全固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)飛輪剛剛啟動(dòng)，資本市場(chǎng)已提前躁動(dòng)。上市公司頻頻宣布已建成或即將建成中試產(chǎn)線，并明確量產(chǎn)計(jì)劃，讓投資者在當(dāng)前的市場(chǎng)氛圍下，相信中國(guó)有望繼續(xù)主導(dǎo)下一代電池的市場(chǎng)。
美國(guó)追求技術(shù)上的 " 彎道超車 "，但再次 " 避重就輕 "，缺乏將前沿探索與工藝設(shè)計(jì)向規(guī)模量產(chǎn)落地的供應(yīng)鏈與代工體系；也許它可以試圖嫁接在日本與韓國(guó)的產(chǎn)能之上，但在這個(gè)有望重塑格局的新市場(chǎng)里，豐田等日本車企巨頭也有充分的理由優(yōu)先服務(wù)自己的產(chǎn)業(yè)閉環(huán)。
作為下一代電池，全固態(tài)電池的路線圖已經(jīng)初步確定。2025 年年初，中國(guó)科學(xué)院院士歐陽(yáng)明高提出了技術(shù)落地的三個(gè)階段，關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)分別為 2027 年與 2030 年。他同時(shí)擔(dān)任去年成立的中國(guó)全固態(tài)電池產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新平臺(tái)（CASIP）理事長(zhǎng)。
行業(yè)目前正處于第一階段的起步期。從 2025 年開始，到 2027 年收官，全固態(tài)電池的技術(shù)棧，維持三元正極與石墨 / 低硅負(fù)極基本不變，它們也是當(dāng)前液態(tài)鋰電池的關(guān)鍵技術(shù)，行業(yè)則集中力量攻關(guān)硫化物固態(tài)電解質(zhì)，力爭(zhēng)打通全固態(tài)電池的完整技術(shù)鏈條，并在壽命與倍率性能上取得突破。
從實(shí)驗(yàn)室到產(chǎn)業(yè)化，市場(chǎng)對(duì)固態(tài)電解質(zhì)的技術(shù)選擇正快速收斂至硫化物。固態(tài)電解質(zhì)也正是固態(tài)電池相對(duì)于采用液態(tài)電解液的傳統(tǒng)鋰電池的核心區(qū)別。在去年之前，市場(chǎng)對(duì)于固態(tài)電解質(zhì)的材料選擇仍未完全形成共識(shí)，在氧化物、硫化物、鹵化物或聚合物上發(fā)散式探索。如今格局漸趨明朗：豐田是硫化物鐵桿支持者，手握全球最多專利；傳統(tǒng)巨頭比亞迪與寧德時(shí)代也明確宣布進(jìn)入賽道；LG 也終于下定決心從聚合物路線切換到硫化物。
選擇硫化物的好處在于，它的電化學(xué)窗口足夠?qū)挘嫒莞吣芰棵芏鹊恼?fù)極體系，后者正是固態(tài)電池提高能量密度的關(guān)鍵；它的室溫離子電導(dǎo)率高，接近甚至優(yōu)于液態(tài)電解液，這意味著更強(qiáng)大的快充能力，也是釋放高能量密度材料價(jià)值的前提。相比之下，聚合物或氧化物的離子電導(dǎo)率，在目前技術(shù)水平下，則要低 1 到 2 個(gè)數(shù)量級(jí)甚至更多。
但是，硫化物的短板也相當(dāng)明顯。其規(guī)模化生產(chǎn)需要嚴(yán)格的干燥環(huán)境，否則易生成劇毒的硫化氫，大幅推高基建和能耗成本。此外，在熱失控情境下，硫化物與正極反應(yīng)劇烈，可能帶來(lái)二次安全風(fēng)險(xiǎn)。
歐陽(yáng)明高稱，2025 年中國(guó)全固態(tài)產(chǎn)業(yè)的核心任務(wù)，就是材料的創(chuàng)新以及研發(fā)平臺(tái)的升級(jí)；到了明年，核心任務(wù)將是單體電池的突破。實(shí)驗(yàn)室階段已有一些解決方案，需要在中試環(huán)節(jié)驗(yàn)證它們?cè)趯?shí)際工藝和生產(chǎn)環(huán)境中能否穩(wěn)定、低成本地落地。
中試是銜接實(shí)驗(yàn)室與量產(chǎn)的過(guò)渡性環(huán)節(jié)，也是現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系的重要支撐。去年《制造業(yè)中試創(chuàng)新發(fā)展實(shí)施意見》已將其提升至政策層面，今年 " 人工智能 +" 行動(dòng)意見，更提出要推動(dòng) AI 在中試環(huán)節(jié)的落地應(yīng)用。有政府撐腰的中試，似乎成為中國(guó)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的一大法寶。
技術(shù)開始收斂，政策明確鼓勵(lì)，中國(guó)供應(yīng)鏈上下游企業(yè)已經(jīng)迅速卷了起來(lái)。連日來(lái)，恩捷股份宣稱百噸級(jí)高純硫化鋰中試線搭建完成，天齊鋰業(yè)披露 50 噸級(jí)硫化鋰中試項(xiàng)目動(dòng)工；先導(dǎo)智能則宣稱已交付各工段核心設(shè)備，輸出量產(chǎn)級(jí)整線方案。億緯鋰能宣布百兆瓦時(shí)級(jí)別固態(tài)電池中試年內(nèi)投入運(yùn)行，而來(lái)自國(guó)軒高科 200 兆瓦時(shí)中試產(chǎn)線的固態(tài)電池，已啟動(dòng)裝車路測(cè)。南方科技大學(xué)固態(tài)電池方向的教授直呼，在中國(guó)，一年相當(dāng)于其他國(guó)家的五年。
從目前的硫化物電解質(zhì)產(chǎn)能規(guī)劃看，這將是一場(chǎng)中國(guó)與日本之間的較量。日本布局液態(tài)鋰電池多年，結(jié)果被中國(guó)后來(lái)居上，這次卯足了勁要重新奪回話語(yǔ)權(quán)。而完敗于傳統(tǒng)鋰電的歐美，也相信這將是顛覆性機(jī)會(huì)。
但一旦走向中試，" 美國(guó)制造 " 又重新?lián)肀Я?" 輕資產(chǎn) " 模式。主導(dǎo)美國(guó)固態(tài)電池技術(shù)創(chuàng)新的都是初創(chuàng)企業(yè)，主要負(fù)責(zé)電池設(shè)計(jì)，不僅自己缺乏制造能力，本土也缺乏制造能力。上市公司 Solid Power 與 QuantumScape，股價(jià)已經(jīng)從歷史高光時(shí)刻 " 膝蓋斬 " 甚至 " 腳踝斬 "，投資者不愿意為它們的 PPT 買單。
終于，QuantumScape 在今年 7 月更新了投資者介紹文件，宣稱自己是輕資產(chǎn)（capital-light）商業(yè)模式。它將制造的重任，交給了合作伙伴大眾集團(tuán)子公司 PowerCo；它還計(jì)劃向更多汽車廠商對(duì)外技術(shù)授權(quán)。
Solid Power 從一開始就沒(méi)打算自己規(guī)模量產(chǎn)，下游合作方綁定了寶馬和福特，上游的硫化物來(lái)自韓國(guó) SK ON。它的電芯中試產(chǎn)線，直接放在了 SK ON 的工廠里，正在準(zhǔn)備現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收（SAT）；電解質(zhì)中試仍由自己主導(dǎo)，還在設(shè)計(jì)階段，最快明年完成調(diào)試（commissioning）。
Factorial Energy 尚未上市，建有自己的中試項(xiàng)目，良率約 85%，低于國(guó)軒高科宣稱的 90%。今年，該企業(yè)脫實(shí)向虛，推出了面向客戶的電池研發(fā)的 SaaS 服務(wù)。轉(zhuǎn)向?yàn)樾袠I(yè)做通用化研發(fā)平臺(tái)，也是美國(guó)另一家上市公司 SES 的選擇。這意味著它們可能最終都將徹底剝離自己的設(shè)計(jì)與制造業(yè)務(wù)，否則，誰(shuí)愿意把數(shù)據(jù)跑在競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的平臺(tái)上。
中試是全固態(tài)電池的中場(chǎng)戰(zhàn)事。中國(guó)至少已經(jīng)站穩(wěn)腳跟，向下一個(gè)節(jié)點(diǎn)沖刺。量產(chǎn)上車，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)回報(bào)，才能繼續(xù)投入更硬核的創(chuàng)新，交付更高價(jià)值的用戶體驗(yàn)。這樣的創(chuàng)新的正向循環(huán)，才能避免從飛輪再次滑向內(nèi)卷。
第一階段向硫化物收斂，是技術(shù)與市場(chǎng)妥協(xié)的產(chǎn)物。切換到固態(tài)電池，既不能犧牲續(xù)航和充電速度，又要盡量復(fù)用既有供應(yīng)鏈，以降低成本。但是，三元正極 + 石墨 / 低硅負(fù)極 + 硫化物固態(tài)電解質(zhì)的模式，電池能量密度的上限也僅 300Wh/kg，與傳統(tǒng)液態(tài)三元鋰電池的理論上限相比，優(yōu)勢(shì)并不明顯。好在還有安全與壽命優(yōu)勢(shì)。
對(duì)于中國(guó)而言，這一階段是成熟技術(shù)與新興技術(shù)不斷重組，誕生滿足市場(chǎng)需求的技術(shù)組合的工藝驗(yàn)證。而對(duì)于美國(guó)而言，從頭開始去大規(guī)模投建一整套注定要淘汰的過(guò)渡方案，變得異常昂貴；這也是為什么它們需要給資本講一個(gè) " 彎道超車 " 的故事，直奔鋰金屬負(fù)極。
不過(guò)，即使如此，中國(guó)的產(chǎn)業(yè)界定下的目標(biāo)，也要比學(xué)界超前三年左右。多數(shù)公司定下的設(shè)計(jì)目標(biāo)是，到 2027 年實(shí)現(xiàn)小規(guī)模量產(chǎn) 400Wh/kg 全固態(tài)電池。這一水平相當(dāng)于現(xiàn)有磷酸鐵鋰電池（LFP）重量能量密度的兩倍，體積能量密度的近三倍，讓乘用車更具性價(jià)比。難怪企業(yè)們都希望直接跨越 300Wh/kg 這個(gè)階段。
不過(guò)，要實(shí)現(xiàn) 400Wh/kg，需要在維持高鎳三元正極的同時(shí)，負(fù)極由石墨轉(zhuǎn)向高容量硅碳；若要進(jìn)一步突破至 500Wh/kg，則不得不引入鋰金屬負(fù)極。問(wèn)題在于，這兩類材料不僅成本更高，還面臨基礎(chǔ)性挑戰(zhàn)。固態(tài)體系中固–固界面接觸不如液態(tài)充分，而硅碳和鋰金屬在循環(huán)中體積膨脹顯著，極易產(chǎn)生孔隙，阻礙鋰離子傳輸并加速衰減；更嚴(yán)重的是，鋰金屬還伴隨枝晶生長(zhǎng)風(fēng)險(xiǎn)。
為改善界面接觸，實(shí)驗(yàn)室通常使用等靜壓設(shè)備對(duì)電池施壓。但如何在生產(chǎn)線和車用電池中實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期穩(wěn)定的壓力控制，仍是一大難題。今年 2 月，梅賽德斯—奔馳宣稱在固態(tài)電池原型車中安裝了 " 氣動(dòng)執(zhí)行器 "，作為壓力裝置，但未披露更多細(xì)節(jié)。
500Wh/kg 被視為全固態(tài)電池的分水嶺。在此之前，電化學(xué)機(jī)理主要屬于 " 插層反應(yīng) "，即鋰離子在正負(fù)極材料的層狀結(jié)構(gòu)間，可逆嵌入和脫出，但晶格骨架保持基本穩(wěn)定。而要突破這一能量密度上限，正極需演化為硫化物、氟化物或富鋰錳基材料，反應(yīng)機(jī)理轉(zhuǎn)向 " 轉(zhuǎn)化化學(xué) "，即鋰離子與電極發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成新化合物，伴隨結(jié)構(gòu)重排。
企業(yè)與投資者已對(duì) 2027 年的產(chǎn)業(yè)節(jié)點(diǎn)充滿期待。但歐陽(yáng)明高提醒，固態(tài)電池要真正形成規(guī)模應(yīng)用，市場(chǎng)滲透率達(dá)到 1%，仍可能需要 5~10 年的時(shí)間。
來(lái)源：未盡研究
