探究｜固态电池为什么上车难？

就在几天前，三星宣布研制出全固态电池，9分钟充满，续航接近1000公里。并且跟丰田已经有初步意向，在2027年为雷克萨斯量产装车。听起来似乎全固态电池又离我们近了一步。但光有固态电池想要解决续航和补能焦虑是不够的，还有充电设施也同等重要。对于全固态电池的实用性国内的讨论也是非常激烈。

比如蔚来汽车量产150kWh“固态大电池”后，李斌直播所说该电池“象征意义大于实际意义”。

今年5月，  智己L6 ( 参数 | 询价 ) 宣布固态电池技术即将上车量产，则是另一种“象征意义大于实际意义”的延伸，即营销宣传作用要大于智己L6是否真的是固态电池。

有网友质疑“是固态还是半固态”时，智己就已经收获了流量，同时智己官方微博的回应“白马是不是马呢”更是耐人寻味。

抛开企业产品传播需要，仅从固态电池技术剖析，汽车行业事实是目前所有量产装车的所谓固态电池，都是半固态电池。真正的全固态电池，乐观地估计是2027-2030年才能量产。

坦率的说，当一项能改变市场格局的重大技术还停留在绝大部分科技巨头的实验室阶段时，就已经被企业拿出来宣传，这或许是一场灾难的开始，堪称电池届的“大跃进”。

固态电池如何界定全固态才是“真”

固态电池，实际上是采用固态电解质的锂离子电池。工作原理上，固态锂电池和传统的锂电池并无太大差异，二者都是基于锂离子在正负极之间的迁移和电荷转移。只不过在结构上，固态电池正负极材料都采用固态电解质，同时取消了液态电池之间的隔膜。所以，区别二者的核心判断依据就是导电介质是固体还是液体。

在全固态电池中，传统锂离子电池里占据近40%体积和25%质量的隔膜和电解液被固态电解质所取代，正负极之间的距离被大幅缩短，甚至可以达到只有几到十几个微米的级别，从而使得电池的厚度大大降低。这意味着在相同体积下，固态电池要比液态锂电池拥有更高的能量密度。

同时由于没有电解液的存在，固态电池的封存变得更加容易，在汽车等大型设备上使用时也不需要再额外增加冷却管、电子控件等附属设备。并且在安全性方面，全固态电池也展现出了显著的优势。

在安全层面，传统的液态锂电池在大电流下工作时可能会出现锂枝晶现象，从而刺破隔膜导致短路破坏。同时，电解液为有机液体，在高温下容易发生副反应、氧化分解、产生气体等安全隐患。而采用全固态电池技术则可以有效解决这些问题。

但是固态电池还面临的一个问题就是高昂的成本难题。以蔚来汽车目前150kWh半固态电池包举例，目前成本高达25万元，对应单位成本达到了1.6元/Wh。25万元的电池成本已经逼近我国新能源车主流的售价区间，这显然是市场无法接受的。

其次，固态电池还有一个最大的技术难题有待攻克，那就是固态电池存在固固界面的传输阻力问题。有人很形象地比喻，固态电池和目前的液态电池中锂离子在正负极之间往复穿梭的导电率的差别，类似于“在沙子里游泳”和“在水里游泳”的差别。在低温下，或许更难以进行电子传导从而难以正常使用。

目前，全球范围内尚无全固态电池装车量产案例，全部处于电芯及装车评估测试阶段。固态锂电池产业化应用时间尚不明确，与液态锂电池相比，大规模应用存在一定瓶颈，主要集中在两个问题上。

第一，供应链不完善。固态电池相比现有成熟的液态锂电池技术变更巨大，需要重塑本就极其复杂的锂电供应链。

第二，性能和成本难以平衡，由于当前固态电池需要现有量产的正负极材料，只有使用三元高镍和硅基或Li负极材料才能实现较高的性能突破，但会大大增加成本。因此如何平衡性能和成本，开发出市场能够大范围接受的固态电池，仍需要一定时间。

在普遍认知中，固态电池与传统液态锂电池似乎主要差别在于液态电解质注液量的多少，从液态、半固态（或凝聚态）到全固态电池，电解质含液量将逐渐下降到零。

但其实这一认知中忽略了一点：0和1，也就是没有电解液和只有1%电解液也是有本质区别的，半固态相较于液态锂电池而言，只能称其为技术的渐进创新。只有全固态电池才会在材料体系、电池结构、生产工艺上存在质的差别。基于此，真正意义上的固态电池应是全固态电池，这也是世界各国科技巨头争相研发的，半固态电池只是过渡技术。

全固态电池成本高依然是门槛

目前，固态电池按材料体系主要分为三大技术路线：硫化物、聚合物和氧化物。但不论是哪种路线，都存在技术挑战和成本问题。

资料来源：《Lithium battery chemistries enabled by solid-state electrolytes》

由于硫化方案物潜力最大，日韩锂电巨头（SDI、SKI、LG、松下）以及宁德时代纷纷选择以其为主要技术路径。然而其开发难度最大，进展并不顺利。

尽管丰田一直声称汽车的未来不是电车，但在全固态电池的研发上，却没有落下，中日在固态电池的暗战一直在推进。早在2021年，日本车企就投入1.5万亿日元搞动力电池研发，甚至已经拿下1300余件固态电池专利，全球断层。丰田、松下、出光兴产分列全球前三大专利持有人，且相互之间还有着长期而密切的商业合作。

目前，丰田和出光就开发、生产和商业化硫化物固体电解质的三阶段计划达成一致，两家公司希望在开始量产之前，在2027-2028年实现固态电池的商业化。

但中国也没有闲着。截至2023年5月，全球固态电池关键技术专利申请量为20798项，其中中国有7640项，占比达36.7%；近5年，我国固态电池全球专利申请量年均增长20.8%，增速位列全球第一。其中以宁德时代和比亚迪的贡献较大。

宁德时代除了前不久发布了最高能量密度可达500Wh/kg的凝聚态电池外，也在布局硫化物全固态电池路线，目前已有高能量密度的固态电池样品，但商业化仍需5年以上。

宁德时代首席科学家吴凯去年曾表示，“全固态电池目前还有些行业核心问题亟待解决。目前全行业谁都不具备量产全固态电池的能力。至于到2027年能否量产，作为技术人员，我也很难说得准确。”

除了丰田，比亚迪是第二个最早开始研发固态电池的车厂，并且在固态电池专利数量方面，比亚迪以76项专利在国内厂商中排名第一。比亚迪并不满足于此，他们宣布在2025年试装全固态锂电池，在2026年，比亚迪将发布搭载全固态锂电池的新纯电平台和车型，进一步巩固其在电动汽车领域的领先地位。

4月10日，据中国科学院青岛生物能源与过程研究所消息，该研究所先进储能材料与技术研究组在硫化物电解质研究取得新进展，解决了硫化物全固态电池叠层工艺的行业痛点及瓶颈问题。在该突破下，真正的全固态电池有望在2026年就可以进行量产。

从结果看，中日企业都预计固态电池技术量产的时间在2027年前后，但为何在现在就提前放出消息？结合其他消息，有以下几点考量。

第一，从固态电池的强大性能来看，它就像是新能源车的一把火，让新能源车彻底摆脱了“充电焦虑”和“续航恐惧”，是目前最有可能颠覆新能源汽车的技术之一，其意义不亚于第二次工业革命中，内燃机取代蒸汽机的意义，是一种真正划时代的技术。

谁最先完成产品量产，提前一步打造技术壁垒，将在未来更具有话语权，以及更好制定偏向自己的游戏规则。

第二，攻克如此艰难的技术，所需要的经费以亿计，然而企业也没有那么多现金流，更多的是使用其他经济手段——融资。据东方财富Choice数据，4月10日，固态电池概念继续保持强势，多支个股股价大涨。

只有手中有真技术，或者设法让投资者对你有十足信心，投资人以及散户的钱才会源源不断地送来，这也是为何诸多企业如此高调宣布未来有关固态电池技术的主要原因之一。

第三，企业之间的“恶性”竞争，即在宣传声量上要压过彼此，这也和第二点息息相关，不过“夸大”的消息也会在一定程度上挫败竞争对手公司内部士气，正所谓，不战而屈人之兵。

全固态电池应用并不那么远

随着多家企业固态电池技术逐渐向商业化靠拢，全新的电池体系变革势必会对当前电解液锂电池产业产生颠覆。

未来固态电池的推出将减少锂矿石的使用，同时以硫化物路线研制的固态电池，所需矿物材料种类还将新增包括硫化锂在内的，锗、磷、硅等其他矿物原料。对于手握锂矿的企业，仅有单一种类矿厂明显不够。毕竟只要有一种原料被卡脖子，整体固态电池生产线都将受到影响，参考疫情期间，普通液态电池因锂原料成本的提升而价格飞涨的情况。

同时，一些观点认为，能量密度更高，充电更快的固态电池推出之日，就是蔚来汽车换电模式倒闭之时。相反，固态电池的推出将有助于换电模式可以进一步地铺开。固态电池的推出，让换电站安全性得到进一步保证，让空电池充电效率、换电站整体换电效率都可以得到进一步提升。

以蔚来汽车的150kWh的半固态电池，虽然电池包容量更大，但其和蔚来100kWh、75kWh电池包的体积一致，依然可支持换电。

蔚来汽车的换电模式因为是与充电模式互补得来的产物，其目的依旧是解决车主即时补能的需求，如果电池技术还未到5分钟达成500KM，且遍地都是超充桩时，蔚来的换电将依旧生龙活虎。

因为其充电快、安全性高、体积小的优点，固态电池将作为核心储能设备加快储能设施的布局，完成国家层面对于能源安全的保障。

最后，回归车企研发固态电池的本质，我们是否可以大胆畅想未来电动汽车设计将会因固态电池这个灵活度更高的部件有新的发展。尤其是体积相比液态电池更小，是否可以回到燃油车前置、中置和后置的布局？一些纯电概念车或许可以真的实现落地路跑。