证券时报记者 韩忠楠
近期，万向钱潮(000559)、紫建电子、南都电源(300068)等不少于8家动力电池产业链公司，先后公布了各自在半固态电池以及全固态电池领域的技术进展。
此外，宁德时代(300750)、比亚迪(002594)、中创新航、欣旺达(300207)等动力电池企业也披露了各自研发的固态动力电池装车时间表，2027年预计成为全固态电池小批量上车元年。
从半固态电池到全固态电池，从实验室走向应用场，固态电池的商业化还需要迈过材料关、技术关及成本关等数道门槛。
中国科学院院士、中国电动汽车百人会副理事长欧阳明高表示，固态电池被行业视为最具潜力的“下一代动力电池”，但结合燃料电池的研发经验来看，固态电池的商业化仍然需要逐步实现。
攻克“技术关”
材料升级是关键
与依赖液体电解质的传统锂电池不同，固态电池是一种使用固体正负极和固体电解质的电池。根据液体电解质含量的不同，固态电池可分为半固态、准固态、全固态三种类型。
“固态电池的工作原理其实与液态锂电池相同，充电时正极中的锂离子从活性物质中脱嵌，通过固态电解质向负极迁移，完成充放电过程。”某动力电池研究院固态电池领域的研发人员向证券时报记者表示，从液态电池到固态电池，首先会面临电解质材料的变更，工艺上也会发生转变。
国联证券分析称，固态电池技术发展和应用将按照“固态电解质―新型负极―新型正极”的形式呈现梯次渗透，核心在于引入新材料体系。
其中，负极材料将从石墨向硅基负极、含锂负极、金属锂负极升级；正极材料将从高镍三元，向高电压高镍三元、超高镍三元，再向尖晶石镍锰酸锂、层状富锂锰基等新型正极材料迭代升级；隔膜将从传统隔膜，向氧化物涂覆隔膜升级，甚至最终取消隔膜。
具体来说，在负极材料端，短期内，硅基负极有望成为固态电池负极材料的主要解决方案。长期来看，金属锂将成为固态电池负极的终极选择。杉杉股份(600884)、璞泰来(603659)、贝特瑞、中科电气(300035)、赣锋锂业(002460)、天齐锂业(002466)等公司均在固态电池负极材料方面有所布局。
而在正极材料端，固态电池正极开发包括三种路线，分别是高镍三元正极、镍锰酸锂、富锂锰基。容百科技(688005)、当升科技(300073)均已经实现高镍三元产品对固态电池企业的出货。今年9月，容百科技在投资者互动平台表示，公司固态电池材料已与清陶、宁德时代、卫蓝新能源等国内外40余家电池及整车企业建立了合作关系。全固态电池的三元正极材料获得行业头部客户充分认可，2024年出货量稳定增长。
当升科技近期披露，公司2024年上半年累计出货数百吨固态电池正极材料，已顺利导入固态电池客户，并成功装车应用于一线车企固态电池车型。
东风汽车集团公司研发总院先进材料与先行技术研究中心固态电池高级经理金玲表示，固态电池从实验室到量产的过程中，高性能的负极材料和正极材料，都面临着开发难的挑战。
“在高压下，三元正极容易失氧，会导致电池鼓包。因此很多正极材料企业都在研究用大的单晶化和氧化物包覆。”金玲表示，硅基负极材料也存在类似的痛点，会造成电芯膨胀。
多位受访人士表示，固态电池会带来电池材料体系的系统升级，但在升级过程中，多个环节均会面临挑战。
“固固界面”难题待解
电解质作为固态电池技术的首要“变量”，也存在着技术路线之争。目前，固态电池的电解质涉及聚合物、氧化物、硫化物、卤化物等多种路线。
“这几条路线各有优缺点，聚合物路线的特点是柔韧性好，不易大规模制造，但它的离子电导率相比其他几种电池是最低的；氧化物路线的离子电导率居中，但是它在界面接触方面存在挑战；硫化物路线是离子电导率最高的，但是稳定性不高。”金玲分析道，上述几种路线各自的成熟度不同，预计氧化物和聚合物复合的路线是可以率先得到搭载验证的。
据悉，北京卫蓝、清陶能源采用的都是聚合物复合电解质路线，上述两家公司研发的半固态电池已相继在蔚来、上汽智己的车型上实现应用。而宁德时代、比亚迪、鹏辉能源(300438)、松下、LG新能源、三星SDI等公司则在探索硫化物技术路线。
今年8月，鹏辉能源发布的固态电池产品，就展现了在材料创新层面的突破。据悉，鹏辉能源的固态电池采用了自主研发的无机复合固态电解质层。除了氧化物电解质之外，这一电解质层还结合了新型无机复合粘结剂和功能添加剂等关键材料。
由于全固态电池不包含电解液，因此会形成“固固界面”。国家动力电池创新中心副主任王建涛表示，电解质材料是粉体材料，彼此之间互相接触，会形成很多小界面，使得离子传输存在障碍。
宁德时代董事长曾毓群也曾在公开场合指出，研发全固态电池的关键，在于对材料和化学体系的研究，其中最难的就是攻克“固固界面”的问题。
目前，针对上述难题，行业内涌现出不同的探索思路。南都电源董秘在回复投资者提问时表示，南都电源通过氧化物电解质原位成膜组装技术和致密干法电极工艺，破解了限制固态电池产业化的“固固界面”难题，大幅改善了固态电解质与电极的界面接触性能，有效降低电芯内阻。
多步走推进商业化落地
固态电池具备能量密度高、安全性好和循环寿命长的优点。正因如此，产业界一直在持续推进固态电池的商业化落地。
中信证券分析称，我国半固态及全固态电池发展具备技术路线低风险、“小步快跑”节奏好、产业化条件充沛等优势，有望在新能源汽车推广的“下半场”迎来新一波市场高潮。据测算，2030年，全球固态电池出货量或将达到643GWh，2024―2030年复合年均增长率将达133%。
从国内主流电池企业披露的量产时间表来看，2026年―2030年将成为固态电池产品密集上车的关键时期。不过也有不少业内人士表示，要在近两三年实现规模化量产，仍然存在不小的挑战。其中一大难点就在于“成本关”的突破层面。
据了解，目前固态电池较同规格的电池成本要高4―10倍。这种高成本不仅体现在材料端，还涉及制造环节。一位业内人士向证券时报・e公司记者透露道，目前液态电池建线成本1GWh需要投资1.5亿元，而固态电池的产线成本要明显高于这个水平。
尽管如此，产业链上下游的企业仍然在通过技术手段进行降本。欣旺达近期透露，通过技术创新，公司预计可以在2026年将聚合物体系的全固态电池成本降至2元/Wh，与半固态电池成本接近。
“全固态电池给新能源汽车产业提供了一条新的赛道，可以更好地解决电动车存在的痛点问题。”北京卫蓝新能源科技有限公司董事长兼总经理俞会根表示，随着规模化效应的凸显，固态电池成本下探可期。在实现产业化、商业化的过程中，还需要构建完备的固态电池产业链。
记者注意到，在推进固态电池量产的过程中，上汽集团(600104)、广汽集团(601238)、贝特瑞等公司均采取了“多步走”策略，渐进式推进固态电池商业化落地。
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