重量比现有锂电池减轻近一半，续驶里程增加80%，成本降40%，而且任何情况下不爆燃……能解决安全、续驶等多重焦虑的全固态电池，正在从幕后走向前台，上车之旅进入倒计时。
近日，上汽集团宣布与清陶(昆山)能源发展股份有限公司联合投资10亿元设立合资企业，致力于打造超高性价比的新一代固态电池。按照规划，第二代固态电池2024年量产上车，液体含量将降至5%以下;2027年推出全固态电池，实现“10万辆级”的大规模量产装车。同期，恩力动力与软银公司也发布了联合开发的硫化物全固态锂金属电池，实测能量密度达到300Wh/kg。
近年来，固态电池领域吸引了丰田、大众、宝马、奔驰、比亚迪、广汽、东风、蔚来、高合、赛力斯等车企纷纷涌入。那么，全固态电池如今处于什么发展阶段?距离上车还有多远?还有哪些瓶颈有待突破?我国固态电池的国际竞争力究竟如何?这一系列问题都在随着固态电池上车的临近而逐渐清晰。
未来10年是研发应用关键期
“固态电池具备温度适应范围广、适合快充、高能量密度、高安全性等优质特性，可通过最严苛的单电芯针刺实验，整包可实现系统级零热失控，即单颗电芯热失控后实现整包永远不起火、不爆炸。”清陶能源总经理李峥向记者介绍，2022年，上汽集团与清陶能源成立了固态电池联合实验室，开发的第一代全固态电池已完成装车试验，在实现系统级零热失控前提下，单体能量密度达到368Wh/kg，相比磷酸铁锂电池能量密度提升100%以上，测试车辆最大续驶里程达到1083公里，充电10分钟可增加续驶里程400公里。
通常情况下，一款电池从开发到装车应用，是多层面的创新和集成。从整车角度看，电池材料、电芯、工艺制造、系统集成开发、软件控制等都需要同步开发。“清陶能源的长板在于材料开发和电芯设计等方面，车企的强项则在系统级开发、软件开发、整车项目管理等方面，双方强强联合，才能优势互补。”李峥认为。
对此，上汽通用五菱汽车股份有限公司智能平台首席技术官邵杰深有感触。他说，正是由于固态电池特别是全固态电池拥有诸多难以替代的优点，在目前固态电池全球竞争日益加剧的态势下，国内企业已经到了不得不加速开发的阶段，称其为“倒计时”毫不为过。目前，上汽通用五菱在广西建立了固态电池实验室，在启动固态电池研发项目的同时，也将向全社会开放研发资源，推动全固态电池加速上车应用。
在全固态电池上车倒计时之际，越来越多的车企已经走上投资、合作开发固态电池的新赛道。2022年就有报道称，小鹏汽车已经投资50亿元成立了科技公司主攻固态电池，准备在2027年推出量产上车产品。尽管小鹏汽车方面对此既不承认也不否认，但已经多次隐晦作出了回应。“我们非常期待固态电池。”小鹏汇天动力总成中心总经理侯聪说。
“固态电池中，有目前已开始上车应用的半固态电池，以及行业都在翘首以盼的全固态电池。”华东汽车新材料技术研究院研究员林澍文告诉记者，相对而言，两者之间的区分是看电解质采用的固液混合形态，通常以液体电解液质量占比5%至10%左右称其为半固态电池，这是目前在用的液态锂电池与全固态电池的折中方案，也是较为容易量产的过渡技术路线;而使用纯固态电解质则称为全固态电池。目前，国内很多动力电池、整车等相关企业都在独立或联合开发全固态电池，由此，全固态电池的上车已开启倒计时。
“随着技术开发的推进，全固态电池有望在2025年到2030年前后形成上车应用的高峰。”邵杰所言，得到行业多数人士的认同。多数受访者认为，未来10年是全固态电池研发应用的关键机遇期。
瓶颈犹存?阻碍规模化发展
尽管全固态电池拥有诸多优势，是在用锂电池的最佳替代方案之一，但现实中依然存在一些技术瓶颈，短期内能否形成规模化还面临不少考验。
“随着技术演进，全固态电池正在加速走向量产应用，但有些基础技术、生产工艺等问题仍未解决，导致现阶段成本较高，短期内难以实现规模化应用。”林澍文具体分析称，全固态电池的正极、负极、电解质化学组成及其物理、力学性质尚需改进，材料的兼容性、界面稳定性有待提升，电池整体的安全管理策略等技术尚不够成熟，固体电解质导电率差，采用锂金属易发生枝晶生长存在安全隐患等问题，这些都是亟待突破的技术瓶颈。另外，全固态电池对生产工艺、质量控制、材料性能、工程化应用等也有更为严格的要求，短期内很难批量生产，但不排除在一些特定区域可以实现小批量示范应用。
“除了技术问题，与其密切相关的成本问题也是全固态电池规模化应用的一道坎儿。”西北工业大学新能源应用技术研究中心研究员于冬生向记者表示，现阶段全固态电池较在用的液态锂电池成本高出30%以上。成本较高的原因，包括固态电解质目前难以轻薄化，使用的部分稀有金属原材料价格较高，叠加为高能量密度使用的高活性正负极材料尚未成熟，导致固态电解质和正负极成本仍然较高。
在全固态电池技术攻坚克难之路上，企业也正在加速前行。“作为整车企业，非常希望能及时抓住固态电池的机遇期。”邵杰表示，从技术研发层面看，在突破全固态电池技术瓶颈上，要重视发挥产学研用联合体的作用，采用一些先进技术来破解难题。例如在材料及工艺筛选方面，可以采用大数据、人工智能、仿真等技术方法，从算法到迭代及提高效率等方面，尽快筛选出更适用更成熟的材料体系、工艺体系等。从产业竞争层面看，车企也希望从贴近用户使用场景角度出发，去选用全固态电池。因此，无论是现实需求还是市场竞争，都在倒逼全固态电池研发加快从样品测试到整车应用的速度，加快探索全固态电池量产应用的路径。
固态电池国际竞争仍焦灼
固态电池作为目前行业最具潜力的新赛道之一，国际方面的竞争也日趋激烈。
从欧洲到日本，都在加速开发全固态电池。丰田、本田、日产等日系车企都已公布了全固态电池上车时间表。丰田汽车日前宣布将在2026年推出全固态电池，2027年将在雷克萨斯新电动车型上搭载全固态电池。
“在技术路径选择上，日本企业基本选择一步到位开发全固态电池方案，而中国企业优先选择相对务实的半固态电池路径，逐步过渡到全固态。”于冬生表示，近来，国内外固态电池的技术研发竞争呈现暗流涌动、不断加速之势。尽管半固态电池只是一种过渡技术路线，但在国内已经迎来量产装车阶段。
“全球范围来看，目前固态电池的开发主要有三种技术路线。”林澍文表示，以电解质材料划分，日韩正开发硫化物全固态电池，主要特点是室温电导率高，延展性好，但其中锂的稳定性较差，现处于课题研究阶段。欧洲开发的是聚合物固态电池，其主要特点是柔韧性好，易加工，目前已实现小规模量产，但其离子导电率低，有待提升。而中国大多选择氧化物固态电池，主要特点是机械强度高，热稳定性好，是目前综合性能较为优异的固态电池，其研发成本和难度较低，缺点是界面阻抗问题有待解决。美国则主要是以新创科技公司研发为主，不同技术路线均有涉及。
“由此可见，无论选择哪种技术路线，都有相应的技术与成本难点有待克服。”林澍文认为，要在短期内实现全固态电池的量产确有难度，而选择从半固态到全固态的渐进式技术路线则较为现实可行。近年来，日本、欧洲在全固态电池研究上领先，中国在半固态电池开发上世界领先。
“从固态电池行业竞争看，日本是用举国体制发展全固态电池，起步较早，论证严谨;中国的优势则是上车量产快，迭代快，能实现量产一代、研发一代、储备一代。”李峥认为，全固态电池新技术要真正被市场接受，不仅是技术问题，还有成本能否被市场接受的问题。因此，随着全固态电池技术发展，也要解决商业化推广中的成本和效益问题。
“随着多种技术路线的推进，一系列技术瓶颈不断突破，全固态电池规模化应用的时间正加速到来。”于冬生认为，技术创新正在成为全固态电池领域竞争的制高点，各国都在大力进行固态电池专利布局，国内相关企业在持续推进开发应用的同时，应更加重视专利布局，才能在国际竞争中拥有更多话语权，为全固态电池的上车应用及产品走向全球夯实市场竞争的基础。
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