固态电池是不是新能源车的救世主？

^{作 者 | Rickzhang}

 

近日，被誉为全美固态电池“三驾马车之一”的量子景观（QuantumScape）公司宣布，其固态电池成功通过了德国大众公司严苛的50万公里耐久性测试。

 

据1月3日大众集团电池子公司PowerCo发布的报告显示，QuantumScape提供的24层固态电池A样品在位于德国萨尔茨吉特的实验室里经历了数月之久、高达1000多次的充电循环测试，电池容量保持率仍高达95%以上。这一数据看似令人印象深刻，但仍有专家指出，实际使用中的环境条件远比实验室复杂，能否在长时间内保持如此高的容量保持率尚存疑问。

 

 

 

 

此外，测试数据还显示，搭载QuantumScape电池的电动汽车在WLTP工况下续航里程为500-600公里。在电池的全生命周期内，车辆可行驶超过50万公里而无明显续航能力衰退。然而，有分析师指出，这一续航里程仍低于部分现有液态电池的表现，且固态电池的生产成本较高，商业化前景仍不明朗。

 

尽管QuantumScape声称其固态电池性能已超越当前行业标准，即在700次充电循环内最大容量损失为20%，且在快速充电能力、安全性和自放电方面达到或超过了相关测试标准，但仍有不少业界人士对其持保留态度。他们认为，固态电池技术仍处于发展初期，距离大规模商业化应用仍有较长距离。

 

 

 

QuantumScape的首席执行官Jagdeep Singh在接受媒体访问时坦言，公司在固态电池技术上取得了显著进展，但要想将这项技术真正推向市场，仍有“长路要走”。这一表态无疑给那些对QuantumScape寄予厚望的投资者们泼了一盆冷水。

 

Singh和QuantumScape团队一直在努力寻求将这项技术产业化并加速推向市场。然而，令人失望的是，他们至今未能给出一个明确的商业化时间表。这使得那些已经耐心等待了好几年的股东们开始感到焦虑和失望。

 

事实上，一些早期投资者在QuantumScape的股票上已经遭受了惨重损失。他们原本期待着公司能够迅速将固态电池技术商业化，从而带来丰厚的回报。然而，随着时间的推移，QuantumScape的股价并未如预期般上涨，反而出现了大幅下跌，导致这些投资者的投资损失惨重。

 

01  为什么都看好固态电池

 

随着科技的飞速发展，固态电池作为一种新兴的电池科技，正逐渐走进我们的视野。它与传统的锂离子电池和锂离子聚合物电池有着本质的不同，主要体现在其使用了固体电极和固体电解质。

 

我们知道，无论是三元锂电池还是磷酸铁锂电池，其内部都离不开液态电解液这个关键介质。科学家们形象地将这种传统液态锂电池比作“摇椅式电池”，其中摇椅的两端代表电池的正负极，而中间的液态电解质则像是摇椅的座位，锂离子在其中来回穿梭，完成了电池的充放电过程。

 

然而，固态电池的出现，有望彻底改变这一格局。它采用了全固态电解质，这不仅让电池的适用材料体系发生了改变，更重要的是，它可以直接使用金属锂作为负极，从而大大减少了负极材料的用量，提高了电池的能量密度。

 

 

 

此外，传统锂离子电池中占据近40%体积和25%质量的隔膜和电解液，在固态电池中被固态电解质所取代。这样一来，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。这也意味着，全固态电池技术是实现电池小型化、薄膜化的关键所在。

 

不仅如此，当固态电解质的厚度薄到毫米级以下时，即使是脆性的陶瓷材料也能展现出一定的柔性。因此，全固态电池在轻薄化后，其柔性程度也会有明显的提高。通过选择合适的封装材料，制成的电池甚至可以经受几百到几千次的弯曲而保持性能基本不衰减。

 

在安全性方面，固态电池也展现出了显著的优势。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。

 

从原理上来说，固态电池与液态电池并无太大差异，但其电解质为固态的特性却赋予了它更多的优势。固态电解质的密度和结构可以让更多的带电离子聚集在一端，从而传导更大的电流并提升电池容量。因此，在相同的电量下，固态电池的体积可以做得更小。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，这不仅节约了成本还减轻了重量。

 

鉴于科学界普遍认为锂离子电池已经接近其性能极限，固态电池在近年来被寄予厚望，被视为有可能继承锂离子电池地位的下一代电池技术。

 

它采用锂、钠等制成的玻璃化合物作为传导物质来取代传统的电解液，从而大幅提升了锂电池的能量密度。虽然固态电池的功率密度相对较低，但其高能量密度和功率重量比却使它成为电动汽车等应用领域中的理想选择。

 

02  量产难点在哪

 

在新能源汽车的风口浪尖，固态电池作为被寄予厚望的下一代动力电池，其商业化进程一直备受关注。近日，丰田汽车在技术说明会上放出重磅消息：他们找到了合适的材料，并计划在2027年至2028年间将固态电池商业化，推出配备这一技术的纯电动汽车。然而，这一声明并未伴随详细的技术展示，引发了外界的质疑与讨论。

 

固态电池的优势显而易见：高安全性、高能量密度，以及在极端温度下的稳定表现。这些特性使其成为动力电池领域的明星，各国都在争相布局。但回顾历史，我们会发现固态电池的量产之路并不平坦。早在30年前，美国橡树岭国家实验室就宣称研发出固态电池，但时至今日，大规模量产仍未能实现。

 

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。日韩企业，如丰田、三星SDI等，主要押注硫化物体系，技术积累深厚。欧洲则偏向聚合物路线，而中国以氧化物体系为主。但不论是哪种路线，都存在基础性的技术挑战和成本问题。

 

硫化物电解质虽被寄予厚望，但其空气稳定性差，暴露于空气中会产生有毒气体，同时性能衰减；聚合物电解质在室温下离子电导率较低，限制了其商业化应用；而氧化物电解质虽具有较宽的电化学稳定窗口，但也存在界面化学副反应和锂枝晶生长问题。

 

成本方面，当前半固态电池的成本已远高于液态电池。以NCM811液态电芯和半固态电芯为例，半固态电芯的成本增加了约80%，其中固态电解质成本占据半壁江山。考虑到全固态电池在生产工艺、质量控制等方面的更高要求，其成本只会更高。

 

动力电池的量产需要满足能量密度、充放电倍率性能、成本、安全性和循环寿命五大指标。实验室中的研究成果往往只能在某个或某几个指标上取得突破，要同时满足所有指标要求才能实现量产。因此，尽管固态电池看似即将迎来商业化曙光，但实际上其量产之路仍然漫长且充满挑战。

 

面对固态电池的高成本和技术难题，一些国产车企已经开始转向半固态电池的研发和生产。然而，即便是半固态电池，其成本也仍然高昂。以蔚来推出的ET7车型为例，其搭载的半固态电池成本高达25万以上，这对于大部分家用车来说显然是难以承受的。

 

总体来看，固态电池作为下一代动力电池的候选者，虽然具有诸多优势，但其商业化进程仍面临诸多挑战。成本高昂、技术难题待解、生产工艺和质量控制要求严苛等问题都是制约其大规模产业化的关键因素。未来几年内，我们或许难以看到固态电池的大规模量产，但其潜在的巨大市场价值和战略意义仍使得各国和企业不愿放弃这一领域的竞争。

 

03 国内水平如何

 

随着新能源汽车市场的持续升温，固态电池作为下一代电池技术的有力竞争者，正吸引着全球车企和投资者的目光。去年12月，蔚来CEO李斌亲自驾驶ET7挑战“1000公里续航”，所搭载的150kWh超长续航电池包成为全球焦点。这款无热失控软包CTP电池的电芯能量密度高达360Wh/kg，预计今年4月将正式量产，为蔚来全系车型注入新动力。

 

在固态电池的赛道上，中国车企和海外巨头都在加速布局。上汽集团宣布，从2024年起将在不同车型上实现半固态电池的量产应用。长安汽车、广汽集团等则瞄准了2025年至2026年的时间窗口，计划推出搭载半固态电池的车型。海外方面，宝马和日产也分别公布了各自的固态电池研发和应用计划。

 

值得一提的是，虽然丰田汽车早前曾宣布在2027年实现全固态电池的量产，但最近却将这一时间表推迟到了2030年以后。这一调整无疑给固态电池的量产前景增添了一丝不确定性。

 

然而，中国在全球固态电池领域的研发实力不容小觑。据国家知识产权局局长申长雨介绍，中国在锂电池特别是固态电池领域是全球主要的技术来源国之一。截至2023年5月，全球固态电池关键技术专利申请量中，中国占比高达36.7%，且近五年来年均增长速度位列全球第一。

 

中信证券新能源汽车行业分析师袁健聪指出，固态电池突破了锂离子电池的安全与能量密度瓶颈，具有巨大的应用潜力。在中国国内，宁德时代、中创新航、赣锋锂业等电池企业以及广汽埃安、长安汽车等车企都在固态电池领域积极布局。根据业内规划，全固态电池的量产时间有望在2026年左右实现。

 

具体到各企业而言，宁德时代在互动平台上表示，公司已拥有大量固态电池技术储备，并致力于解决各种工程技术难题。虽然公司当前主推的凝聚态电池比固态电池更快实现量产，但固态电池的研发仍在稳步推进。广汽集团则宣布，其固态电池已取得突破性进展，计划在2026年实现装车搭载。

 

此外，上汽集团、一汽集团、东风集团等国内车企也在固态电池领域取得了重要进展。其中，上汽集团将在2024年起实现半固态电池的量产应用。

 

一汽集团开展相关固态电池开发的主体是一汽研发总院新能源开发院电池开发部。根据公开信息，其开发的全固态电池采用硫化物固态电解质技术路线，开发容量10Ah，比能量320Wh/kg、680Wh/L，循环寿命超过500次的全固态电池。

 

东风集团的第二代固态电池也预计于2024年上半年实现量产搭载，届时整车续航里程可达1000公里以上。此外，比亚迪早在2016年以前就开始投入固态锂电池的研发工作，目前在国内的相关专利数量众多，位列国内前茅。

 

总体来看，固态电池作为下一代电池技术的有力竞争者，正吸引着全球车企和投资者的目光。虽然量产时间表仍存在一定的不确定性，但随着技术的不断进步和产业链的逐步完善，固态电池的量产前景日益明朗。

 

中信证券认为，随着固态电池产业链降本和产业化程度提升，固态电池各环节将充分受益，为新能源汽车市场的发展注入新的活力。中邮证券也表示，预计2030年中国固态电池出货量将达251.1GWh，2030年市场空间有望达200亿元。

 

 

参考资料：

《充电10分钟续航1200公里？刷屏的固态电池量产有多难》新京报

《固态电池量产难在哪》经济日报

《固态电池》百度百科

《新能源汽车行业固态电池专题报告：半固态装车引领，全固态未来可期》中信证券

《固态电池行业深度：产业化按下加速键，技术突破进行时》中邮证券

《固态电池产业化提速，电池材料再迎拓展——固态电池行业系列之一：固态电解质》国泰君安

《固态电池行业深度：千呼万唤始出来，犹抱琵琶半遮面》东吴证券