动力再进化：竞逐下一代电池

蓝狮平台网讯：李斌给卫蓝新能源出了一道题——为蔚来ET7设计一款150度的电池，让这款轿车的续航里程达到1000公里，但是电池重量不能超过600公斤。蔚来ET7搭载的100度液态电池的重量已经达到555公斤，卫蓝新能源最终供应的半固态电池的重量只增加了20公斤，达到575公斤。显然，这是一款能量密度更高的电池。

  2021年1月9日，蔚来便宣布ET7将使用固态电池技术，第二天李斌便辟谣称，2022年量产的“固态电池”，准确说是半固态电池。2023年12月，李斌驾驶一辆搭载半固态电池的蔚来ET7行驶了1044公里。预计今年五六月，这款半固态电池会出现在蔚来的换电站。

  2023年也被众多业内人士视为固态电池技术上车元年。锂电池四大主材是正极、负极、电解液、隔膜。其中，电解液和隔膜的作用是实现锂离子自由穿梭。固态电池是用固态电解质替代电解液，解决电池安全问题。同时，固态电池可以搭配能量密度更高的正负极材料，提高电池能量密度。

  电池技术的迭代，本质上是不同材料体系之间的竞争，其演进历史是人类“驯服”不同材料的过程，努力在能量密度、安全、成本等维度之间寻求平衡，固态电池被认为是能够平衡多重需求的“终极电池”。

  在固态电池赛道，从传统液态电池巨头到初创企业，都希望复制过往中资企业在液态电池领域取得的成功。21世纪初期，比亚迪入局电池产业时，磷酸铁锂电池其实并不算成熟的技术路线，但是通过技术迭代最终带动整条产业链的发展。固态电池被认为也将给产业链提供这样的风口。

固态电池技术风口

  中国固态电池领域两大“独角兽”公司：清陶能源，完成G+轮融资，估值约为260亿元；卫蓝新能源估值约为157亿元。2023年以来，两家“独角兽”公司动作频频。

  成立于2016年的卫蓝新能源，已经有蔚来、吉利、华为、小米、路特斯等一众车企与汽车产业链参与者。蔚来持股比例接近15％，是第一大单一股东。

  清陶能源则相继引入北汽、上汽、广汽等国有汽车集团作为战略投资股东。2023年5月，上汽集团称将追加不超过27亿元投资，完成后间接持有清陶能源约15.29％股权，成其第二大股东。

  车企“站队”押注固态电池技术，正是因为液态电池无法兼顾安全与能量密度。对比液态电池当下主流的两种技术路线，磷酸铁锂电池相比三元电池更加安全，但是能量密度无法与之相比。卫蓝新能源董事长俞会根告诉《中国新闻周刊》，固态电池因此获得机会。

  依据电解质材料的差异，固态电池有三条技术路线：氧化物、硫化物与聚合物。其中，以硫化物作为电解质材料电导率更高，但是制备难度较高，而中国则更多押注氧化物技术路线。

  正是因为中企更多选择氧化物技术路线，因此在液态电池与全固态电池之间留有“灰色地带”，即“半固态电池”。“按照电解液的含量，可以将电池分为液态、固液混合态、全固态。如今市场上的‘固态电池’，是一个相对笼统的概念，只要加入固态电解质，降低电解液含量，便被认为应用固态电池技术。从液态电池到全固态电池是一个渐进过程，卫蓝新能源量产的半固态电池已经将电解液含量降至10％以下，属于固液混合态初级阶段，但这一比例降至1％以下时便接近全固态电池。”俞会根告诉记者。

  电池中的电解液变为固态电解质有可能降低电池的能量密度，增加能量密度主要依靠正负极材料的变化。俞会根喜欢将正负极类比为两只“怪兽”，电解液只能“驯服”较低等级“怪兽”，因为可以选用的正负极材料受限，其能量密度上限约为300Wh/kg，目前主流液态三元电池的能量密度为260~280Wh/kg。从液态电池到半固态电池，再到全固态电池，其实是驯服“怪兽”的能力在提升，可以使用能够带来更高能量密度的正负极材料。“最典型的莫过于负极材料的改变，液态电池的负极材料只能使用石墨，卫蓝新能源交付蔚来的半固态电池已经在负极材料中掺入硅，而最终能‘驯服’金属锂负极的只可能是全固态电池。”硅负极的理论克容量是石墨负极的10倍。

  类似的故事也发生在正极一端。2019年，“811电池”曾因几起自燃事故陷入争议，“811电池”即正极材料中镍钴锰含量比例为8：1：1的三元锂电池。俞会根告诉记者，正极材料中镍含量越高，意味着更高的能量密度，但因为镍更为活跃也更难被‘驯服’。但是半固态电池可以驯服镍含量达到九成的正极材料。

  “驯服”的过程也是电池变得更加安全的过程，最直观的表现是工作温区的变化，当前温度超过55℃时液态电池便会停止工作，而半固态电池、全固态电池会将这一上限提升到60℃、80℃。

  用俞会根的话来说，固态电池技术的特点是“三高”，高安全、高温区、高能量密度，对应新能源汽车的三个核心焦虑：首先是安全焦虑，除非蓄意破坏，否则碰撞、过充等引发自燃将成为历史。其次是低温焦虑，液态电池在冬季续航“打折”是常态，磷酸铁锂电池尤甚。虽然固态电池低温性能没有明显提升，但是它可以在高温环境下运行，因此可以为固态电池进行绝热、保温和加热处理，避免其在低温环境中工作。再次便是续航焦虑，以为蔚来ET7量产的半固态电池为例，标称续航超过1000公里。

  尽管一些搭载液态电池的新能源汽车也能实现1000公里续航，但是俞会根表示，其以较高的能耗为代价。“这也是很多车企当前并不追求1000公里续航的原因，液态电池能量密度有限，增加续航里程只能加装电池，推高整车重量，提高能耗。固态电池技术通过提升能量密度，可以在整车减重的同时增加续航里程。”

  他告诉记者，整车每减重100公斤，能耗可以降低3％~10％，以3％的下限作为标准，卫蓝新能源曾为大众一款续航617公里的新能源汽车进行测算，达到相同续航里程，半固态电池、全固态电池能分别少安装3.4度5.4度电池，分别降低3000元、5000元的电池成本。

  “其实1000公里续航对于半固态电池而言只是一个起点，理论上半固态电池的能量密度可以更高。以磷酸铁锂电池为例，电池包的能量密度为160瓦时/公斤左右，三元电池电池包的能量密度则在200~250瓦时/公斤，而蔚来ES6半固态电池包的能量密度超过260瓦时/公斤。未来伴随新的正负极材料的导入，电芯成组效率的进一步提升，半固态电池电池包的能量密度将从现有液态电池电池包200瓦时/公斤的维度提升至300瓦时/公斤。”恩力动力固态电池研发总监姚猛告诉《中国新闻周刊》。

  “更少的电池，更多的续航里程”，故事听起来很美好，但是前提是与液态电池相近的成本。

如何“挤上牌桌”？

  当锂电池原材料价格回归常态，锂电池行业正在进行的“价格战”无疑给固态电池技术进入市场带来压力。而较为强烈的降本诉求也决定了车企对于电池技术路线的选择，磷酸锰铁锂电池的兴起便是明证。

  小鹏汽车电池技术高级总监仲亮就曾在去年公开表示，更关注能满足低成本和快充性能的新电池技术，例如磷酸锰铁锂电池。

  国轩高科国际工程研究院副院长朱冠楠告诉《中国新闻周刊》，对于动力电池而言，目前磷酸铁锂电池与三元电池的电量多为40~60度电、80~120度电。磷酸锰铁锂电池可以填补两者之间的空白，覆盖60~80度电区间，成本也介于两者之间。“业内一直对于三元电池的成本有所顾虑，特别是如今磷酸铁锂电池成本已经接近BOM标准成本的情况下，而磷酸锰铁锂电池可以在控制成本的情况下将电池能量密度进行提升，逼近中镍三元电池水平，对于三元电池市场份额的冲击更为显著。”

  “磷酸铁锰锂材料二三十年前已经出现，正是在当今降本诉求强烈的市场氛围下，促使电池厂商、材料厂商加大对其研发的投入力度，可以说是当下市场环境催生出的技术路线。”朱冠楠表示。

  仲亮就曾直言，当前半固态电池成本太高，是液态电池的2倍。显然，成本是半固态电池没能大规模进入市场的主要障碍。

  有电池厂商人士告诉记者，自己感受到了车企对于半固态电池态度的微妙变化。“一年前，电池厂商已经向车企送去半固态电池样品，对方表达出浓厚的兴趣，甚至提出比较激进的产品应用路线。但是随着去年下半年车企面临更大的降本压力，车企对于半固态电池逐步从热烈追捧转为谨慎观望。亦有新势力车企明确推后了半固态电池上车计划。”

  材料的变化一方面在改变电池的性能，另一方面也在短期内推高了电池的成本。朱冠楠透露，国轩高科的半固态电池比三元电池的成本高出5％~10％，主要因为使用的硅负极材料尚未量产，但其未来有50％以上的降本空间，有望与现有的石墨负极材料持平。

  “钴的价格是镍的价格的3~5倍，固态电池技术可以兼容高镍正极材料，这意味其相比三元电池正极材料使用更少的钴，未来反而更具成本优势。”俞会根说，高镍材料成本一定低于中镍材料，目前成本较高的原因在于尚未规模化生产。

  规模化生产对于降本会起到重要作用。至于拐点何时到来，姚猛坦言，业内之所以认为产量达到一定数量级，便可以更好控制成本，是因为达到一定量级的产能后，便可以独立支撑上游的厂商，这意味着电池厂对上游企业有更多议价空间，对于下游车企而言，拥有一定产能支撑也可以更有信心地推广新车型。“业内对于拐点的预测不尽相同，但多在10吉瓦时级别。”

  卫蓝新能源预测，全固态电池产业化之后，会比现有的液态三元电池成本降低10％~20％，清陶能源的结论更为激进，预计降本幅度将达四成。

  降本的前提是量产，对于固态电池技术而言，当下最重要的是“挤上牌桌”，不只是在动力电池领域。储能电池显然是一个比动力电池更加“内卷”的市场，一些大型储能项目电池的采购价格已经低至单瓦时0.3元。

  “储能客户的要求是价格不能高于现有的磷酸铁锂储能电池，但是作为后发产品又不能没有优势，只能在新技术应用与成本控制间寻求平衡。”俞会根坦言，对于半固态电池而言，现阶段最重要的是挤上牌桌，挤上牌桌后再迭代产品。“今年与‘五大六小’发电企业的合作会陆续落地，应用案例的积累意味着成功挤上牌桌。”

  姚猛认为，在市场导入阶段，需要做好两件事情，首先是短期内对于细分市场进行针对性研发，突出固态电池技术的优势，找到一些液态电池无法胜任，又对成本容忍度较高的细分市场，而这样的市场可能并非动力电池市场。其次，部分固态电池的技术，可以在现有液态电池技术体系下提前投入市场，比如复合隔膜技术、正负极界面优化技术等已经可以导入现有业态体系，这些新技术的成本将会得到提前优化。

  姚猛告诉记者，电池的性能可以分为五个维度：能量密度、寿命、倍率性（快充性能）、成本和安全。但是在半固态电池产品推出的初期，难以兼顾这五个维度。

  “新技术诞生初期的成本一定比较高，动力电池对电池厂商的产能规模与控制成本的能力都有较高要求，比如产能规模至少要达到1~2吉瓦时，对于初创企业而言有一定难度。”姚猛告诉记者，恩力动力最先选择进入无人机市场，因为无人机市场的痛点刚好可以用半固态电池的优势弥补，其对于能量密度要求比较高，而且因为搭载电池较小，因此对于电池成本敏感度不比新能源汽车，但是最终的目标一定是进入汽车动力电池市场。

“吃螃蟹”的车企

  俞会根曾被雷军问道，“你的第一个客户是谁？”在他看来，这代表了车企对于固态电池技术的纠结态度，既不愿冒进，也不愿落后。“吃螃蟹”的车企变得尤为重要。

  俞会根坦言，蔚来采取换电模式，对成本相对不敏感。如果采取整车销售模式，意味较高的电池成本直接体现在整车售价上，可能会比较难。“卫蓝接下来的任务就是降低半固态动力电池成本，今年能将其与三元电池的成本差距控制在10％以内，未来随着产量提升，特别是正极材料降本，半固态动力电池整体成本会与液态电池持平。”

  “如果半固态电池可以降至与三元电池一样的价格，少装电池的优势便会显现，届时安装半固态电池反而会成为车企的一个降本选项。”俞会根说，目前仍在等待这一拐点的到来，真正的“爆发”会在2026年到来，届时会有四五家整车厂选用卫蓝新能源的半固态电池。

  据记者了解，已有数家车企与卫蓝新能源推进半固态电池上车，其中不乏外国车企，其中两款车型预计会在明年上半年推出。

  “半固态电池的主要市场在于中高端车型，与液态三元电池形成竞争。”对于半固态电池在动力电池市场的“舒适区”，这是业内共识。朱冠楠便认为，600~800公里的续航里程会成为未来中高端车型的刚需。

  清陶能源定下的目标是2025年固态电池汽车达到10万辆年销的规模节点。

  俞会根坦言，今年的核心任务是确保蔚来的需求，现有产能将全力以赴保供应，明年在此基础上再增加与两家车企的合作。“蔚来的需求非常明确，现有换电站就有2000多个，一些车主可能会在节假日有长途出行需求时日租150度的半固态电池。”

  半固态电池的产能还处在爬坡阶段。“在现有产能有限的情况下，卫蓝新能源现在的逻辑就是小步快跑，把半固态电池产品交付第二、第三家整车厂装车，在解决了从0到1的过程后，从1到N的过程需要依靠规模拉动降本，今年公司的核心任务就是扩张规模，可能在今年保证蔚来的供应后卫蓝就会排进动力电池装机规模前十。”

  恩力动力去年年底已经在国内投产了一条0.3吉瓦时的产线，今年还将建设2吉瓦时产线，同时已在美国布局一条0.3吉瓦时的产线，均会在今年投产。“我们预计半固态电池的产能爬坡会比外界预想的更快，恩力动力计划在2025年前后建设10吉瓦时产能的产线。”姚猛告诉记者。

  卫蓝新能源在产能爬坡的同时，也在打通产业链上下游，目前已经包下正极材料巨头容百科技一条产线进行正极包覆。

  刚刚过去的2023年被李国刚视为半固态电池量产元年，正式进入产业化阶段，而全固态电池的产业化时点会在2027年~2030年间出现。半固态电池上车方兴未艾，全固态电池产业化更是尚未开始，但是留给市场参与者的机会已然有限。

  “固态电池技术上车还处于初期，但是至关重要，类似在高速驾车，切换到另一条高速时必须找准入口。”姚猛坦言，业内对于“吃螃蟹”的车企十分尊敬。恩力动力正与国内外头部车企进行紧密联系、合作中，几乎所有车企都对固态电池技术表现出兴趣，但是现阶段都颇为谨慎。“车企希望电池厂商更为主动，希望后者可以短时间拿出能进行上车测试、并且拥有一定产能规模的半固态电池，之后再针对具体车型进行更深入的合作研发。”

  他认为，车企投资布局阶段已然度过，已经来到半固态电池产业化关口，一些初创企业可能难以再拿到融资，机会更多留给那些已经有技术积累，可以拿出比较成熟的产品，但是欠缺与车企密切配合进行联合研发的电池厂商。

  在固态电池领域，巨头之下还有多少机会？

  2023年上海车展期间，宁德时代正式发布了凝聚态电池，称其单体能量密度最高可达500Wh/kg，被业内认为属于半固态电池。在更早的2022年6月，宁德时代董事长曾毓群曾在重庆车展上透露，“除了全固态电池、半固态电池，包括大家没听过的凝聚态电池，宁德时代都在搞”。

  姚猛表示，宁德时代、比亚迪等液态电池巨头对于固态电池的态度更像是“鸭子划水”，水上平静，水下发力。“目前锂电池市场需求巨大，巨头们的首要任务是扩大产能，抢占市场，而新技术一定会对传统技术的产能布局造成冲击，这是巨头们的纠结之处，而初创企业则没有历史包袱。不过，巨头们对于固态电池的技术储备也非常扎实。”

中国能否持续领跑？

  多位受访者喜欢提及人类在19世纪发明、如今依然占有40％左右市场份额的铅酸电池，以此类比未来液态电池与固态电池关系的问题，也就是“长期共存”，至于“长期”是多久，没有人能给出答案。

  “固态电池不会全部替代液态电池，而是会找到适合的应用场景，在考虑性能、安全与成本后寻求最优解。比如对于一台续航里程500公里的新能源汽车而言，现有的液态电池能够满足。但是在未来载人航空器的电动化进程中，一方面需要确保绝对安全，另一方面对于能量密度要求较高，以支撑航空器起降、飞行。因此航空领域电动化只能等待全固态电池，半固态电池也无法满足其需求。”俞会根告诉记者。

  那么，固态电池究竟会在可预见的未来占据多少市场份额？

  去年年底，EVTank曾预测，2030年，锂电池中约10％为固态电池，而且其中大部分为半固态电池。而今年1月，中国全固态电池产学研协同创新平台成立时，欧阳明高院士预测，2030年，全固态电池将占比1％。

  俞会根表示，2030年，以储能、动力为主的锂电池市场总规模将达到6TWh，10％的市场份额意味600GWh的需求，市场份额达到数千亿级。

  姚猛表示，中国磷酸铁锂电池现有与规划产能占比全球产能非常高，因为企业预估在未来5~8年，磷酸铁锂电池需求依然旺盛，50％以上的动力电池、80％以上的储能电池依然会使用磷酸铁锂电池。因此中企仍在不断迭代磷酸铁锂电池技术，在可预见的未来，中企仍将在锂电池市场占据领先份额。而且在从半固态电池到全固态电池的发展路径中，半固态电池的产能能在相当程度与现有液态电池产能打通，磷酸铁锂产线在成本可控的情况下可以转化为半固态电池产线。

  显然，能否抓住固态电池的风口不仅关乎个别企业的成功，也关乎国内电池产业优势能否保持。

  在出口“新三样”中，新能源汽车与锂电池紧密相连，一辆新能源汽车中约40％的成本来自动力电池，中国拥有众多自主知识产权与完整的产业链，自然不想因技术迭代放弃已经在这一领域建立起的优势，正时刻提防在这条赛道再次被“超车”的机会，显然，固态电池技术便被视为一次这样的机会。

  不同于中企选择的氧化物技术路线，日企更多偏向硫化物技术路线，希望一步达成全固态电池。

  而日本车企近年先后公布固态电池投产与上车时间表。2023年4月，本田汽车宣布将投资研发半固态和固态等新一代电池，2024年春季启用固态电池示范生产线，投资430亿日元（约合人民币21.8亿元），该技术将应用于2025年之后推出的电动车型上。日产汽车也将在2024年建设固态电池试产线，计划2028年量产。丰田汽车希望在2025年之前推出使用固态电池的混合动力汽车。

  2023年10月12日，丰田与日本石油化工企业出光兴产宣布，双方将合作量产面向电动车的“全固态电池”，目标是在2027年至2028年实现“全固态电池”的量产实用化。丰田在固态电池上布局最久，也是世界上固态电池专利申请数量最多的企业，拥有1331项已知专利。第2位是松下，拥有445项专利。第3位便是出光兴产，拥有272项。

  这样的时间表其实在业内看来十分“激进”，甚至有中企直言难以相信。

  姚猛告诉记者，丰田在硫化物固态电池领域布局非常早，在一些关键材料的研发、特殊工艺特型设备的研发上有比较大的优势。硫化物材料在电导率方面表现非常出色，可以兼顾高能量密度、安全及超级快充，同时寿命很长。日本于十余年前在硫化物固态电解质的研究上取得关键突破，因此丰田确定了这条技术路线。只不过目前在动力电池产业化方面，可能不及预期，也就是在产业化方面有很大的改进空间。“中国在上下游产业的完备程度，对于新技术的响应速度等方面具备更多优势。在针对产业转化的研发方面，中国的能力很强，其实无论是磷酸铁锂电池，还是三元电池，材料都并非在中国发明，中国的优势在于产业转化。”

  有业内人士告诉《中国新闻周刊》，日企选择硫化物作为固态电解质的技术方案，成本依然难以降低，预计在2030年氧化物固态电池的成本降低至每瓦时几毛钱的水平时，硫化物固态电池的成本仍在2元~4元/瓦时，“其目前更多处于科学研究的阶段”。

【责任编辑：孟瑾】