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全固态电池产业链蓄力迎接新一轮技术变革

新能源创投圈电池技术

全固态电池产业链蓄力迎接新一轮技术变革



固态电池 ， 被誉为电池技术的“圣杯” 。 其能量密度和循环次数数倍于传统的液态锂电池 ， 有望彻底解决困扰新能源汽车的续航焦虑和热失控难题 ， 因此被视为动力电池的颠覆性创新 。


2024年 ， 固态电池在技术上不断进阶 。 尤其下半年以来 ， 各大车企、动力电池和材料供应商 ， 频频抛出有关固态电池新进展的消息 。 日前 ， 广州汽车集团股份有限公司（以下简称“广汽集团”）表示 ， 已初步打通全固态电池全流程制造工艺 ， 预计2026年搭载昊铂车型；重庆太蓝新能源有限公司（以下简称“太蓝新能源”）宣布无隔膜固态锂电池技术重大突破；宁德时代新能源科技股份有限公司（以下简称“宁德时代”）加大全固态电池研发投入 ， 华为技术有限公司申请的固态电池专利通过初步审查……随着新技术层出不穷 ， 生态链逐步打通 ， 固态电池正加速从理想照进现实 。


不过 ， 固态电池想真正面向大众仍有多道关要闯 。


“全固态电池面临的离子电导率问题、固固界面问题（固体电解质与电极材料之间的接触问题）和循环性能问题等尚未完全解决 。 ”中关村新型电池技术创新联盟秘书长于清教在接受《证券日报》记者采访时表示 ， 但作为未来能源革命重要的支撑技术之一 ， 固态电池在新能源汽车、低空经济、储能等多领域具有广阔的市场发展前景 。 固态电池的商业化应用的脚步已经渐行渐近 ， 谁先占据产业制高点 ， 谁就能掌握发展主动权 。


半固态电池


已实现商业化落地


随着全球能源结构的转型和新能源汽车市场的快速增长 ， 市场对高性能、高安全性电池的需求日益增加 。


近期 ， 国内外头部企业不断推进固态电池的研发与应用 。 11月14日 ， “飞行汽车第一股”广州亿航智能技术有限公司（以下简称“亿航智能”）宣布 ， 搭载固态电池的飞行汽车（eVTOL）成功不间断飞行了近50分钟 ， 续航时间提升了60%至90% 。 紧接着 ， 11月18日 ， 全球首条GWh级新型固态电池生产线正式落户安徽芜湖 ， 落地生产线设计产能1.25GWh 。


据国盛证券预测 ， 2025年全球固态电池需求量为17.3GWh ， 到2030年全球固态电池需求量有望超过200GWh的市场规模 ， 2025年至2030年年复合增长率达65.8% 。


全固态电池之所以备受企业推崇 ， 首先是安全性 ， 其次是能量密度 ， 最后是成本 。 由于破除了与电解液的匹配限制 ， 正极材料的选择将不再局限于磷酸铁锂和三元锂 ， 材料多样性提供了清晰的降本逻辑 ， 成本降幅或高达40% 。


从能量密度的角度而言 ， 全固态电池要达到500Wh/kg甚至700Wh/kg以上 ， 而从目前已经量产装车的固态电池来看 ， 大多数能量密度多在350Wh/kg左右 ， 严格来说应属于半固态电池 。


“目前公司批量生产装车的是半固态电池 。 ”清陶（昆山）能源发展集团股份有限公司（以下简称“清陶能源”）联合创始人、总经理李峥对《证券日报》记者表示 ， 在实现全固态电池产业化的过程中 ， 半固态是一个必然的发展阶段 ， 能够大幅减少造成热失控隐患的液态电解质 。


根据中国汽车动力电池产业创新联盟统计 ， 2024年上半年 ， 半固态电池装车量达2.2GWh ， 已初具规模 。


多条技术路线


竞逐全固态电池量产


今年以来 ， 终端车企“价格战”压力传导至供应链上游 ， 为保障供应链的安全、稳定与协同 ， 各方要么持续合作共建 ， 要么加强自研自造 。 总之 ， 在保证需求、提质降本的同时 ， 持续借差异化寻增量 ， 固态电池量产上车被加快提上日程 。


然而 ， 头部电池企业对固态电池的态度却表现得相当克制 。 作为电池巨头 ， 宁德时代至今未发布半固态和全固态电池 ， 仅推出过一款凝聚态电池 。 与之类似 ， 尽管比亚迪股份有限公司（以下简称“比亚迪”）早在2016年以前就开始投入固态电池的研发工作 ， 并数度传出固态电池完成装机测试传闻 ， 但截至目前 ， 比亚迪尚未公开推出与固态电池相关的产品 。


产业端和研发端“一热一冷”背后 ， 值得思考 。 事实上 ， 固态电池领域正在形成一个全新的竞争局面 。 目前 ， 我国企业在固态电池的研究上以硫化物、氧化物和复合物电解质三种技术路线为主 。 其中 ， 硫化物电解质技术路线的主要代表企业是宁德时代 ， 氧化物电解质技术路线的代表企业包括赣锋锂业、上海上汽清陶能源科技有限公司等 ， 聚合物路线的代表企业是以软包电池为核心的孚能科技（赣州）股份有限公司（以下简称“孚能科技”） 。


“这几条技术路线并不是什么新兴概念 ， 早在二三十年前各国的科学家就已经做了很多的探索 。 ”孚能科技研究院院长姜蔚然对《证券日报》记者表示 ， 如今拿来被研究和比较 ， 为的是在现有的技术工艺和市场接受度的背景下匹配市场化的合理性 ， 基于不同的历史条件和市场需求 ， 技术路线会有一个起伏的过程 。


李峥则表示 ， 从材料的角度来看 ， 单一种类的材料各有优缺点 。 通过复合材料的设计实现“1+1>2” ， 这是学术研究以及产业化过程中都非常坚持的一点 ， 从成本的角度看 ， 按照高镍三元+锂金属负极体系测算 ， 硫化物固态电解质和锂金属负极价值量占比最高 ， 其中硫化物固态电解质价格约40000元/公斤 ， 对成本影响极大 ， 距离量产仍需时日 。 后续发展需要结合材料、设备和工艺等方面的突破 ， 进行持续跟踪 。


“从技术成熟度来看 ， 要想实现全固态电池产业化 ， 需要解决的科学工程问题也非常多 。 ”李峥解释道 ， 现有的动力锂电池材料体系是一个多孔的体系 ， 为的是让电解液能进行充分饱和的浸润 。 而全固态电池则是一个完全致密（致密程度达到95%至98%以上）的状态 ， 相当于从造一块“海绵”改为造一块“石头” ， 需要从材料学到制造工艺进行全面革新 。


除了在技术路线分野之外 ， 汽车整车企业也盘算着通过固态电池的技术革新“反客为主” 。 中国乘用车产业联盟秘书长张秀阳告诉记者 ， 动力电池占到整车成本的40%以上 ， 对于车企而言 ， 它们对于摆脱或减少对动力电池厂商依赖的意愿十分强烈 ， 理由也很简单——实现核心自研和采购降本 ， 树立车企技术创新的品牌形象 。


近年来 ， 整车企业自研关键核心技术的浪潮愈发澎湃 ， 主流车企已经先后进入自研动力电池的道路 。 从2024年新车产品来看 ， 吉利汽车集团有限公司（以下简称“吉利汽车”）、广汽集团等新能源车企自研动力电池已经纷纷上车 ， 且广汽集团的因湃电池科技有限公司、广州巨湾技研有限公司 ， 吉利汽车的衢州极电电动汽车技术有限公司、江苏耀宁新能源有限公司等也已先后出现在动力电池装机前15名的厂商榜单中 。


“虽然车企自研动力电池装机量占比还比较小 ， 短期内尚不能对头部电池厂商构成实质性威胁 ， 但他们的存在无疑为车企提供了更多元化的选择 。 ”张秀阳认为 ， 这股自研力量在快速演进与应用的同时 ， 也悄然改变着动力电池产业的生态格局 。


全产业链


受资本关注


实际上 ， 自2021年起国内固态电池赛道开始受到市场关注 ， 投资者和投融资机构在持续密切关注政策走向和市场动态 。 这期间 ， 固态电池产业链受到了资本市场的极大关注 ， 相关企业开启融资竞赛 ， 至今仍在持续升温 。


据《证券日报》记者不完全统计 ， 截至目前 ， 国内已有23家固态电池制造领域企业（含固态电池、固态电解质、正极材料等）共获得73轮融资 。 预计2024年全年固态电池产业链融资项目数和融资金额都有望超过2023年 ， 再创新高 。


具体来看 ， 清陶能源获10轮融资 ， 北京卫蓝新能源科技股份有限公司获8轮融资 ， 欣界能源科技（江苏）有限公司、太蓝新能源、深圳索理德新材料科技有限公司获7轮融资 ， 排名靠前；从融资数量来看 ， 2022年和2023年均完成19笔融资 ， 约为2021的两倍；2024年前三季度已完成14笔融资 ， 约占2023年的75%；从融资金额看 ， 在公开融资金额的企业中 ， 清陶能源已获融资金额最高 ， 至今共融资超30亿元 。


此外 ， 在固态电池技术专利布局方面 ， 我国已实现领跑 。 国家知识产权局统计显示 ， 近5年 ， 我国固态电池全球专利申请量年均增长20.8% ， 增速位列全球第一 。 据《证券日报》记者检索国家知识产权局发明公布情况 ， 按照申请公布日统计 ， 截至12月5日 ， 我国年内新公布的固态电池相关专利已达1007项 。


在中国科学院院士欧阳明高看来 ， 作为过渡技术路线 ， 国内发展半固态电池有必要且有意义 ， 但更重要的目标 ， 仍是具有颠覆性的全固态电池技术开发 。


全行业以及相关企业都在将固态电池作为下一代锂电终局技术进行加速布局 。


“全固态电池是下一代电池的首选方案之一 ， 被列入中国、美国、欧盟、日韩等主要国家和地区的发展战略 ， 也成为下一代电池技术竞争的关键制高点 。 ”欧阳明高强调 ， 2030年左右 ， 全固态电池产业化突破的可能性极大 ， 国内产业需要敲响警钟 ， 重视全固态电池的技术发展 ， 谨防全固态电池带来的颠覆性变革 。


固态电池产业化需循序渐进


龚梦泽


作为下一代电池技术竞争的关键制高点 ， 全固态电池相较液态电池具备颠覆性的技术潜力 。 我国相关产业是否能够顺利闯过固态电池技术和量产关口 ， 是稳固汽车强国、全球领先地位的关键一战 。


目前 ， 全固态电池发展受阻的根本原因是对复杂体系的动态演化过程认识有限 ， 缺少有效的电化学与力学行为的表征与调控手段 。 总体来说 ， 美国在基础研究方面领先；日本、韩国研发起步早 ， 在关键材料上积累了大量的基础、核心专利；我国则胜在是电池生产的第一大国 ， 产业链完备 ， 落地场景广阔 。


中国电池研发的优势 ， 更多在于产业而非基础科学 。 在技术研发应用过程中 ， 基础科学占有智力优势 ， 而产业占有财力优势 。 对此 ， 笔者认为 ， 如果想要在比拼中拿到好名次 ， 扬长补短、循序渐进就是聪明且高效的打法 。 建议从提升基础研究、放大生产验证、借助人工智能三方面 ， 抢先握住全固态电池之匙 。


第一 ， 扎实提升基础研究水平 ， 遵循“慢就是快”原则 。 理论研究欲速则不达 ， 坚信循序渐进就是最快的速度 ， 先重点解决电解质问题 ， 再逐个攻克负极和正极难题 。 前期固态电池能量密度可能没有想象中高 ， 但是可以提高电池安全性、简化热管理 ， 最终目标是在2030年实现固态电池的大规模产业化 。


第二 ， 放大生产验证 ， 坚信“下苦功得真功” 。 在解决全固态电池基础理论后 ， 便需要以推行放大生产验证为目标进行攻关 。 生产验证过程中 ， 研发人员的创造性、实验设备的先进性、研究范式的全面性 ， 都可能影响实现关键技术突破的时间 ， 但科学验证阶段最难攻坚 。 相比电池业大多数公司只是投入数十名工程师 ， 只为维持对前沿技术的感知 ， 方便日后通过模仿快速跟进而言 ， 需要行业“扛鼎者”敢于探索 ， 勇于付出 ， 逐步解决电解质 ， 复合负极、复合正极等技术难题 。


【全固态电池产业链蓄力迎接新一轮技术变革】第三 ， 借助人工智能 ， 改变材料研发范式 。 高比能量全固态电池开发难度是非常大的 。 单靠传统试错型筛选方法 ， 会耗费大量的人工 。 现在通过人工智能和高通量运算 ， 可实现全过程的自动材料设计 ， 包括自动化的实验、表征、仿真、制备 ， 实现全流程智能化 ， 可以大幅缩短研发周期 ， 打造新型电池“最佳配方” 。 可以说 ， 全固态电池研发周期长短将与何时引入人工智能 ， 以及能否得当使用息息相关 。

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