被称为“行业颠覆者”的固态电池究竟有什么“魔力”，能引得车企、锂企争相竞逐？
5月31日，上汽集团与清陶能源签署增资扩股协议和战略合作框架协议。按照协议，上汽集团将追加投资清陶能源，成为清陶能源第一大机构投资者；并加快现有固态电池产品在自主品牌车型上的产业化应用，2024年上半年搭载固态电池的智己汽车高性能、长续航车型首先实现规模化量产；双方还将于今年成立合资公司，共同开发新一代固态电池产品。
在此基础上，2025年上半年起，智己、飞凡、荣威、MG将推出多款相关量产车型，率先推动2025年实现固态电池技术“10万辆级”大规模量产落地。
就在四天前，上汽集团5月27日披露，为深化布局固态电池技术，提升上汽集团新能源产品的竞争力，公司拟向清陶(昆山)能源发展股份有限公司（以下简称“清陶能源”）追加投资不超过人民币27亿元。本次追加投资完成后，公司将间接持有清陶能源约15.29%的股权。
图为苏州清陶新能源科技有限公司
据资料显示，清陶能源成立于2016年，专注于固态锂电池、陶瓷隔膜、锂电生产设备的研发生产，并已在固态电池核心材料、核心工艺、定制设备方面实现了自主可控。清陶能源是国内最早量产交付的固态电池企业之一，率先实现了固态锂电池的产业化，建有国内首条固态锂电池生产线，并构建有完备的自主知识产权体系。
事实上，这已不是上汽第一次布局固态电池。上汽集团早在2020年和2022年就分别通过基金方式参与投资清陶能源。截至目前，上汽集团累计对清陶能源投资约2.835亿元，间接持有清陶能源约4.20%股权。此外，公司还与清陶能源共同设立了固态电池联合实验室，推动固态电池材料、电芯与系统的联合开发，加快推进固态电池产品的量产装车。
27亿是目前为止国内固态电池赛道的融资天花板，有消息称本轮融资完成后，清陶能源估值将达到数百亿元。
在庞大的投资规模之下，我们不禁要问：固态电池，这项被视为颠覆锂电行业的“终极解决方案”之一的下一代高性能锂电池技术，究竟有什么“魔力”，能引得无数企业在这条赛道上争相竞逐？
潜在颠覆者
固态电池能够被视为潜在的“行业颠覆者”，其根源仍在于传统液态锂电池发展至今都难以克服的本质缺陷。
自“锂电池之父”斯坦利·惠廷汉姆于1976年提出最早的锂二次电池雏形，锂离子电池初登历史舞台。1980年，古迪纳夫开发了钴酸锂、磷酸铁锂以及锰酸锂三大正极材料，奠定了现在主流正极材料体系。
从1991年吉野彰摆脱负极锂金属限制，创新性使用石墨作为负极，进而开发出第一个商用锂离子电池算起，锂离子电池发展至今已有30多年历史。
然而，多年的技术发展未能消除液态锂离子电池自身的安全隐患。根据国家应急管理部公开数据，仅去年第一季度新能源汽车火灾数据就有640起，较前一年同期上升32%，高于交通工具火灾平均（8.8%）增幅，平均每日超7例火灾。
在锂离子电池热失控所引发的安全事故中，电解液是一大推手。由内部短路（外力穿刺、过充等）、工作温度过高等原因导致的初始温度上升，会使电解液反应持续升温，并释放可燃气体和氧气。而液态电池隔膜的耐热极限约为160度，超过此温度后聚合物会转化为流动态，也会导致正负极直接短路，进而使电池发生剧烈燃烧或爆炸。
来源：《面对应用的固态电池研究》李泓
从整个过程来看，化学活性高、易挥发、易燃、易腐蚀的液态电解质起到了关键的作用，是液态锂离子电池的最大安全隐患。
而由于固态电池采用固态电解质，部分或全部替代液态电解质，有希望从本质上解决现有液态锂离子电池的安全性问题。
一方面，固态电解质具有不可燃、无腐蚀、无挥发等特性，分解温度大幅提升；另一方面，由于内部无液体流动，固态电池具有承受穿刺、折弯等物理冲击的高机械强度，从而大幅降低热失控风险。
此外，现有锂离子电池的能量密度已接近理论极限。目前主流的磷酸铁锂电池的能量密度在200Wh/kg以下，三元锂电池的能量密度在200-300Wh/kg之间，而液态锂电池能量密度上限约为350Wh/kg。
来源：中国锂电行业发展德勤观察2.0“电池风云”
固态电池将打破液态锂电池的材料、技术局限。2022年10月，美国国家航空航天局（NASA）宣布其所研发成功的航空用固态电池的能量密度达到了500Wh/kg，远超传统液态锂电池的能量密度极限，如特斯拉公司的4680锂电池的能量密度仅有约300Wh/kg。
业界有观点认为，全固态锂电池的能量密度可以达到现有锂离子电池的2到5倍，因此是最具潜力的高能量密度电池技术。
诱人的蛋糕
由于固态电池在行业技术变革中的颠覆地位，这一面向未来的赛道早已挤满了各路玩家。新能源车企、锂电池企业纷纷秣马厉兵，企图提前布局占据先发优势，以便在将来的锂电池市场吃下最大的一块蛋糕。
以清陶能源为例，这家公司2016年创业之际还未引发太多的关注，初投估值仅有几千万元。而自2019年产投“杀入”至今，三年内公司估值已破百亿，背后集齐了北汽、上汽、广汽三大汽车巨头，俨然有超级独角兽之姿，不难看出其所掌握的固态电池技术备受行业关注。
仅今年5月，国内就有不少企业发布了固态电池相关布局及产业化进展。
5月19日，赣锋锂业在业绩说明会上表示，公司一代固态电池已经开始量产，二代固态电池安全性能完全达到车规要求，研发样品电池的循环性能已达到车企要求。
蔚来则在5月24日的晚间发布会中宣布，150kWh电池包将于7月上线。该电池采用固液混动电解质、硅碳复合负极材料、超高镍正极材料，单体能量密度达360Wh/kg，单次充电续航最远可超过1000km。
蔚来150kWh电池包号称单次续航超1000km
孚能科技也表示，固态电池项目是公司重点推进的研发项目之一，目前半固态电池已逐步实现产业化。
从全球视野来看，欧、美、日、韩等各国也都在参与到固态电池赛道的竞逐之中，以期率先实现量产。
4月20日，据《韩国先驱报》消息，韩国政府及其头部电池公司计划在2030年之前共同投资20万亿韩元，以开发包括固态电池在内的先进电池技术。
韩国政府表示，“这项联合投资将使韩国能够先于其他国家开始商业化生产固态电池”。
而在美国方面，能源部(DOE)科学基金和国家实验室研究的推动下，固态电池研究取得了重大进展，并在此基础上衍生出众多初创公司，如QuantumScape、SEEO、SolidPower、SolidEnergySystems、IonicMaterials等，这些初创公司以其在固态电池技术方面的先进性，目前已分别得到了宝马、大众、现代等汽车巨头和多家风投基金的投资。
从时间上看，2025年或将成为固态电池迈向市场的一个关键节点。不少企业都选择将2025年作为达成固态电池阶段性突破的时间节点。
上汽集团提出将率先推动2025年实现固态电池技术“10万辆级”大规模量产落地；丰田计划于2025年推出配备固态电池的车辆；日产欧洲研发高级副总裁DavidMoss则表示，日产已经成功开发出全固态电池，目标是2025年开始试生产；而早前德国宝马集团也宣布，宝马将打造全固态电池中试生产线，2025年推出首辆原型车。
可以预见的是，2025年，新能源车企、锂电池企业都势必卷入一场声势浩大的固态电池大战。
挑战与折中
早在2021年1月，蔚来汽车就推出了该公司第四款电动车型ET7旗舰轿车，该车型将搭载固态电池包，续航将长达1000公里。消息一经发布，便引发全行业轰动，次日锂电池概念股票几乎全线暴跌。
然而时间已经走过两年，固态电池商业化似乎还只是一个美好的愿景，所谓的行业颠覆并未发生，问题又出在哪？
首先，便是技术上的难关。其中又以固态电解质的技术突破为核心关键，研发难度极大。当前，固态电解质路线主要有聚合物、氧化物、硫化物三类。
聚合物固态电池与现有工艺相似，接触性能较好但稳定性不足，导电率差；氧化物综合性能好，选择该路线的企业最多，发展也比较快，然而其与电极的界面接触条件差；硫化物离子导电率最高，原料成本也最低，但其稳定性最差，对生产要求极高。
快充性能差、界面易接触不良、电解质与电极之间电化学相容性与其他性能难以均衡，都是固态电池在现阶段未能解决的技术缺陷。
高昂的成本更让固态电池难以真正走向商业化。固态电解质目前难以轻薄化，且需用到价格昂贵的稀有金属原材料，氧化物电解质含锆、硫化物电解质含锗。全固态电池还对生产工艺和质量控制提出了更为严苛的要求，生产设备替换率极高，总体成本显著高于液态电池。
当前，针对固态电池市场化的难题，业界普遍采取了折中的解决方案，即将半固态电池作为从传统的液态锂离子电池向全固态电池过渡的必要路线。
半固态电池通过减少液态电解质含量、增加固态电解质涂覆，可达到具备安全性、提高能量密度、兼顾经济性的要求，被作为全固态电池技术成熟前的主流替代方案，率先进入量产阶段。国轩高科、孚能科技、卫蓝新能源等多家电池厂商俱已掌握比较成熟的半固态电池产品。
现阶段，半固态电池已经实现量产装车。比如搭载赣锋锂电三元固液混合锂离子电池的纯电动SUV赛力斯SERES-5此前消息计划2023年3月开始交付；岚图追光1月13日首批量产车型正式下线，首月订单已超1万，其搭载的82kWh电池包就采用了行业首个量产装车的半固态电池。
不过，性能上大打折扣的半固态电池似乎也没有理想的那么完美，刚刚步入量产的半固态电池和已较为成熟的液态电池孰优孰劣尚未可知。
伊维经济研究院研究部总经理吴辉指出：“半固态电池产品毕竟只是一个过渡产品，最终还是会走上全固态路线。半固态电池对于电池能量密度的提升没有特别明显的改善，因此未来不会成为主流产品。”
宁德时代首席科学家吴凯在上海车展发布凝聚态电池
此外，宁德时代另辟蹊径。其4月19日在上海国际汽车工业展览会上发布的凝聚态电池，电解液既不同于普通液态锂离子电池的电解液呈百分之百的液态，也并非全固态电解质或固液混合电解质，而是一种半固态化的胶质状态。
据称，该电池单体能量密度高达500Wh/kg，实现高比能与高安全兼得，并可快速实现量产。
不可否认的是，尽管困难重重，固态电池作为下一代锂电技术的历史地位不会变更。当前，整个行业正处于高速发展期。一夜爆红无法催熟固态电池的量产，但随着业界投资、技术研发的热潮频现，固态电池大规模应用时间点已越来越近，商业化未来近在咫尺。
“我们发现，在全球顶刊上发表的与固态电池技术相关的论文正在指数般地增长，可以说技术是在商业化的前夜。”
中国科学院院士、清华大学教授欧阳明高表示：“全固态电池技术虽然现目前仍然面临着很多挑战，但仍然是我们值得去追求的目标。这个目标不是短期的，可以看作是面向2030年，值得创新的目标。”
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