沒量產的固態電池，周期性的產業狂歡。

作者｜張麟

編輯｜王博

每年的第一季度，都是固態電池消息頻發的時期，這似乎已經形成了一種“行業慣例”。

4月23日，上海車展的第一天，長安汽車亮相了“金鐘罩”全固態電池，宣稱擁有400Wh/kg的能量密度和“提升70%”的安全性。

不僅是長安汽車，4月10日晚，上汽集團總裁賈健旭透露，上汽新一代固態電池將于2025年底在全新MG4上量產應用；2027年上汽首款全固態電池“光啟電池”將落地。

資本市場也出現了關聯性的波動。4月15日，固態電池概念逆勢走強，領湃科技、金龍羽、有研新材、力王股份、瑞泰新材、豐元股份等均出現大漲。

這種變化幾乎是固態電池產業每年第一季度的“保留節目”，同樣的企業表態，同樣的車展宣傳，同樣的股票猛漲。

不同的是，行業各方預計的固態電池量產時間越來越近了。

例如，在2023年的廣州車展上，長安汽車的規劃是到2030年推出液態、半固態、固態等8款自研電芯，形成不低于150GWh的電池產能。

彼時，業內對固態電池量產的時間節點的樂觀估計，也在2030年。但如今這個時間節點已經被提前至2027年甚至更早的時候。

但有人說謊了。

一些企業仍在大力宣傳“半固態電池”這個本身就有爭議的產品，另一些推進全固態電池的廠商，公布的電池性跨度極大，有些產品的能量密度已經超過了700Wh/kg，有些則僅僅300Wh/kg左右。

這說明，固態電池究竟該怎么造，廠商是不清楚的。

而在安全性方面，廠商在宣傳固態電池時幾乎不會做出任何保證，“安全性提升XX%”的描述沒有任何可信賴的參照物和測試體系，甚至比宣傳傳統的動力電池時還要保守。

就固態電池本身來說，其合理的商業化能量密度、實際工況下的安全性，都沒有被任何大規模系統的、有效的實驗所證實。

而這些問題，都將會在第一批固態電池上車后逐漸暴露。

1.未經驗證的安全性

國家消防救援局數據顯示，2024年1月—10月，全國接報電動汽車火災2105起，雖然這個數字和2023年基本持平，且超過3000萬輛的新能源汽車保有量，讓兩千余起火災看起來也并不太多。但消費者仍對新能源汽車起火十分忌憚和恐懼。

原因在于，一般情況下新能源汽車起火即為動力電池起火，因為鋰電池的化學特性，其燃燒過程迅速且難以撲滅，這給駕乘人員造成了生命威脅。

2024年11月22日，國家消防救援局消防監督司一級指揮長王天瑞就在例行發布會上就公開表示，近幾年來新能源火災中，有兩點突出的矛盾：第一，鋰電池的熱失控不可避免；第二，滅火救援的難題還沒有有效解決。

所以固態電池獨特的安全性開始被人們捧上神壇。消費者希望當固態電池量產裝車后，能徹底杜絕新能源汽車起火、爆炸和自燃的情況。

但這是不可能的。

固態電池采用的固態電解質，確實在一定程度上提高電池的本征安全，其不易揮發，分解溫度更高且能有效緩解鋰枝晶帶來的副作用。

目前主流的固態電解質研發路線主要包括硫化物、氧化物和聚合物三種，其中硫化物電解質分解溫度接近200℃，聚合物在200℃-400℃之間，氧化物則可以超過1000℃。相比之下，目前常用的六氟磷酸鋰電解液分解溫度僅約80℃。

這表明固態電解質能大幅提升電池熱管理系統的容錯度，能讓電池在不發生內外部損傷的情況下，承受更多的熱量堆積而不發生材料的結構性破壞。

但并不意味著固態電池不可燃。如果固態電池中的電解質、負極材料與空氣之間發生不當的直接接觸，同樣會引發劇烈的能量釋放和電池熱失控。

傳統液態鋰離子電池和全固態鋰離子電池對比示意圖，圖片來源：電子產品世界

比如2022年發表在ACS Nano上的論文《硫化物固態電解質與氧化物正極的熱穩定性》中，不僅證實了在適當條件下硫化物電解質可燃，還明確說明了氧化物電解質的常用材料LAGP和LATP，與金屬鋰有很高的反應性，表現出明顯火焰，釋放大量的熱。

而這種情況一般伴隨著嚴重的內部短路或外部損傷。論文《Are solid-state batteries safer than lithium-ion batteries?》中提到，如果電池發生短路故障，固態電池和傳統鋰離子電池的放熱量幾乎相同；如果固態電解質發生機械故障，致使負極材料直接接觸氧氣，其熱量釋放可能是巨大的。

除了燃燒，目前最被看好的硫化物電解質路線還存在生產過程中和熱失控后釋放有毒氣體的情況。

硫化物電解質被水解會產生劇毒的硫化氫氣體，而這個水解過程非常容易發生，直接暴露在空氣中就能反應。這帶來了兩個問題，一是生產制造過程中，供應商必須打造絕對干燥車間，否則容易造成生產事故。

二是硫化物電解質熱值較高，如果固態電池發生破損、過熱或燃燒等情況，由于不能遇水，其幾乎無法通過常規消防手段來進行撲救，有毒氣體的泄露也將擴大事故影響面積。

最關鍵的是，論文《硫化物固態電解質與氧化物正極的熱穩定性》中提出，目前產業界對硫化物電解質的研究較少，沒有考慮到其自我分解、熱化學反應的熱力學和動力學因素以及有效的改進方法，硫化物電解質固態電池的安全評估一直無法有效展開。

也就是說，如果未來的某一天，一輛搭載固態電池的新能源汽車發生了比較嚴重的交通事故或意外，電池包受損，那這兩車很有可能同樣會起火燃燒，而且更不容易被控制和撲滅。

此外，4月14日工信部對外發布的GB38031-2025《電動汽車用動力蓄電池安全要求》中，多次提到了對動力電池不起火、不爆炸的要求：外部觸發熱擴散后，不起火、不爆炸，煙氣不對乘員造成傷害；300次快充循環后進行外部短路測試，要求不起火、不爆炸。該標準將在2026年7月1日起執行。

就固態電池目前的技術路徑和安全性系統測試情況來看，達到國家標準或許是量產前首先要解決的問題。

2.飄忽不定的能量密度

固態電池的能量密度是其被捧上神壇的另外一個原因，而這種現象背后的底層邏輯依然是里程焦慮。

中國的新能源汽車市場已經發展了十年，新能源汽車的續航里程大大提升。艾瑞咨詢的相關報告顯示，2020年中國純電新能源汽車的平均續航里程為382.4km，平均動力電池容量為48.4kWh。而今天已經有相當一部分純電車型的CLTC續航里程超過了700km。

但這仍然無法滿足消費者的需求，普遍的續航里程虛標讓消費者產生了對目前鋰電池的不信任感，以及對固態電池的無限憧憬和渴望。

目前一般認為，傳統的三元鋰材料體系的動力電池，能量密度約300Wh/kg左右，且現在的產品已經逼近極限。而固態電池的能量密度能夠超過500Wh/kg，并且還有繼續提高的空間。

產業界對固態電池能量密度的認知也在不斷更新，比如在2021年，被譽為中國鋰電池之父的陳立泉院士就曾表示，固態電池的能量密度將在300—450Wh/kg。現在來看，各個廠商公布的產品性能已經遠遠超過了這個范圍。

最高的當屬太藍新能源在2024年4月發布的，能量密度高達720Wh/kg的固態電池。除此之外，2024年底奇瑞宣布其自研固態電池能量密度超600Wh/kg。同一時期廣汽也宣布了其固態電池的發展進度，但能量密度為350Wh/kg。

4月23日，長安汽車在上海車展上公布了“金鐘罩”固態電池，能量密度為400Wh/kg。而國軒高科計劃于5月17日發布能量密度為300Wh/kg的高安全固態電池。

可以發現，目前各廠商宣傳的固態電池能量密度五花八門，范圍極廣，從300Wh/kg-720Wh/kg都可能會量產。

為什么固態電池的能量密度差距這么大？

需要說明的是，目前鋰電池正極材料體系已經相當成熟，負極材料才是影響電池能量密度的關鍵因素。

例如松下的2170電池由高鎳三元正極和石墨負極組成體系，單個電芯容量為5Ah，工作電壓在3.6V，重量在70g，單體能量密度為257.14Wh/kg。但其4680電池中，負極升級為了硅碳材料，單個電芯容量為躍升至30Ah，即使重量增加到了350g，但單體能量密度卻高達308.57Wh/kg。

固態電池也是如此，由于采用了固態電解質，無需考慮隔膜耐壓的情況及負極材料與電解液/質的反應，因此可以放開手腳采用容量更大的材料充當負極，這才是固態電池能量密度大幅提升的根本原因。

但負極究竟用什么材料，目前業界存在爭議。比如太藍新能源的720Wh/kg的固態電池，據稱采用了復合鋰金屬基材料作為負極，使得能量密度大幅提升。

其他廠商則很少采用鋰金屬負極材料的，其中有技術原因，也有研發方向的原因，由于固態電解質與正負極材料之間的“固-固”接觸天然存在較高的界面阻抗，會限制鋰金屬電池體系的能量密度和功率密度的容易受到限制，是否必須用鋰金屬做負極業內看法不一。

因此未來幾年當固態電池剛剛上車的時候，消費者也有很大概率用不到鋰金屬材料體系的固態電池。

非鋰金屬材料的固態電池能給車輛的續航帶來怎樣的提升？

目前大部分車企宣傳的固態電池能量密度都在400Wh/kg以下，這里取非鋰金屬材料的固態電池350Wh/kg能量密度為平均值，將其與目前市場上較為先進的傳統動力電池進行對比。

比如比較頂尖的寧德時代麒麟電池，其能量密度為255Wh/kg，根據工信部數據，小米SU7 Max配備的101kWh麒麟電池的重量為654.8公斤。在電池重量不變的情況下，如果采用固態電池，整個電池包的容量將比之前的增加62kWh。

新能源車型目錄，圖片來源：工信部

根據懂車帝、AutoLab等媒體測評，小米SU7 Max高速狀態下續航達成率為76%-79%，即615-640km。如果換上固態電池，高速工況的續航里程將達到約1006km。

這是一個誘人的數字，但不一定所有人都會為此買單。

3.金錢的代價

能量密度的提升往往伴隨著成本的急劇提高，這是動力電池產業的鐵律，固態電池也不能例外。

根據《中國汽車報》、高工鋰電等相關報道和產業數據，三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池的報價雖然會隨著市場供需狀態而波動，但三元鋰電池始終比磷酸鐵鋰電池成本高出10%-30%。

這種成本更高的情況會在固態電池上展現的更加徹底。

首先在原材料方面，固態電池和目前的鋰電池材料體系相差過大，原材料不僅價格昂貴，同時也缺乏穩定的材料供應商。

根據電池中國網的數據，三元NCM811普通動力型正極材料4月11日均價為14.73萬元/噸，同期動力性磷酸鐵鋰正極材料均價為3.29萬元/噸、高端天然石墨負極材料均價為4.925萬元/噸、六氟磷酸鋰均價5.835萬元/噸。

這種材料體系下，一塊100kWh左右的動力電池，車企的拿貨價也要在15萬元左右。

對比之下最受追捧的硫化物固態電池路線的電解質硫化鋰，蓋德化工網某廠商報價高達100萬元/噸，是目前常用的六氟磷酸鋰電解液的17倍。

硫化鋰報價，圖片來源：蓋德化工網

鋰金屬負極也是如此，根據上海有色網的數據，4月18日電池級金屬鋰的報價為62萬元/噸，是高端天然石墨的12.4倍。

也就是說，即使沿用現在三元鋰正極材料不變，一枚搭載了金屬鋰負極和硫化物電解質的固態電池，光材料成本就已經提升了數倍甚至數十倍。

而成本提升的路徑不只有材料，還有生產工藝和產線的重置。

相比于現在的動力電池，固態電池的制造過程增加了干法混合、干法涂布、電解質熱復合、膠框印刷、無隔膜疊片、高壓化成分容等等工序。固態電池裝備供應商高能數造曾表示，如果要在現有的動力電池產線上做出改進，以生產固態電池，則60%以上的設備都需要調整。

清陶能源的判斷則更為極端，這個數字變成了70%，幾乎要重新搭建產線。這些工藝的改進和產線的更新，都是固態電池的制造成本，也都會最終轉移到消費者身上。

2024年底，高工鋰電研究院在年會上表示，2021-2024年，中國固態電池行業投擴產規劃金額已經超過了2000億元，但從產能來看，固態電池已有產能僅為15GWh左右。

作為對比，寧德時代一家供應商目前擁有的鋰電池產能就高達676GWh，另有219GWh產能正在建設中。

這意味著，過低的產能、復雜的工藝和高昂的成本，都會讓固態電池短期內無法通過大規模量產和應用來攤薄成本，其最初可能只會搭載到限量款車型上，用以實現交付。

而真正讓普通消費者也能享用固態電池的日子，可能還在很遠很遠的未來。

參考資料：

《Thermal Stability between Sulfide Solid Electrolytes and Oxide Cathode》

作者：Shuo Wang,Yujing Wu,Tenghuan Ma,Liquan Chen,Hong Li,Fan Wu.

《Are solid-state batteries safer than lithium-ion batteries?》

作者：Bates, AM (Bates, Alex M.) et al.

（封面圖來源：AI工具生成）