研发现状具体如何呢？ 首先，技术路线基本趋同。据悉，按照电解质种类来区分，目前国内外主流的固态电池技术路线可分为三类：聚合物、氧化物和硫化物。从目前各家车企公开的信息来看，除了上汽和东风以外，更多的还是走的硫化物电解质路线。有专业人士分析称，广汽虽然没有公布电解质信息，但大概率也是采用的硫化物。根据在于，广汽在发布会上提到正极片厚度增加 40%，考虑到传统的正极片厚度在 50~70um 左右，那么电池极片的厚度就达到 70~100um 左右。而如此厚的极片需要固态电解质具备超高的离子电导率，这就只有硫化物电解 另有一些车企的研发信息不太明朗，但也透露出了正在进行研发的信息。例如去年初有报道称，据吉利汽车内部人士透露，就固态电池领域，不仅与卫蓝新能源建立了投资合作关系，还专门成立了固态电池研发团队，正在与多家动力电池厂商开展联合试验。“计划通过 3-5 年的技术攻关，实现固态电池核心材料的量产和固态电池电芯产品的示范 质的离子电导率 ( 最高 32mS/cm) 室温下超过了当前的液态电解液能够实现。再结合此前美国 SolidPower 公司在上市路演的 PPT 中，提到了硫化物全固态电池能够达到的一些性能水平，其中高镍811 正极跟高容量硅基负极的体系能量密度数据为390Wh/kg 和 930Wh/L，与广汽宣布的比较接近，因此可以大胆猜测广汽的固态电池采用的是硫化物电解质。 破、产品的实现是我们上车搭载的起点，而成本的下降则是规模量产的起点。” 蔚来汽车联合创始人、总裁秦力洪也曾在 ET7半固态电池测试时坦言，150kWh 的固态电池包的成本接近一辆蔚来 ET5（注：一辆 2024 款 75kWh电池版的蔚来 ET5 价格为 29.8 万元，租赁版售价为 22.8 万元）。中邮证券测算称，目前固态电池较液态电池成本高出 30% 以上，预计半固态电池规模化量产后，成本比液态锂电池高 10%-20%。对此，中国电子科技集团第十八研究所研究员肖成伟在今年举行的 2024 电动汽车百人会上指出：“沿用现在的湿法工艺来进行全固态电池的生产，跟现在产线的兼容度基本可以接近 70%。干法的兼容度更低一些，要做一些设备的定制开发，正负极和电解质膜生产设备等。但成本目前来说还是比较高，材料成本 1.5-2.5 元 /Wh，未来的目标看看是不是可以降到 0.8 元 /Wh 以下。” 诚然，业界普遍认为全固态电池路线中硫化物具有较大潜力，但想要量产上车仍存不小挑战。硫化物电解质的电化学窗口窄，与正负极的界面稳定性较差，且对水分非常敏感，与空气中的微量水即可发生反应，释放有毒的硫化氢气体，生产、运输、加工对环境要求很高。此外，硫化物固态电池需要施加几百个大气压力才能够实现长循环，这在电池系统中很难实现，因此循环寿命也是急需着手解决的核心问题。 值得一提的是，随着市场规模的扩大，固态电池的成本也有望进一步下降。以氧化物体系固态电池为例，有报道对产能分别为 1 MWh 和 10 GWh的不同情况进行了生产成本测算。产能规模较小时，电解质成本为 2000 美元 /kg，此时单块固态电池成 本 约 为 18 美 元（ 约 合 750-2500 美 元 /kWh)，其中人力成本占 8 美元，制造与电力成本约为 7 美元，原材料成本为 3 美元。但电池的产能扩大至 1亿块 / 年时，固态电解质的原材料成本就能降至 50美元 /kg，单块电池的原材料总成本骤降至约 0.13美元，人力与制造和电力成本则降至 0.14 美元，单块电池成本约 0.27 美元，相比于未量产时降低了 65 倍。 至于上汽清陶所采用的聚合物固态电解质，当然也是有望率先实现应用的技术路线之一，主要缺点是室温离子电导率普遍很低，最常见的 PEO 基聚合物电解质还存在氧化稳定性差，只能用于 LFP正极的问题。 其次，从目前各家车企释放的固态电池产品信息来看，无论是质量比能量密度，还是体积比能量密度，参数基本接近，装车量产时间也基本集中在2026 年 ~2027 年。由此可见，国内整车企业在固态电池的研发道路上，脚步应该差不太多，其面临的难题也应当基本类似，包括良品率、充电倍率、循环寿命、生产工艺以及电池成本等。 对此，清陶能源联合创始人、总经理李峥还提出了拓宽正极材料范围的思路。据悉，目前电池系统的成本占一辆电动汽车的 40%，而正极材料则占到整块电池成本的 40%。他认为，目前国内正 成本依旧是大问题 在固态电池实现商业化应用和推广的道路上，成本问题是绕不开的重要挑战之一。深蓝汽车科技有限公司高级项目总监周安健曾表示：“技术的突 别搭载 90kWh 半固态电池和 80kWh 磷酸铁锂电池，以及 2023 年年底，蔚来汽车在直播中进行了150kWh 超长续航电池包续航里程的实测，这辆参与直播的蔚来纯电动轿车 ET7 搭载的，就是出自卫蓝的半固态电池，最终行驶了 1044 公里，行驶总时间为 12.4 小时。此外，还有赛力斯、高合、哪吒等多家车企都官宣了自己的半固态电池量产计划。 但这并不意味着在固态电池领域，我国已经走在世界前列。TrendForce 集邦咨询发文称，中国固态电池技术路线多元，重点以半固态和固液混合为主，且半固态电池已实现小规模量产并装车，但在全固态电池方面的投入仍显不足，力量分散，与国际领先企业相比存在较大差距。“因此，未来全固态电池的竞争，日韩、欧美等国家和地区的企业有机会超越中国，重塑未来 EV 电池的竞争格局。”该机构这样认为。 从严格意义上来说，智己 L6 所搭载的第一代光年固态电池，由于含有少量液体电解质，因此仍可被定义为“固液混合电解质电池”，即所谓的半固态电池。 极材料一般采用磷酸铁锂和三元锂，固态电池可以拓宽正极材料的选择，这便提供了清晰的降本逻辑，未来全固态电池的成本有望实现 40% 的降幅。 基于此，有分析认为，国内整车企业纷纷急于披露其在固态电池方面的进展，一方面是急于对前沿和未来技术的抢先布局，以防错失良机，但另一方面则是出于市场竞争的需要，通过“蹭热点”来进行产品营销，吸引舆论的关注。如果是后者的话，这种行为应当引起注意。欧阳明高也指出，（固态电池）就算是 2030 年产业化，要想替