固态电池突围
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撰文 / 周 洲
编辑 / 张 南
设计 / 师 超
上汽集团8月30日晚公告，拟与清陶（昆山）能源发展股份有限公司（下称清陶能源）合资成立上汽清陶新能源科技有限公司（以市场监督管理局核准的名称为准，以下简称“上汽清陶”）。
上汽清陶注册资本人民币10亿元，其中上汽集团认缴出资4.9亿元，占比49%；清陶能源认缴出资5.1亿元，占比51%。
上汽集团曾分别于2020年、2022年和2023年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29.835亿元，间接持有清陶能源约15.29%股权。
看来，上汽是要打造固态电池电动车样本工程。
那么，固态电池为何雷声大、雨点小，需要资金雄厚的国企车企力推？
一方面，有的电池业界人士认为，固态电池现在顶多能做到的是半固态电池状态，和不断迭代的液态锂电池相比，并没有太大性能和成本优势；另一方面，固态电池毕竟是业界公认的新一代电池技术，丰田、蔚来、上汽、赛力斯等车企开始规划固态电池量产上车“吃螃蟹”。
以宁德时代为代表的电池龙头企业认为固态电池从技术基础上来看还不到火候，但一批创业公司早已跃跃欲试，绑定车企上车。
固态电池目前处在什么样的研发阶段？它距离量产还有多久？
市场上实现装车的大部分是半固态以及准固态电池，汽车商业评论了解的机构普遍预测，大规模装车要到2025年之后甚至2030年。
可以确定的是，不论是有消息的，还是没有官宣进度的各路固态电池玩家，都在做技术研发和储备，等待市场奇点到来喷发的那一刻。
愿意吃螃蟹的车企
上汽集团的时间表很明确，要率先实现固态电池大规模产业化应用，2024年首款搭载800V超级快充固态电池的车型量产上市，汽车商业评论了解到首款车将是智己，单体能量密度实现368Wh/kg，整车实现1000公里续航，充电10分钟续航增加400公里；2025年固态电池成本较同等规格的磷酸铁锂或三元电池降低10%-30%，在智己、飞凡、荣威、MG等车型上，实现固态电池10万量级的销售规模。
上汽集团2025年新能源汽车销量目标是350万辆，自主品牌占到70%。
今年6月13日，丰田宣布了个大新闻：在固态电池技术上取得了巨大的进展，体积重量减半，成本减半，充电10分钟续航里程1200公里，计划到2025年推出配备先进固态电池的电动汽车。
丰田放了固态电池的卫星之后不久，上汽集团跟进公布了进度，拟向清陶能源追加投资近27亿元，深化布局固态电池技术。
基于安全和能量密度优势的固态电池，其实并不是最新蹦出来的，研发早有时日。
早在2008年，丰田对外宣布已经进军固态电池领域。2020年8月，搭载全固态电池的丰田电动车取得牌照，开始行驶实验。
按照丰田的研发进度来看，实际上其涉足固态电池已有20多年，专利数量超过1000件。
但一直到今天，固态电池仍处于起步阶段。根据公开资料显示，一些车企陆续于今年开启小批量半固态电池装车。
除了丰田之外，BBA均计划于2025年前后推出搭载固态电池的电动汽车。东风、蔚来、赛力斯已宣布将于今年实现半固态电池装车，长安深蓝、广汽埃安、高合等汽车品牌普遍规划2025年前装车半固态电池。
只有车企推动，固态电池才能落地，否则只能成为实验室里的花瓶。
从固态电池赛道来看，大概可分为三类玩家：以丰田为代表的电池研发（应用是另一回事）一直走在前沿的车企，以及上汽集团和比亚迪；电池企业，以宁德时代、赣锋锂电为主的锂电企业；创业公司，有北京卫蓝新能源科技有限公司（下称卫蓝新能源）、清陶能源、重庆太蓝新能源、马车动力等。
其中卫蓝新能源和清陶能源分别绑定了蔚来和上汽集团等车企，二者都带有国家重点科研院所的背景，卫蓝新能源是中国科学院物理研究所固态电池技术唯一的产业化平台，清陶能源则脱胎于清华大学新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室。
蔚来汽车今年5月发布的全新ES6车型已经采用了卫蓝新能源的半固态电池。卫蓝新能源向蔚来提供150kWh电池包，续航里程达1000公里。该款电池的能量密度为360Wh/kg。
卫蓝新能源创始人李泓近日表示，公司计划最早在2025年上市。其资方包括蔚来资本、小米集团、华为、国汽智联、吉利控股等。
上汽和清陶能源自2018年就开始合作。2020年，上汽入股清陶，参与清陶e+轮融资，2021年双方完成超高能量密度固态电池的实车验证，2023年双方签署增资扩股协议和战略合作框架协议。
作为电动汽车最为核心的零部件，早在2017年，上汽就和宁德时代成立了两家电池合资公司——时代上汽与上汽时代，其中时代上汽负责电芯生产，宁德时代持股51％、上汽持股49％；上汽时代负责Pack生产，宁德时代持股49％、上汽持股51％。
此外，上汽自己还有2022年4月成立的100%控股的捷能易电能源科技有限公司。
据上汽清陶副总经理王林介绍，上汽与宁德时代的合作主要聚焦于量产锂离子电池的研发和生产，与清陶的合作则更加专注于新一代固态电池的研发，捷能则是在电池管理系统软硬件开发方面具备优势。
华兴资本投资银行事业部董事总经理、新能源和先进制造组负责人周亮曾对汽车商业评论称，找到愿意吃螃蟹的、和电池企业关系密切的主机厂很重要。固态电池的研发往往不是电池厂一家能够独立完成，需要和下游主机厂、上游材料厂紧密配合才行。
“在早期，有主机厂愿意投入大量资源实现从0到1是非常关键的。”周亮说。
量产之难
即便是研发多年、拥有专利绝对优势的丰田，也未详细解释固态电池将如何实现量产，只表示争取到2030年实现稳定化量产。
当然，这与丰田对电动化路线的态度左右摇摆、将氢燃料看作是更重要的战略发展任务有关，但也与固态电池增加了的材料成本、相对复杂的制造工艺有关。
已有固态电池技术储备的“带头大哥”宁德时代对固态电池的看法，就不那么乐观。
“全固态电池，目前还有些核心问题亟待解决。如果丰田说现在能量产全固态电池，我表示怀疑。但是到2027年，我也没法预测。以宁德时代的技术水平而言，也很有难度。”7月6日举行的2023年中国汽车论坛上，宁德时代新能源科技股份有限公司首席科学家吴凯对丰田的固态电池规划评价道，“丰田说成本减半，但对标的分母是多少，外界不知道。”
清陶能源总经理李峥对包括汽车商业评论在内的媒体表示，丰田固态电池“充电10分钟1200公里”指的是材料级的概念，是单纯用材料传导锂离子的能力换算成充电速度，只是传导锂离子能力的一个参数，而不是产品级的概念。“丰田没有推出充电10分钟跑1200公里的车，而是开发的固态电池电解质的材料性能支持这样的速度。”他表示。
汽车商业评论从知情人士处了解到，即便是带头大哥宁德时代深耕了数年，也认为固态电池尚有包括工程技术在内的基础问题没有解决。
从技术成熟度等级(TRL,Technology Readiness Level)来看，分为九个等级。一般认为第五个等级以前的是技术基础，后面的是涉及到是否能量产的产品化问题。
该知情人士称，在锂离子电池中，离子需要扩散才能产生电流，离子在固态电池中扩散，阻力极大，跟液态电池的扩散差了10倍数量级以上，所以需要解决离子扩散的科学问题，他认为在没有解决这个问题之前谈电解质变成固态没有意义。此所谓界面的阻抗问题。
从正负级来说，正极多孔电极或者粉末电极，作为固态颗粒，如何与固态电解质的接触像液态那样包裹式充分？
固态电池默认的一个隐含标准其实是负极用锂金属，这样才能将其能量密度提升至500Wh/kg，如果负极如果还用石墨而不用锂金属，能量密度并不比现在迭代快速的液态电池要更好。换上了更活泼的金属锂之后，随之而来的需要解决的接触面积和充放电膨胀基础科学问题。
他判断，现在的技术成熟度等级仍然在前期阶段。
也可能正是由于宁德时代对固态电池的判断比较谨慎，所以正在打造新一代电池技术样本的上汽，选择了带有国家重点实验室背景的创业公司清陶能源。
对于界面阻抗问题，李峥对汽车商业评论在内的媒体表示，目前可以通过两个手段解决，第一个是加强材料的加工处理能力，使界面越来越完整、接触越来越充分，第二在材料选择过程中，用复合材料，也即增加一部分浸润液体。这其实是半固态电池。
（清陶产线：电池成型）
根据电解质不同，固态电池路线大致分为硫化物、氧化物、聚合物等。丰田使用硫化物，欧美企业多用聚合物，中国企业倾向于氧化物。氧化物路线可以在液态电池设备上改造升级，复用率较高，节省昂贵的设备成本。
清陶第一代固态电池选择了氧化物+聚合物的技术路径，第二代固态电池选择了氧化物+卤化物+聚合物的路径。李峥称，这是利用不同的材料之间的物理性能，让电池更致密、阻抗更小。他认为在界面阻抗问题没有解决好之前，还是要加聚合性的材料把界面做好。
（最中间的方形电池是清陶第二代固态电池）
和其他材料相比，硫化物材料比较大的优势是单个材料传输锂离子速度是最快的，但还有其他问题，比如稳定性的问题，工作中会不会被还原、会不会产气。“这些问题并不是完美的材料就能完全解决掉。”李峥说。
固态电池就好比在汉堡包里加了个鸡蛋。即使前述技术问题解决了，它的成本问题决定了它是否能够量产。
据蔚来总裁秦力洪表示，150kWh的固态电池包，其成本接近一辆蔚来ET5，按这样来说，蔚来研发的150kWh半固态电池，装车后的成本大概在25万元左右，装车前电池包的成本至少也在22万元以上。而目前市场上通用的液态锂离子电池成本大概占整车的30%-60%。
李峥称则认为，固态电池的成本问题并不像外界想象的那样高不可降，反而固态电池具备成本优势。
他称，材料研发加工和规模工厂制造能力，能让将固态电池成本下降。清陶已有产能1.7GWh，在建产能30GWh。
据他介绍，清陶第一代半固态电池能量密度液态电解质还有5%-15%，产线设备有30%是新设备，能量密度小于420Wh/kg，成本与液态锂电池相当；第二代固态电池液态电解质小于5%，能量密度可达400-500Wh/kg，60%是更新设备，成本与液态锂电池相比下降20%，2024年可SOP；第三代就是全固态电池，采用固态电解质，能量密度大于500Wh/kg，2027年可SOP，70%是更新设备，成本与液态锂电池相比下降40%。
李峥对汽车商业评论表示，对清陶来说，由于包括涂布等关键环节在内的设备是自研的，所以最让他们在乎的成本痛点还是原材料碳酸锂的价格波动，而不像其他初创企业，需要购买价值上千万元的设备，最在乎设备的复用率。
（清陶产线：前段涂布环节）
设备的复用率越高、更新越低，代表目前的液态产线可以改造使用，不用全部换新、调校，规模生产的良品高，可以降低成本。太蓝新能源考虑的氧化物电解质路线正是基于设备复用率高、良品高。
据汽车商业评论了解，目前的半固态电池或者准固态电池可达到充电10分钟续航400公里、整车续航里程超过1000公里标准。
能达到这个标准的，锂离子液态电池其实也做得到。比如，宁德时代已经推出了成本更低的旨在让成为普通电动车标配的4C磷酸铁锂超充电池，能够实现充电10分钟续航400公里，以及已经在极氪001上实现装车的续航里程超过1000km的麒麟电池。
代表下一代新技术的固态电池是否能规模量产，除了有敢吃螃蟹的车企之外，还要看市场的选择。
周亮认为，固态电池大规模装车可能要到2030年。
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