動力再進化：競逐下一代電池

陳惟杉

圖/視覺中國

李斌給衛藍新能源出了一道題——為蔚來ET7設計一款150度的電池，讓這款轎車的續航里程達到1000公里，但是電池重量不能超過600公斤。蔚來ET7搭載的100度液態電池的重量已經達到555公斤，衛藍新能源最終供應的半固態電池的重量只增加了20公斤，達到575公斤。顯然，這是一款能量密度更高的電池。

2021年1月9日，蔚來便宣布ET7將使用固態電池技術，第二天李斌便辟謠稱，2022年量產的“固態電池”，準確說是半固態電池。2023年12月，李斌駕駛一輛搭載半固態電池的蔚來ET7行駛了1044公里。預計今年五六月，這款半固態電池會出現在蔚來的換電站。

2023年也被眾多業內人士視為固態電池技術上車元年。鋰電池四大主材是正極、負極、電解液、隔膜。其中，電解液和隔膜的作用是實現鋰離子自由穿梭。固態電池是用固態電解質替代電解液，解決電池安全問題。同時，固態電池可以搭配能量密度更高的正負極材料，提高電池能量密度。

電池技術的迭代，本質上是不同材料體系之間的競爭，其演進歷史是人類“馴服”不同材料的過程，努力在能量密度、安全、成本等維度之間尋求平衡，固態電池被認為是能夠平衡多重需求的“終極電池”。

在固態電池賽道，從傳統液態電池巨頭到初創企業，都希望復制過往中資企業在液態電池領域取得的成功。21世紀初期，比亞迪入局電池產業時，磷酸鐵鋰電池其實并不算成熟的技術路線，但是通過技術迭代最終帶動整條產業鏈的發展。固態電池被認為也將給產業鏈提供這樣的風口。

固態電池技術風口

中國固態電池領域兩大“獨角獸”公司：清陶能源，完成G+輪融資，估值約為260億元；衛藍新能源估值約為157億元。2023年以來，兩家“獨角獸”公司動作頻頻。

成立于2016年的衛藍新能源，已經有蔚來、吉利、華為、小米、路特斯等一眾車企與汽車產業鏈參與者。蔚來持股比例接近15％，是第一大單一股東。

清陶能源則相繼引入北汽、上汽、廣汽等國有汽車集團作為戰略投資股東。2023年5月，上汽集團稱將追加不超過27億元投資，完成后間接持有清陶能源約15.29％股權，成其第二大股東。

車企“站隊”押注固態電池技術，正是因為液態電池無法兼顧安全與能量密度。對比液態電池當下主流的兩種技術路線，磷酸鐵鋰電池相比三元電池更加安全，但是能量密度無法與之相比。衛藍新能源董事長俞會根告訴《中國新聞周刊》，固態電池因此獲得機會。

依據電解質材料的差異，固態電池有三條技術路線：氧化物、硫化物與聚合物。其中，以硫化物作為電解質材料電導率更高，但是制備難度較高，而中國則更多押注氧化物技術路線。

正是因為中企更多選擇氧化物技術路線，因此在液態電池與全固態電池之間留有“灰色地帶”，即“半固態電池”?！鞍凑针娊庖旱暮?，可以將電池分為液態、固液混合態、全固態。如今市場上的‘固態電池，是一個相對籠統的概念，只要加入固態電解質，降低電解液含量，便被認為應用固態電池技術。從液態電池到全固態電池是一個漸進過程，衛藍新能源量產的半固態電池已經將電解液含量降至10％以下，屬于固液混合態初級階段，但這一比例降至1％以下時便接近全固態電池?！庇釙嬖V記者。

電池中的電解液變為固態電解質有可能降低電池的能量密度，增加能量密度主要依靠正負極材料的變化。俞會根喜歡將正負極類比為兩只“怪獸”，電解液只能“馴服”較低等級“怪獸”，因為可以選用的正負極材料受限，其能量密度上限約為300Wh/kg，目前主流液態三元電池的能量密度為260～280Wh/kg。從液態電池到半固態電池，再到全固態電池，其實是馴服“怪獸”的能力在提升，可以使用能夠帶來更高能量密度的正負極材料?！白畹湫偷哪^于負極材料的改變，液態電池的負極材料只能使用石墨，衛藍新能源交付蔚來的半固態電池已經在負極材料中摻入硅，而最終能‘馴服金屬鋰負極的只可能是全固態電池?！惫柝摌O的理論克容量是石墨負極的10倍。

類似的故事也發生在正極一端。2019年，“811電池”曾因幾起自燃事故陷入爭議，“811電池”即正極材料中鎳鈷錳含量比例為8：1：1的三元鋰電池。俞會根告訴記者，正極材料中鎳含量越高，意味著更高的能量密度，但因為鎳更為活躍也更難被‘馴服。但是半固態電池可以馴服鎳含量達到九成的正極材料。

“馴服”的過程也是電池變得更加安全的過程，最直觀的表現是工作溫區的變化，當前溫度超過55℃時液態電池便會停止工作，而半固態電池、全固態電池會將這一上限提升到60℃、80℃。

用俞會根的話來說，固態電池技術的特點是“三高”，高安全、高溫區、高能量密度，對應新能源汽車的三個核心焦慮：首先是安全焦慮，除非蓄意破壞，否則碰撞、過充等引發自燃將成為歷史。其次是低溫焦慮，液態電池在冬季續航“打折”是常態，磷酸鐵鋰電池尤甚。雖然固態電池低溫性能沒有明顯提升，但是它可以在高溫環境下運行，因此可以為固態電池進行絕熱、保溫和加熱處理，避免其在低溫環境中工作。再次便是續航焦慮，以為蔚來ET7量產的半固態電池為例，標稱續航超過1000公里。

盡管一些搭載液態電池的新能源汽車也能實現1000公里續航，但是俞會根表示，其以較高的能耗為代價?！斑@也是很多車企當前并不追求1000公里續航的原因，液態電池能量密度有限，增加續航里程只能加裝電池，推高整車重量，提高能耗。固態電池技術通過提升能量密度，可以在整車減重的同時增加續航里程?！?/p>

他告訴記者，整車每減重100公斤，能耗可以降低3％～10％，以3％的下限作為標準，衛藍新能源曾為大眾一款續航617公里的新能源汽車進行測算，達到相同續航里程，半固態電池、全固態電池能分別少安裝3.4度5.4度電池，分別降低3000元、5000元的電池成本。

“其實1000公里續航對于半固態電池而言只是一個起點，理論上半固態電池的能量密度可以更高。以磷酸鐵鋰電池為例，電池包的能量密度為160瓦時/公斤左右，三元電池電池包的能量密度則在200～250瓦時/公斤，而蔚來ES6半固態電池包的能量密度超過260瓦時/公斤。未來伴隨新的正負極材料的導入，電芯成組效率的進一步提升，半固態電池電池包的能量密度將從現有液態電池電池包200瓦時/公斤的維度提升至300瓦時/公斤?！倍髁恿虘B電池研發總監姚猛告訴《中國新聞周刊》。

“更少的電池，更多的續航里程”，故事聽起來很美好，但是前提是與液態電池相近的成本。

如何“擠上牌桌”？

當鋰電池原材料價格回歸常態，鋰電池行業正在進行的“價格戰”無疑給固態電池技術進入市場帶來壓力。而較為強烈的降本訴求也決定了車企對于電池技術路線的選擇，磷酸錳鐵鋰電池的興起便是明證。

小鵬汽車電池技術高級總監仲亮就曾在去年公開表示，更關注能滿足低成本和快充性能的新電池技術，例如磷酸錳鐵鋰電池。

國軒高科國際工程研究院副院長朱冠楠告訴《中國新聞周刊》，對于動力電池而言，目前磷酸鐵鋰電池與三元電池的電量多為40～60度電、80～120度電。磷酸錳鐵鋰電池可以填補兩者之間的空白，覆蓋60～80度電區間，成本也介于兩者之間?！皹I內一直對于三元電池的成本有所顧慮，特別是如今磷酸鐵鋰電池成本已經接近BOM標準成本的情況下，而磷酸錳鐵鋰電池可以在控制成本的情況下將電池能量密度進行提升，逼近中鎳三元電池水平，對于三元電池市場份額的沖擊更為顯著?！?/p>

“磷酸鐵錳鋰材料二三十年前已經出現，正是在當今降本訴求強烈的市場氛圍下，促使電池廠商、材料廠商加大對其研發的投入力度，可以說是當下市場環境催生出的技術路線?！敝旃陂硎?。

仲亮就曾直言，當前半固態電池成本太高，是液態電池的2倍。顯然，成本是半固態電池沒能大規模進入市場的主要障礙。

有電池廠商人士告訴記者，自己感受到了車企對于半固態電池態度的微妙變化?！耙荒昵?，電池廠商已經向車企送去半固態電池樣品，對方表達出濃厚的興趣，甚至提出比較激進的產品應用路線。但是隨著去年下半年車企面臨更大的降本壓力，車企對于半固態電池逐步從熱烈追捧轉為謹慎觀望。亦有新勢力車企明確推后了半固態電池上車計劃?！?/p>

材料的變化一方面在改變電池的性能，另一方面也在短期內推高了電池的成本。朱冠楠透露，國軒高科的半固態電池比三元電池的成本高出5％～10％，主要因為使用的硅負極材料尚未量產，但其未來有50％以上的降本空間，有望與現有的石墨負極材料持平。

“鈷的價格是鎳的價格的3～5倍，固態電池技術可以兼容高鎳正極材料，這意味其相比三元電池正極材料使用更少的鈷，未來反而更具成本優勢?！庇釙f，高鎳材料成本一定低于中鎳材料，目前成本較高的原因在于尚未規?；a。

規?；a對于降本會起到重要作用。至于拐點何時到來，姚猛坦言，業內之所以認為產量達到一定數量級，便可以更好控制成本，是因為達到一定量級的產能后，便可以獨立支撐上游的廠商，這意味著電池廠對上游企業有更多議價空間，對于下游車企而言，擁有一定產能支撐也可以更有信心地推廣新車型?！皹I內對于拐點的預測不盡相同，但多在10吉瓦時級別?！?p>

衛藍新能源半固態電池產線。圖/受訪者提供

2022年5月9日，安徽合肥市一家新能源公司內，員工為磷酸鐵鋰電池包進行組合激光焊接。圖/中新

衛藍新能源預測，全固態電池產業化之后，會比現有的液態三元電池成本降低10％～20％，清陶能源的結論更為激進，預計降本幅度將達四成。

降本的前提是量產，對于固態電池技術而言，當下最重要的是“擠上牌桌”，不只是在動力電池領域。儲能電池顯然是一個比動力電池更加“內卷”的市場，一些大型儲能項目電池的采購價格已經低至單瓦時0.3元。

“儲能客戶的要求是價格不能高于現有的磷酸鐵鋰儲能電池，但是作為后發產品又不能沒有優勢，只能在新技術應用與成本控制間尋求平衡?！庇釙寡?，對于半固態電池而言，現階段最重要的是擠上牌桌，擠上牌桌后再迭代產品?！敖衲昱c‘五大六小發電企業的合作會陸續落地，應用案例的積累意味著成功擠上牌桌?！?/p>

姚猛認為，在市場導入階段，需要做好兩件事情，首先是短期內對于細分市場進行針對性研發，突出固態電池技術的優勢，找到一些液態電池無法勝任，又對成本容忍度較高的細分市場，而這樣的市場可能并非動力電池市場。其次，部分固態電池的技術，可以在現有液態電池技術體系下提前投入市場，比如復合隔膜技術、正負極界面優化技術等已經可以導入現有業態體系，這些新技術的成本將會得到提前優化。

姚猛告訴記者，電池的性能可以分為五個維度：能量密度、壽命、倍率性（快充性能）、成本和安全。但是在半固態電池產品推出的初期，難以兼顧這五個維度。

“新技術誕生初期的成本一定比較高，動力電池對電池廠商的產能規模與控制成本的能力都有較高要求，比如產能規模至少要達到1～2吉瓦時，對于初創企業而言有一定難度?！币γ透嬖V記者，恩力動力最先選擇進入無人機市場，因為無人機市場的痛點剛好可以用半固態電池的優勢彌補，其對于能量密度要求比較高，而且因為搭載電池較小，因此對于電池成本敏感度不比新能源汽車，但是最終的目標一定是進入汽車動力電池市場。

“吃螃蟹”的車企

俞會根曾被雷軍問道，“你的第一個客戶是誰？”在他看來，這代表了車企對于固態電池技術的糾結態度，既不愿冒進，也不愿落后?！俺泽π贰钡能嚻笞兊糜葹橹匾?。

俞會根坦言，蔚來采取換電模式，對成本相對不敏感。如果采取整車銷售模式，意味較高的電池成本直接體現在整車售價上，可能會比較難?！靶l藍接下來的任務就是降低半固態動力電池成本，今年能將其與三元電池的成本差距控制在10％以內，未來隨著產量提升，特別是正極材料降本，半固態動力電池整體成本會與液態電池持平?！?/p>

“如果半固態電池可以降至與三元電池一樣的價格，少裝電池的優勢便會顯現，屆時安裝半固態電池反而會成為車企的一個降本選項?！庇釙f，目前仍在等待這一拐點的到來，真正的“爆發”會在2026年到來，屆時會有四五家整車廠選用衛藍新能源的半固態電池。

據記者了解，已有數家車企與衛藍新能源推進半固態電池上車，其中不乏外國車企，其中兩款車型預計會在明年上半年推出。

“半固態電池的主要市場在于中高端車型，與液態三元電池形成競爭?！睂τ诎牍虘B電池在動力電池市場的“舒適區”，這是業內共識。朱冠楠便認為，600～800公里的續航里程會成為未來中高端車型的剛需。

清陶能源定下的目標是2025年固態電池汽車達到10萬輛年銷的規模節點。

俞會根坦言，今年的核心任務是確保蔚來的需求，現有產能將全力以赴保供應，明年在此基礎上再增加與兩家車企的合作?！拔祦淼男枨蠓浅Ｃ鞔_，現有換電站就有2000多個，一些車主可能會在節假日有長途出行需求時日租150度的半固態電池?！?/p>

半固態電池的產能還處在爬坡階段?！霸诂F有產能有限的情況下，衛藍新能源現在的邏輯就是小步快跑，把半固態電池產品交付第二、第三家整車廠裝車，在解決了從0到1的過程后，從1到N的過程需要依靠規模拉動降本，今年公司的核心任務就是擴張規模，可能在今年保證蔚來的供應后衛藍就會排進動力電池裝機規模前十?！?/p>

恩力動力去年年底已經在國內投產了一條0.3吉瓦時的產線，今年還將建設2吉瓦時產線，同時已在美國布局一條0.3吉瓦時的產線，均會在今年投產?！拔覀冾A計半固態電池的產能爬坡會比外界預想的更快，恩力動力計劃在2025年前后建設10吉瓦時產能的產線?！币γ透嬖V記者。

衛藍新能源在產能爬坡的同時，也在打通產業鏈上下游，目前已經包下正極材料巨頭容百科技一條產線進行正極包覆。

剛剛過去的2023年被李國剛視為半固態電池量產元年，正式進入產業化階段，而全固態電池的產業化時點會在2027年～2030年間出現。半固態電池上車方興未艾，全固態電池產業化更是尚未開始，但是留給市場參與者的機會已然有限。

“固態電池技術上車還處于初期，但是至關重要，類似在高速駕車，切換到另一條高速時必須找準入口?！币γ吞寡?，業內對于“吃螃蟹”的車企十分尊敬。恩力動力正與國內外頭部車企進行緊密聯系、合作中，幾乎所有車企都對固態電池技術表現出興趣，但是現階段都頗為謹慎?！败嚻笙Ｍ姵貜S商更為主動，希望后者可以短時間拿出能進行上車測試、并且擁有一定產能規模的半固態電池，之后再針對具體車型進行更深入的合作研發?！?/p>

他認為，車企投資布局階段已然度過，已經來到半固態電池產業化關口，一些初創企業可能難以再拿到融資，機會更多留給那些已經有技術積累，可以拿出比較成熟的產品，但是欠缺與車企密切配合進行聯合研發的電池廠商。

在固態電池領域，巨頭之下還有多少機會？

2023年上海車展期間，寧德時代正式發布了凝聚態電池，稱其單體能量密度最高可達500Wh/kg，被業內認為屬于半固態電池。在更早的2022年6月，寧德時代董事長曾毓群曾在重慶車展上透露，“除了全固態電池、半固態電池，包括大家沒聽過的凝聚態電池，寧德時代都在搞”。

姚猛表示，寧德時代、比亞迪等液態電池巨頭對于固態電池的態度更像是“鴨子劃水”，水上平靜，水下發力?！澳壳颁囯姵厥袌鲂枨缶薮?，巨頭們的首要任務是擴大產能，搶占市場，而新技術一定會對傳統技術的產能布局造成沖擊，這是巨頭們的糾結之處，而初創企業則沒有歷史包袱。不過，巨頭們對于固態電池的技術儲備也非常扎實?！?h3>中國能否持續領跑？

多位受訪者喜歡提及人類在19世紀發明、如今依然占有40％左右市場份額的鉛酸電池，以此類比未來液態電池與固態電池關系的問題，也就是“長期共存”，至于“長期”是多久，沒有人能給出答案。

“固態電池不會全部替代液態電池，而是會找到適合的應用場景，在考慮性能、安全與成本后尋求最優解。比如對于一臺續航里程500公里的新能源汽車而言，現有的液態電池能夠滿足。但是在未來載人航空器的電動化進程中，一方面需要確保絕對安全，另一方面對于能量密度要求較高，以支撐航空器起降、飛行。因此航空領域電動化只能等待全固態電池，半固態電池也無法滿足其需求?！庇釙嬖V記者。

那么，固態電池究竟會在可預見的未來占據多少市場份額？

去年年底，EVTank曾預測，2030年，鋰電池中約10％為固態電池，而且其中大部分為半固態電池。而今年1月，中國全固態電池產學研協同創新平臺成立時，歐陽明高院士預測，2030年，全固態電池將占比1％。

俞會根表示，2030年，以儲能、動力為主的鋰電池市場總規模將達到6TWh，10％的市場份額意味600GWh的需求，市場份額達到數千億級。

姚猛表示，中國磷酸鐵鋰電池現有與規劃產能占比全球產能非常高，因為企業預估在未來5～8年，磷酸鐵鋰電池需求依然旺盛，50％以上的動力電池、80％以上的儲能電池依然會使用磷酸鐵鋰電池。因此中企仍在不斷迭代磷酸鐵鋰電池技術，在可預見的未來，中企仍將在鋰電池市場占據領先份額。而且在從半固態電池到全固態電池的發展路徑中，半固態電池的產能能在相當程度與現有液態電池產能打通，磷酸鐵鋰產線在成本可控的情況下可以轉化為半固態電池產線。

顯然，能否抓住固態電池的風口不僅關乎個別企業的成功，也關乎國內電池產業優勢能否保持。

在出口“新三樣”中，新能源汽車與鋰電池緊密相連，一輛新能源汽車中約40％的成本來自動力電池，中國擁有眾多自主知識產權與完整的產業鏈，自然不想因技術迭代放棄已經在這一領域建立起的優勢，正時刻提防在這條賽道再次被“超車”的機會，顯然，固態電池技術便被視為一次這樣的機會。

不同于中企選擇的氧化物技術路線，日企更多偏向硫化物技術路線，希望一步達成全固態電池。

而日本車企近年先后公布固態電池投產與上車時間表。2023年4月，本田汽車宣布將投資研發半固態和固態等新一代電池，2024年春季啟用固態電池示范生產線，投資430億日元（約合人民幣21.8億元），該技術將應用于2025年之后推出的電動車型上。日產汽車也將在2024年建設固態電池試產線，計劃2028年量產。豐田汽車希望在2025年之前推出使用固態電池的混合動力汽車。

2023年10月12日，豐田與日本石油化工企業出光興產宣布，雙方將合作量產面向電動車的“全固態電池”，目標是在2027年至2028年實現“全固態電池”的量產實用化。豐田在固態電池上布局最久，也是世界上固態電池專利申請數量最多的企業，擁有1331項已知專利。第2位是松下，擁有445項專利。第3位便是出光興產，擁有272項。

這樣的時間表其實在業內看來十分“激進”，甚至有中企直言難以相信。

姚猛告訴記者，豐田在硫化物固態電池領域布局非常早，在一些關鍵材料的研發、特殊工藝特型設備的研發上有比較大的優勢。硫化物材料在電導率方面表現非常出色，可以兼顧高能量密度、安全及超級快充，同時壽命很長。日本于十余年前在硫化物固態電解質的研究上取得關鍵突破，因此豐田確定了這條技術路線。只不過目前在動力電池產業化方面，可能不及預期，也就是在產業化方面有很大的改進空間?！爸袊谏舷掠萎a業的完備程度，對于新技術的響應速度等方面具備更多優勢。在針對產業轉化的研發方面，中國的能力很強，其實無論是磷酸鐵鋰電池，還是三元電池，材料都并非在中國發明，中國的優勢在于產業轉化?！?/p>

有業內人士告訴《中國新聞周刊》，日企選擇硫化物作為固態電解質的技術方案，成本依然難以降低，預計在2030年氧化物固態電池的成本降低至每瓦時幾毛錢的水平時，硫化物固態電池的成本仍在2元～4元/瓦時，“其目前更多處于科學研究的階段”。