一項技術，領先市場半步是先驅，但領先十步就可能是先烈。存在多種技術路線的鋰電池，同樣逃離不開這個規律。

 

7月5日，韓國調研機構SNE Research發布了最新的全球動力電池行業TOP10排名，2023年1-5月，寧德時代、比亞迪繼續占據前兩名，份額分別為26.3%、16.1%，同比增速在所有動力電池供應商中位居前列。韓國“三杰”的LG、三星和 SK On，只有LG能源保持了小幅增長，三星縮水了0.7%的份額， SK On的地盤丟掉了2.1%。

 

日本松下是唯一一家上榜的日企，排名第四，占了8.9%的份額。但曾幾何時，松下則是全球鋰電池的頭號霸主，“統治”市場長達10年之久。

 

日企雖然在鋰電池、電動汽車市場上，已經被中國、歐美、韓國遠遠地甩在了后面，但在固態電池、鋰硫電池等下一代電池技術的角逐上，卻是“口氣”極大。近日全球車企老大豐田再一次“口出狂言”，宣布固態電池技術與商業化的最新進展——2027年將向市場投放固態電池汽車，充電不到10分鐘，就可以行駛1200公里。

 

于是乎，有人擔心：豐田會不會靠著固態電池一役，抄了中國電動汽車的后路嗎？

 

如果你足夠了解光伏、鋰電池技術路線的發展歷程，就不會無腦地為此憂心忡忡了。因為技術上從0到1看似是光鮮、偉大，但實際上從1到100才是最難的。這也是為什么很多企業選擇領先半步，小步快跑，而不是一味追求技術的絕對先進性。

 

固態電池路線之爭，中日韓的較量

固態電池是動力電池的終極形態，是下一代動力電池的主線。這一點，全球早已有共識。

 

當下，全球電動汽車駛入快車道，除了日企的豐田、日產、本田仍然猶抱琵琶半遮面，中國車企all in電動化，歐美大廠紛紛跟進，“勢”能已經顯現出來。但購車用戶仍然存在著續航短、充電速度慢、安全性的顧慮。

 

固態電池就是一劑解藥，優點多多，可完美化解續航、安全、溫度適應性的難題。

 

 

全固態電池優劣勢

 

首先是能量密度高，對應的是續航能力這個關鍵指標。相比目前主流的磷酸鐵鋰、鎳鈷錳三元正極材料和液態電解質，固態電池直接將液態換做固態電解質，甚至拿掉了中間的隔膜，讓能量密度大幅提升。能量密度的高低取決于正極、負極材料的比（克）容量及工作電壓范圍，4.3V已經是液態鋰電池的電壓極限，而固態電池擁有支持5V以上的優良電化學窗口，就可以選擇更高比容量的正負極材料。

 

更通俗的講，能量密度跟同等質量下單次循環中嵌入、脫出鋰離子的數量直接相關，理想的模式是相同質量下，單位時間內“搬運”的鋰離子越多越好，越安全越好，越快越好。

 

比如磷酸鐵鋰的正極，200Wh/kg是個天花板，一般也就180Wh/kg。鎳鈷錳的三元正極優于磷酸鐵鋰，能量密度高低要看鎳含量的多寡，3系、4系的三元正極跟8系高鎳比就要差一截，后者能接近300Wh/kg，但300Wh/kg是液態鋰電池的極限。如果說液態鋰電池遷移鋰離子的數量為0.5，那么，固態電池的遷移數可直接拔高到１，能量密度可倍增，突破500Wh/kg。

 

其次是安全性，這一點最容易理解。液態的電解質和有機溶劑易揮發、易燃燒，熱穩定性較差，一旦發生泄露，起火、爆炸是難免的。而且液態鋰電池在充放電過程中會出現鋰枝晶生長，穿透隔膜，引發短路。相比，固態電池因為電解質是固態的，熱穩定性要好很多。

 

最后一點，固態電池的循環性能更強，穩定性更優，可以減緩電池失活和退化過程，減緩衰退，大幅提高鋰電池的循環性和壽命，理想況下可循環次數高達45000次。這一點至關重要，液態鋰電池的平均使用期限只有8-10年，但固態電池壽命延長后，成本將會被大幅攤薄，電動汽車相比油車、氫燃料電池車的競爭力也會得到進一步改善。

 

與磷酸鐵鋰、三元液態鋰電池從千軍萬馬中闖出來一樣，固態電池也有路線之分，從正極、負極材料到電解質，選擇不同，也意味著走不同的路，對應不同的性能、安全和成本。根據可商用的固體電解質的不同，固態電池分為聚合物、氧化物和硫化物三大陣營。

 

聚合物電解質高溫時離子電導率高，接觸性好，界面阻抗可控，但缺陷是低溫時電導率較低，工作電壓高于4V，容易發生電解，故而正在被企業舍棄；硫化物的能量密度最高，性能最佳，但工藝復雜度最高，容易與空氣、水發生副反應；全球來看，采取氧化物作為電解質的企業數量最多，作為中間路線，電導率相對較高、電化學穩定性好、循環性能良好，制備環境要求低，更容易大規模生產，不過因為界面阻抗高，倍率性能受到了影響。

 

中國企業選擇氧化物電解質路線的較多，清陶能源、衛藍新能源、贛鋒鋰業等皆在此列。寧德時代選擇了技術難度最高、合成工藝最復雜的硫化物。這一分支中，除了松下、三星、LG化學、美國Solid Power外，日本豐田也在此。

 

除了性能，成本才是最大的天塹

選擇硫化物這一條路線的好處是，一旦形成突破，能很快形成技術壁壘，實現降維打擊，但行業內普遍預測的大規模商用時間應該在2028年-2030年。

 

此時，一家企業如果把實驗室數據拿出來秀，大多數情況下僅僅是個噱頭。

 

必須得承認，豐田在硫化物固態電池領域浸淫多年。20多年前，豐田就在固態電池領域開始沉淀專利。不僅是豐田，日本企業在固態電池領域很早就形成了專利包圍。截至到2022年3月，豐田固態電池專利數量1331件，全球排名第一，同樣是日企的松下控股、出光興產兩家分列第二、第三，三星、LG化學兩家韓國企業的固態電池專利數量也不少，排在前十。

 

但鋰電池的本質是制造業，研發突破只能決定技術從0到1的躍遷，但最終能不能被市場所接受，并大規模應用，產業鏈配套能力、可供落地的龐大市場基礎才決定了從1到100的過程。通常，人們更看重前者，反而容易低估后者產業化的力量。

 

美國在動力電池發展上的不如意，恰恰說明了產業支撐的價值。美國雖然是磷酸鐵鋰鋰電池的發明者，但真正將車載鋰電池商業化的卻是日本。

 

上世紀80年代，美國物理學家約翰·古德納夫跟著英國化學家斯坦利·惠廷漢姆的步子，在鋰金屬電池難以落地時，探索出了鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰三種正極材料，但彼時燃油車如日中天，電動汽車的市場根本不存在。

 

10年后的1994年，松下成功研發出了可以循環充電的鋰電池，隨后，松下、三洋在內的日企幾乎壟斷了全球消費電子的鋰電池市場。因此，當年特斯拉尋找鋰電池裝車時，雖然一致性、安全性、能量密度要求非消費電子同日而語，但在對比了許多電池后，最終松下的18650圓柱鋰電池脫穎而出。一直到2014年，全球十大動力電池供應商排行中，第一名始終是松下。

 

豐田雖然在固態電池技術突破上高舉高打，但硫化物的技術路線決定了，除了性能外，成本、產業鏈配套、大市場才是肯綮之處。

 

同樣拿美國舉例，美國是輪子上的國家，幾年前的奧巴馬時代就喊著制造業回流，并將鋰電池作為核心產業。A123曾經是美國鋰電池的旗手，2004年通過將磷酸鐵鋰正極材料制造成納米級超小顆粒，大大改善了倍率性能，站到了電動汽車風口之下。2009年，美國政府向A123撥款2.5億美元，但因為美國勞動力成本高，產業鏈配套不足，每生產一塊電池都虧錢，最終退出了市場。

 

從實驗室到產線，存在著巨大的無法逾越的鴻溝。特別是鋰電池制造鏈條較長，20多個工序，兩周以上的下線周期，需要精密控制不同工藝、材料、環境，操作精度從微米級升到納米級。何況，硫化物電解質的固態電池對工藝要求更為苛刻。

 

不僅僅是工藝突破上存在不確定性，成本上的考量也相當關鍵。全固態電池工藝相比液態電池變化較大，涉及新增設備、這就攤銷、產品質量控制、工程驗證周期長等一系列因素。其中難度最大的硫化物電解質固態電池，合成工藝更復雜，這些都導致生產成本高企，商業化路上存在巨大的不確定性。

 

短期看半固態，長期看鋰硫電池

全固態電池能不能裝車、上量，成本、經濟性幾乎是唯一因素。如果固態電池能夠幫助主機廠降低成本，商用化也就水到渠成。

 

據中郵證券測算，固態電池較液態電池成本高出30%以上，預計半固態電池規模化量產后，成本也比當前的液態鋰電池高10%-20%。但實際上，這一測算已經相當樂觀了。能鏈研究院認為，全固態電池的降本還有很長的路要走，從實驗室、中試線到量產，面臨著界面問題、材料問題、工程問題等諸多挑戰。

 

技術路線之爭就像賽馬，往往是動態變化的，誰能跑出來，誰就能占到一席之地。

 

 

所以，國內動力電池企業大都采取了兩條腿走路的策略，短期、長期都在布局。2023-2024年國內動力電池企業以半固態電池為主，逐步替代液態鋰電池，正負極材料延續磷酸鐵鋰、鎳鈷錳三元材料及石墨；2025年，富硅、富鋰的負極材料將得到應用；2028年，全固態電池將進入大規模量產、裝車階段，負極將使用比（克）容量更高的鋰金屬，能量密度突破500Wh/kg。

 

如果說全固態電池是“鍋里的”，那么半固態電池已經是“碗里的”。

 

對動力電池供應商來說，既要吃著碗里的，也要看著鍋里的，能量密度350Wh/kg左右的半固態電池已經開始逐步落地。清陶能源披露，與上汽集團合作研發的半固態電池，預計2025年大規模量產，續航里程1000公里+；衛藍新能源進展更快，已經向蔚來汽車交付了首批半固態電池電芯，能量密度為360Wh/kg，是磷酸鐵鋰電池的2倍，單次充電跑1000公里。

 

除固態電池外，另外一條技術路線的鋰硫電池也得到了廣泛關注。

 

 

鋰硫電池的正極材料采用了硫碳復合物，負極則是更為活潑的金屬鋰，通過氧化還原反應，完成鋰離子的移動，實現充放電過程。鋰的比（克）容量高達3860mA·h/g，理論能量密度高達2600Wh/kg，是石墨的10倍，磷酸鐵鋰電池的18倍。

 

還有一個更大的優點，由于沒有鎳鈷錳等金屬，鋰硫電池的重量更輕，正極材料的硫也是廣泛存在，獲取方便，可以從硫磺里加工所得，去年我國硫磺產量900萬噸，這決定了鋰硫電池低成本的特點。

 

不過，就如固態電池存在材料、工藝難點及成本阻礙，鋰硫電池在充放電過程中，正極硫體積膨脹、收縮，同樣會增加風險，雖然硫碳復合物部分解決了正極體積膨脹問題，改善了離子導電性，倍率性能有所提升，但整體循環的穩定性依然需要驗證。

 

還有一個致命的問題，液態鋰硫電池在充放電過程中，硫化物會與電解質相融，讓電池容量急劇下降，直接影響電池的壽命，固態鋰硫電池被認為能克服這一技術性缺陷。

 

不管是固態電池，還是鋰硫電池，相比日韓的氣勢洶洶，寧德時代、比亞迪等在固態電池技術路線上走得并不快，或者說嗓門上要比豐田低調得多。

 

但中國在全球動力電池產業鏈上已經擁有話語權，在材料探索、工藝、成本控制等方面積累了豐富的經驗。同時考慮到2028年，中國已經有了1.03億輛新能源汽車，保有量幾乎是2022年的8倍，這些優勢都是在電動汽車上落后的日韓所難以比擬的。

 

結論是，短期看半固態電池，長期看全固態，更長遠看鋰硫電池。而下一代動力電池之爭，是中國與日韓的對抗，歐美將繼續缺席。