界面新聞記者 | 陶知閑
界面新聞編輯 | 陳菲遐
一石激起千層浪，近日國軒高科（002074.SZ）官宣建成0.2GWh全固態(tài)電池中試線，并發(fā)布了包括G垣準(zhǔn)固態(tài)電池在內(nèi)的6項(xiàng)新產(chǎn)品讓市場再度關(guān)注固態(tài)電池行業(yè)。
A股市場上，金羽龍（002882.SZ）兩天兩板，“帶頭大哥”國軒高科成交超33億元強(qiáng)勢漲停， “終極電池”固態(tài)電池成為市場備受關(guān)注的焦點(diǎn)。
被資本市場熱炒的固態(tài)電池到底是什么？準(zhǔn)固態(tài)電池又為何物？
2030年才能落地
固態(tài)電池是如今鋰電池的終極版。
由于固態(tài)電池可以從根本上提升鋰電池的三大關(guān)鍵指標(biāo)能量密度、安全性和壽命，因此被視為下一代動力鋰電池。固態(tài)電池和鋰電池最大的區(qū)別是固態(tài)電解質(zhì)。在固態(tài)電池中，原有的液態(tài)電解質(zhì)和隔膜被固態(tài)電解質(zhì)所取代，整個電池也由原先的四大主材（正極、負(fù)極、電解液和隔膜）減少至三大主材（正極、負(fù)極和固態(tài)電解質(zhì)）。
值得一提的是，在使用固態(tài)電解質(zhì)后，鋰離子電池的材料體系發(fā)生改變，無需使用嵌鋰的石墨負(fù)極，直接使用鋰作為負(fù)極，能明顯減少負(fù)極材料的用量，不僅電池的能量密度明顯提高，而且可以提升電池的安全性能和使用壽命。固態(tài)鋰電池電解質(zhì)不同于液態(tài)鋰電池的電解液和隔膜，熱穩(wěn)定性顯著提升，由此提升了固態(tài)鋰電池的高溫環(huán)境適應(yīng)性，減少輔助散熱機(jī)構(gòu)冗余，簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的同時(shí)進(jìn)一步提升能量密度。
固態(tài)電池可實(shí)現(xiàn)更高的能量密度和更寬的工作區(qū)間。目前主流的液態(tài)鋰電池的能量密度上限約為300Wh/kg，但實(shí)際上出于技術(shù)限制和安全性考慮，目前市場上液態(tài)電池的能量密度僅能實(shí)現(xiàn)約230Wh/kg。相比之下，固態(tài)電池的能量密度在理論上可以達(dá)到700Wh/kg，是液態(tài)電池的2倍。
由鋰離子電池蛻變?yōu)楣虘B(tài)電池需要不斷升級，距離真正商業(yè)化為時(shí)尚早。從技術(shù)來看，目前固態(tài)電池還處于研制階段，諸多技術(shù)仍未攻克，例如固態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率遠(yuǎn)低于液態(tài)，這使得電池內(nèi)阻明顯增大、電池循環(huán)性變差、倍率性能變差等，影響實(shí)際使用效率；從成本看，因?yàn)榧夹g(shù)難點(diǎn)未突破，產(chǎn)業(yè)鏈尚未建立，成本較高。此外，電芯等生產(chǎn)設(shè)備也尚未形成規(guī)模效應(yīng)。
從應(yīng)用落地來看，固態(tài)電池或?qū)⒆钕葢?yīng)用于對能量密度、安全性能要求較高，對價(jià)格敏感性較低的高端電子產(chǎn)品，例如對高性能電池需求度較高的無人機(jī)等，再產(chǎn)業(yè)化逐步落地之后向消費(fèi)電子和動力電池領(lǐng)域滲透。
從產(chǎn)業(yè)進(jìn)程來看，固態(tài)電池預(yù)計(jì)最快也要到2030年才能真正走向商業(yè)化。寧德時(shí)代（300750.SZ）也曾透露，全固態(tài)電池還在開發(fā)中，預(yù)計(jì)2030年后實(shí)現(xiàn)商品化，而比亞迪(002594.SZ)則表示其全固態(tài)電池小批量裝車的時(shí)間點(diǎn)為2027年。
從全球來看，歐洲和美國分別提出了《固態(tài)電池技術(shù)路線圖2035+》以及《鋰電池20212030 國家藍(lán)圖》，兩國落地都在2030年之后，而固態(tài)電池研發(fā)布局和產(chǎn)業(yè)發(fā)展起步最早、技術(shù)和專利全球領(lǐng)先的日本在2023年宣布下一代全固態(tài)電池材料基礎(chǔ)技術(shù)評估和開發(fā)計(jì)劃，擬在2023-2027年全面提高全固態(tài)鋰電池性能，促進(jìn)電池及材料開發(fā)，加快商業(yè)化進(jìn)程。
過渡性產(chǎn)品：準(zhǔn)固態(tài)電池
國軒高科此次發(fā)布的產(chǎn)品主要為準(zhǔn)固態(tài)電池，而其僅僅是過渡性產(chǎn)品。固態(tài)電池包括半固態(tài)電池、準(zhǔn)固態(tài)電池（相較半固態(tài)電池更復(fù)雜）和全固態(tài)電池，和液態(tài)電池類似，準(zhǔn)固態(tài)電池中隔膜及電解液（小于5%）都被保留，電解質(zhì)主體為固態(tài)（如聚合物、氧化物或硫化物基材料），僅在電極與電解質(zhì)界面處存在微量液體潤濕層，更接近全固態(tài)結(jié)構(gòu)。
需要指出的是，技術(shù)相對簡單的半固態(tài)電池還未實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。半固態(tài)電池是通過減少電池內(nèi)部液態(tài)電解質(zhì)（仍需要少量有機(jī)溶劑浸漬，有機(jī)液體電解質(zhì)質(zhì)量占比低于10%）的含量以提升電池的能量及安全性的技術(shù)路線被整個產(chǎn)業(yè)鏈所接受。從生產(chǎn)工藝來看，半固態(tài)電池制造流程和設(shè)備變化幅度不大，僅注液等工藝需要變更。而根據(jù)國軒高科首席科學(xué)家朱寶星透露，前期有一些車企已經(jīng)把1000公里的半固態(tài)電池推向了市場，但是良品率可能只有45%，這對于企業(yè)來說，不可能商業(yè)化落地。
而且固態(tài)電池目前的技術(shù)，連材料都還未確定。固態(tài)電解質(zhì)材料是固態(tài)電池的核心部件，其進(jìn)展直接影響全固態(tài)電池的發(fā)展進(jìn)程。近年來受到關(guān)注的固體電解質(zhì)材料主要有氧化物、硫化物和聚合物三大類。氧化物固體電解質(zhì)組由許多不同的材料組成，所有材料都以鋰和氧為主要成分，以及各種其他元素；硫化物固體電解質(zhì)基團(tuán)由許多不同的材料組成，所有材料都以鋰和硫?yàn)橹饕煞?，以及其他元素或鹵化物。聚合物固體電解質(zhì)組目前以聚環(huán)氧乙烷（PEO）為主。不同類型電解質(zhì)各有特點(diǎn)，也各位弊端，全市場還未找到最終答案。
2030年固態(tài)電池商業(yè)化也僅僅才是開始。根據(jù) EVTank 發(fā)布的《中國固態(tài)電池行業(yè)發(fā)展白皮書(2024 年)》預(yù)計(jì)，2024年全球固態(tài)電池出貨量為3.3GWh，到2030年全球固態(tài)電池的出貨量將達(dá)到614.1吉瓦時(shí)，在整體鋰電池中的滲透率預(yù)計(jì)在10%。
個股方面，贛鋒鋰業(yè)（002460.SZ）在固態(tài)電池領(lǐng)域已形成從材料到系統(tǒng)集成的全產(chǎn)業(yè)鏈布局，涵蓋硫化物電解質(zhì)、氧化物電解質(zhì)、金屬鋰負(fù)極、電芯及電池系統(tǒng)等核心環(huán)節(jié)，其技術(shù)路線包括硅基負(fù)極和鋰金屬負(fù)極雙軌并行，全球首款500Wh/kg級產(chǎn)品也實(shí)現(xiàn)小批量量產(chǎn)；國軒高科半固態(tài)電池能量密度達(dá)到360Wh/kg，支持1000km續(xù)航，全固態(tài)電池進(jìn)入中試階段并計(jì)劃小批量裝車；有研新材（600206.SH）作為固態(tài)電解質(zhì)核心材料供應(yīng)商，受益于產(chǎn)業(yè)化初期需求爆發(fā)，是國內(nèi)唯一布局硫化物、鹵化物、氧化物三大電解質(zhì)體系的企業(yè)，供貨寧德時(shí)代、松下等主要電池廠商。