沒(méi)量產(chǎn)的固態(tài)電池，周期性的產(chǎn)業(yè)狂歡。

每年的第一季度，都是固態(tài)電池消息頻發(fā)的時(shí)期，這似乎已經(jīng)形成了一種“行業(yè)慣例”。

4月23日，上海車展的第一天，長(zhǎng)安汽車亮相了“金鐘罩”全固態(tài)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(zhǎng)安汽車，4月10日晚，上汽集團(tuán)總裁賈健旭透露，上汽新一代固態(tài)電池將于2025年底在全新MG4上量產(chǎn)應(yīng)用；2027年上汽首款全固態(tài)電池“光啟電池”將落地。

資本市場(chǎng)也出現(xiàn)了關(guān)聯(lián)性的波動(dòng)。4月15日，固態(tài)電池概念逆勢(shì)走強(qiáng)，領(lǐng)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(xiàn)大漲。

這種變化幾乎是固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)每年第一季度的“保留節(jié)目”，同樣的企業(yè)表態(tài)，同樣的車展宣傳，同樣的股票猛漲。

不同的是，行業(yè)各方預(yù)計(jì)的固態(tài)電池量產(chǎn)時(shí)間越來(lái)越近了。

例如，在2023年的廣州車展上，長(zhǎng)安汽車的規(guī)劃是到2030年推出液態(tài)、半固態(tài)、固態(tài)等8款自研電芯，形成不低于150GWh的電池產(chǎn)能。

彼時(shí)，業(yè)內(nèi)對(duì)固態(tài)電池量產(chǎn)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)的樂(lè)觀估計(jì)，也在2030年。但如今這個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)已經(jīng)被提前至2027年甚至更早的時(shí)候。

但有人說(shuō)謊了。

一些企業(yè)仍在大力宣傳“半固態(tài)電池”這個(gè)本身就有爭(zhēng)議的產(chǎn)品，另一些推進(jìn)全固態(tài)電池的廠商，公布的電池性跨度極大，有些產(chǎn)品的能量密度已經(jīng)超過(guò)了700Wh/kg，有些則僅僅300Wh/kg左右。

這說(shuō)明，固態(tài)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(tài)電池時(shí)幾乎不會(huì)做出任何保證，“安全性提升XX%”的描述沒(méi)有任何可信賴的參照物和測(cè)試體系，甚至比宣傳傳統(tǒng)的動(dòng)力電池時(shí)還要保守。

就固態(tài)電池本身來(lái)說(shuō)，其合理的商業(yè)化能量密度、實(shí)際工況下的安全性，都沒(méi)有被任何大規(guī)模系統(tǒng)的、有效的實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。

而這些問(wèn)題，都將會(huì)在第一批固態(tài)電池上車后逐漸暴露。

未經(jīng)驗(yàn)證的安全性

國(guó)家消防救援局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2024年1月—10月，全國(guó)接報(bào)電動(dòng)汽車火災(zāi)2105起，雖然這個(gè)數(shù)字和2023年基本持平，且超過(guò)3000萬(wàn)輛的新能源汽車保有量，讓兩千余起火災(zāi)看起來(lái)也并不太多。但消費(fèi)者仍對(duì)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(dòng)力電池起火，因?yàn)殇囯姵氐幕瘜W(xué)特性，其燃燒過(guò)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(guó)家消防救援局消防監(jiān)督司一級(jí)指揮長(zhǎng)王天瑞就在例行發(fā)布會(huì)上就公開(kāi)表示，近幾年來(lái)新能源火災(zāi)中，有兩點(diǎn)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(méi)有有效解決。

所以固態(tài)電池獨(dú)特的安全性開(kāi)始被人們捧上神壇。消費(fèi)者希望當(dāng)固態(tài)電池量產(chǎn)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(tài)電池采用的固態(tài)電解質(zhì)，確實(shí)在一定程度上提高電池的本征安全，其不易揮發(fā)，分解溫度更高且能有效緩解鋰枝晶帶來(lái)的副作用。

目前主流的固態(tài)電解質(zhì)研發(fā)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(zhì)分解溫度接近200℃，聚合物在200℃-400℃之間，氧化物則可以超過(guò)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(tài)電解質(zhì)能大幅提升電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的容錯(cuò)度，能讓電池在不發(fā)生內(nèi)外部損傷的情況下，承受更多的熱量堆積而不發(fā)生材料的結(jié)構(gòu)性破壞。

但并不意味著固態(tài)電池不可燃。如果固態(tài)電池中的電解質(zhì)、負(fù)極材料與空氣之間發(fā)生不當(dāng)?shù)闹苯咏佑|，同樣會(huì)引發(fā)劇烈的能量釋放和電池?zé)崾Э亍?/strong>

傳統(tǒng)液態(tài)鋰離子電池和全固態(tài)鋰離子電池對(duì)比示意圖，圖片來(lái)源：電子產(chǎn)品世界

比如2022年發(fā)表在ACS Nano上的論文《硫化物固態(tài)電解質(zhì)與氧化物正極的熱穩(wěn)定性》中，不僅證實(shí)了在適當(dāng)條件下硫化物電解質(zhì)可燃，還明確說(shuō)明了氧化物電解質(zhì)的常用材料LAGP和LATP，與金屬鋰有很高的反應(yīng)性，表現(xiàn)出明顯火焰，釋放大量的熱。

而這種情況一般伴隨著嚴(yán)重的內(nèi)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(fā)生短路故障，固態(tài)電池和傳統(tǒng)鋰離子電池的放熱量幾乎相同；如果固態(tài)電解質(zhì)發(fā)生機(jī)械故障，致使負(fù)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(zhì)路線還存在生產(chǎn)過(guò)程中和熱失控后釋放有毒氣體的情況。

硫化物電解質(zhì)被水解會(huì)產(chǎn)生劇毒的硫化氫氣體，而這個(gè)水解過(guò)程非常容易發(fā)生，直接暴露在空氣中就能反應(yīng)。這帶來(lái)了兩個(gè)問(wèn)題，一是生產(chǎn)制造過(guò)程中，供應(yīng)商必須打造絕對(duì)干燥車間，否則容易造成生產(chǎn)事故。

二是硫化物電解質(zhì)熱值較高，如果固態(tài)電池發(fā)生破損、過(guò)熱或燃燒等情況，由于不能遇水，其幾乎無(wú)法通過(guò)常規(guī)消防手段來(lái)進(jìn)行撲救，有毒氣體的泄露也將擴(kuò)大事故影響面積。

最關(guān)鍵的是，論文《硫化物固態(tài)電解質(zhì)與氧化物正極的熱穩(wěn)定性》中提出，目前產(chǎn)業(yè)界對(duì)硫化物電解質(zhì)的研究較少，沒(méi)有考慮到其自我分解、熱化學(xué)反應(yīng)的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)因素以及有效的改進(jìn)方法，硫化物電解質(zhì)固態(tài)電池的安全評(píng)估一直無(wú)法有效展開(kāi)。

也就是說(shuō)，如果未來(lái)的某一天，一輛搭載固態(tài)電池的新能源汽車發(fā)生了比較嚴(yán)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(huì)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(duì)外發(fā)布的GB38031-2025《電動(dòng)汽車用動(dòng)力蓄電池安全要求》中，多次提到了對(duì)動(dòng)力電池不起火、不爆炸的要求：外部觸發(fā)熱擴(kuò)散后，不起火、不爆炸，煙氣不對(duì)乘員造成傷害；300次快充循環(huán)后進(jìn)行外部短路測(cè)試，要求不起火、不爆炸。該標(biāo)準(zhǔn)將在2026年7月1日起執(zhí)行。

就固態(tài)電池目前的技術(shù)路徑和安全性系統(tǒng)測(cè)試情況來(lái)看，達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或許是量產(chǎn)前首先要解決的問(wèn)題。

飄忽不定的能量密度

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

中國(guó)的新能源汽車市場(chǎng)已經(jīng)發(fā)展了十年，新能源汽車的續(xù)航里程大大提升。艾瑞咨詢的相關(guān)報(bào)告顯示，2020年中國(guó)純電新能源汽車的平均續(xù)航里程為382.4km，平均動(dòng)力電池容量為48.4kWh。而今天已經(jīng)有相當(dāng)一部分純電車型的CLTC續(xù)航里程超過(guò)了700km。

但這仍然無(wú)法滿足消費(fèi)者的需求，普遍的續(xù)航里程虛標(biāo)讓消費(fèi)者產(chǎn)生了對(duì)目前鋰電池的不信任感，以及對(duì)固態(tài)電池的無(wú)限憧憬和渴望。

目前一般認(rèn)為，傳統(tǒng)的三元鋰材料體系的動(dòng)力電池，能量密度約300Wh/kg左右，且現(xiàn)在的產(chǎn)品已經(jīng)逼近極限。而固態(tài)電池的能量密度能夠超過(guò)500Wh/kg，并且還有繼續(xù)提高的空間。

產(chǎn)業(yè)界對(duì)固態(tài)電池能量密度的認(rèn)知也在不斷更新，比如在2021年，被譽(yù)為中國(guó)鋰電池之父的陳立泉院士就曾表示，固態(tài)電池的能量密度將在300—450Wh/kg。現(xiàn)在來(lái)看，各個(gè)廠商公布的產(chǎn)品性能已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了這個(gè)范圍。

最高的當(dāng)屬太藍(lán)新能源在2024年4月發(fā)布的，能量密度高達(dá)720Wh/kg的固態(tài)電池。除此之外，2024年底奇瑞宣布其自研固態(tài)電池能量密度超600Wh/kg。同一時(shí)期廣汽也宣布了其固態(tài)電池的發(fā)展進(jìn)度，但能量密度為350Wh/kg。

4月23日，長(zhǎng)安汽車在上海車展上公布了“金鐘罩”固態(tài)電池，能量密度為400Wh/kg。而國(guó)軒高科計(jì)劃于5月17日發(fā)布能量密度為300Wh/kg的高安全固態(tài)電池。

可以發(fā)現(xiàn)，目前各廠商宣傳的固態(tài)電池能量密度五花八門，范圍極廣，從300Wh/kg-720Wh/kg都可能會(huì)量產(chǎn)。

為什么固態(tài)電池的能量密度差距這么大？

需要說(shuō)明的是，目前鋰電池正極材料體系已經(jīng)相當(dāng)成熟，負(fù)極材料才是影響電池能量密度的關(guān)鍵因素。

例如松下的2170電池由高鎳三元正極和石墨負(fù)極組成體系，單個(gè)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(fù)極升級(jí)為了硅碳材料，單個(gè)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(dá)308.57Wh/kg。

固態(tài)電池也是如此，由于采用了固態(tài)電解質(zhì)，無(wú)需考慮隔膜耐壓的情況及負(fù)極材料與電解液/質(zhì)的反應(yīng)，因此可以放開(kāi)手腳采用容量更大的材料充當(dāng)負(fù)極，這才是固態(tài)電池能量密度大幅提升的根本原因。

但負(fù)極究竟用什么材料，目前業(yè)界存在爭(zhēng)議。比如太藍(lán)新能源的720Wh/kg的固態(tài)電池，據(jù)稱采用了復(fù)合鋰金屬基材料作為負(fù)極，使得能量密度大幅提升。

其他廠商則很少采用鋰金屬負(fù)極材料的，其中有技術(shù)原因，也有研發(fā)方向的原因，由于固態(tài)電解質(zhì)與正負(fù)極材料之間的“固-固”接觸天然存在較高的界面阻抗，會(huì)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(fù)極業(yè)內(nèi)看法不一。

因此未來(lái)幾年當(dāng)固態(tài)電池剛剛上車的時(shí)候，消費(fèi)者也有很大概率用不到鋰金屬材料體系的固態(tài)電池。

非鋰金屬材料的固態(tài)電池能給車輛的續(xù)航帶來(lái)怎樣的提升？

目前大部分車企宣傳的固態(tài)電池能量密度都在400Wh/kg以下，這里取非鋰金屬材料的固態(tài)電池350Wh/kg能量密度為平均值，將其與目前市場(chǎng)上較為先進(jìn)的傳統(tǒng)動(dòng)力電池進(jìn)行對(duì)比。

比如比較頂尖的寧德時(shí)代麒麟電池，其能量密度為255Wh/kg，根據(jù)工信部數(shù)據(jù)，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(tài)電池，整個(gè)電池包的容量將比之前的增加62kWh。

新能源車型目錄，圖片來(lái)源：工信部

根據(jù)懂車帝、AutoLab等媒體測(cè)評(píng)，小米SU7 Max高速狀態(tài)下續(xù)航達(dá)成率為76%-79%，即615-640km。如果換上固態(tài)電池，高速工況的續(xù)航里程將達(dá)到約1006km。

這是一個(gè)誘人的數(shù)字，但不一定所有人都會(huì)為此買單。

金錢的代價(jià)

能量密度的提升往往伴隨著成本的急劇提高，這是動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)的鐵律，固態(tài)電池也不能例外。

根據(jù)《中國(guó)汽車報(bào)》、高工鋰電等相關(guān)報(bào)道和產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)，三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池的報(bào)價(jià)雖然會(huì)隨著市場(chǎng)供需狀態(tài)而波動(dòng)，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(huì)在固態(tài)電池上展現(xiàn)的更加徹底。

首先在原材料方面，固態(tài)電池和目前的鋰電池材料體系相差過(guò)大，原材料不僅價(jià)格昂貴，同時(shí)也缺乏穩(wěn)定的材料供應(yīng)商。

根據(jù)電池中國(guó)網(wǎng)的數(shù)據(jù)，三元NCM811普通動(dòng)力型正極材料4月11日均價(jià)為14.73萬(wàn)元/噸，同期動(dòng)力性磷酸鐵鋰正極材料均價(jià)為3.29萬(wàn)元/噸、高端天然石墨負(fù)極材料均價(jià)為4.925萬(wàn)元/噸、六氟磷酸鋰均價(jià)5.835萬(wàn)元/噸。

這種材料體系下，一塊100kWh左右的動(dòng)力電池，車企的拿貨價(jià)也要在15萬(wàn)元左右。

對(duì)比之下最受追捧的硫化物固態(tài)電池路線的電解質(zhì)硫化鋰，蓋德化工網(wǎng)某廠商報(bào)價(jià)高達(dá)100萬(wàn)元/噸，是目前常用的六氟磷酸鋰電解液的17倍。

硫化鋰報(bào)價(jià)，圖片來(lái)源：蓋德化工網(wǎng)

鋰金屬負(fù)極也是如此，根據(jù)上海有色網(wǎng)的數(shù)據(jù)，4月18日電池級(jí)金屬鋰的報(bào)價(jià)為62萬(wàn)元/噸，是高端天然石墨的12.4倍。

也就是說(shuō)，即使沿用現(xiàn)在三元鋰正極材料不變，一枚搭載了金屬鋰負(fù)極和硫化物電解質(zhì)的固態(tài)電池，光材料成本就已經(jīng)提升了數(shù)倍甚至數(shù)十倍。

而成本提升的路徑不只有材料，還有生產(chǎn)工藝和產(chǎn)線的重置。

相比于現(xiàn)在的動(dòng)力電池，固態(tài)電池的制造過(guò)程增加了干法混合、干法涂布、電解質(zhì)熱復(fù)合、膠框印刷、無(wú)隔膜疊片、高壓化成分容等等工序。固態(tài)電池裝備供應(yīng)商高能數(shù)造曾表示，如果要在現(xiàn)有的動(dòng)力電池產(chǎn)線上做出改進(jìn)，以生產(chǎn)固態(tài)電池，則60%以上的設(shè)備都需要調(diào)整。

清陶能源的判斷則更為極端，這個(gè)數(shù)字變成了70%，幾乎要重新搭建產(chǎn)線。這些工藝的改進(jìn)和產(chǎn)線的更新，都是固態(tài)電池的制造成本，也都會(huì)最終轉(zhuǎn)移到消費(fèi)者身上。

2024年底，高工鋰電研究院在年會(huì)上表示，2021-2024年，中國(guó)固態(tài)電池行業(yè)投擴(kuò)產(chǎn)規(guī)劃金額已經(jīng)超過(guò)了2000億元，但從產(chǎn)能來(lái)看，固態(tài)電池已有產(chǎn)能僅為15GWh左右。

作為對(duì)比，寧德時(shí)代一家供應(yīng)商目前擁有的鋰電池產(chǎn)能就高達(dá)676GWh，另有219GWh產(chǎn)能正在建設(shè)中。

這意味著，過(guò)低的產(chǎn)能、復(fù)雜的工藝和高昂的成本，都會(huì)讓固態(tài)電池短期內(nèi)無(wú)法通過(guò)大規(guī)模量產(chǎn)和應(yīng)用來(lái)攤薄成本，其最初可能只會(huì)搭載到限量款車型上，用以實(shí)現(xiàn)交付。

而真正讓普通消費(fèi)者也能享用固態(tài)電池的日子，可能還在很遠(yuǎn)很遠(yuǎn)的未來(lái)。

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.

聯(lián)系電話：028-65258122