困扰固态电池量产的是技术？成本？还是制造？

2024年，搭载高性能、长续航固态电池的智己汽车车型将率先实现规模化量产。

2025年，智己、飞凡、荣威、MG将推出多款搭载新一代固态电池的量产车型。

以上是电哥参加“上汽技术之旅”得到的一手消息，宣布固态电池上车上汽并不是第一个，但可能是最接近落地或者是最快落地的一个，毕竟它已经完成了装车试验。

关于固态电池，貌似大家都在努力攻关，其重要性不言而喻。

4月，宁德时代发布凝聚态电池，单体能量密度达到500Wh/kg。

7月，卫蓝新能源湖州基地固态动力电芯产业化工程项目全面进入投产期。

近期，丰田也宣布已经在固态电池技术上取得重大突破，能够将电池的重量、体积和成本减半，并计划到2025年推出配备先进固态电池的电动汽车。

一时之间，2025年就成为了固态电池大规模应用的时间节点。

可是要知道，早在2020 NIO Day上，蔚来便正式发布了续航超1000km、采用固液混合电解质的150kWh半固态电池包。然而，时至今日这一电池包依然“只闻其声”。

难道固态电池的导电率、阻抗、生产制造技术、成本都得到解决了？带着这些疑问电哥是参观了上汽和清陶合作的固态电池研发基地。

相较于传统电池，固态电池的主要优势在于，解决了能量密度和安全性两大难题，对于目前广泛使用的液态锂离子电池（三元锂和磷酸铁锂）而言，固态电池一下子就解决了两大痛点。

不管是三元锂还是磷酸铁锂电池，它们的能量密度已经接近理论上的天花板了，目前已商用的三元锂电池，能量密度大多在300Wh/kg以内，而注重安全性的磷酸铁锂电池，能量密度通常不超过200Wh/kg。

当然，理论上液态锂电池的能量密度还能进一步提高，但能量密度越高对于电池热管控的要求也会越高，潜在的危险性也会越大。

出于安全考虑，现在的厂商更多的是从结构、模组形式上进行优化，像比亚迪的刀片电池、宁德时代的麒麟电池就是如此。

而固态电池可以让电池内部更紧密、体积更小，将能量密度大幅提升至500Wh/Kg甚至更高。

安全性方面，液态锂电池一旦电池受到挤压、冲击，就会造成正负极短路产生大量热量，加上液态电解质里易燃的有机溶剂，结果就是电池起火爆燃。

反观固态电池，它的正负极不容易发生短路现象，其次固态电解质不仅不可燃、不挥发甚至还能耐高温，同样极端情况下不会发生起火、爆炸。

既有高能量密度又有高安全性，固态电池究竟是什么神仙结构？

从工作逻辑来看，固态电池和液态电池是一样的，它最大的特点在于使用固体电解质替代了传统锂电池的电解液和隔膜。

传统的液态锂电池被科学家们形象地称为“摇椅式电池”，摇椅的两端为电池的正负两极，中间为电解质（液态）。而锂离子就像优秀的运动员，在摇椅的两端来回奔跑，在锂离子从正极到负极再到正极的运动过程中，电池的充放电过程便完成了。

固态电池的原理并没有发生变化，只不过其电解质为固态，锂离子依旧可以在正负极之间往返，并且固态电解质还担当了分隔正负极的角色，所以说固态电池不再需要隔膜。

实际上，电解质的变化，可谓是牵一发动全身，使用全固态电解质后，锂离子电池的适用材料体系也会发生改变。

其中最关键的就是可以不用嵌锂的石墨负极，而是直接使用金属锂来做负极，这样可以明显减轻负极材料的用量，金属锂具有高达3860 mA·h/g 的理论比容量及3.04 V的超负电极电势，是高比能电池的理想负极。当三元锂电池能量密度在300Wh/kg挣扎时，固态电池的能量密度能够轻松突破400Wh/kg。

传统锂电池如果采用金属锂当负极，金属锂在反复充放电过程中会出现粉化、枝晶生长等问题，导致其循环性极差；更为致命的是，锂枝晶生长造成电池短路还会引发严重的安全事故。

所以传统锂电池采用低容量，不容易让锂离子生根发芽的石墨作为负极。

可以想象，如果电解液变成固态电解质，金属锂在反复充放电过程中就不具备生长空间，问题完美解决。

要从根本上提升能量密度，除了改变负极材料，正极材料同样需要改变。

固态电解质相对于电解液来说电化学窗口会更宽，可以选择容量更大的正极材料，提高比能量；也可以选择电压差更高的的正负极材料，都可以达到提升能量密度的目的。

固态电池如此理想，那么阻碍它量产的是什么？

技术层面而言，一是电导率偏低问题；二是界面阻抗和稳定性问题。

所谓电导率偏低，即电子通过的效率低；界面阻抗大、界面分离，就是正负极与电解质的连接处存在电阻大，接触不良的问题。

解决办法是找到一种合适的电解质，让它的结构能达到既让锂离子顺畅通过，又能解决接触的问题。

目前有三种主流固态电解质，聚合物、氧化物、硫化物。

聚合物固态电解质在室温下导电率低，能量上限不高，升温后离子电导率大幅提高但既消耗能量又增加成本，增大了商业化的难度。

氧化物固态电解质综合性能好，被认为是最有吸引力的固态电解质材料之一，制约其发展的重要因素是电解质和电极之间界面阻抗较大，界面反应造成电池容量衰减，目前主要是国内企业主要研究的方向。

硫化物固态电解质电导率最高，研究难度最高，开发潜力最大，如何保持高稳定性是一大难题，目前主要是日韩企业投入了大量资金进行研究。

对于上汽和清陶能源而言，它们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，能够较好的平衡成本和电池性能。

除了技术层面，材料和制造成本的影响又如何，根据清陶能源公布的成本预测，现阶段的半固态成本与液态锂电池相当，第二代固态成本可以下降20%，全固态则可以下降40%成本，可见阻碍固态电池全面落地的成本因素并不是太关键。当然，不同技术路线所用材料成本差异也会比较大。

不过，固态电池中由于没有电解液，封存将会变得更加容易，在汽车等大型设备上使用时，也不需要再额外增加冷却管、电子控件等，不仅节约了成本，还能有效减轻重量。

并且，固态电池成组效率更高、采用的材料更少、结构更简单，生产工艺流程是得到简化的；相应地，电池包的保护系统、冷却系统、BMS等均可得到简化。因此，固态电池实现量产后有望在材料和生产工艺两个方面，实现比传统锂离子电池更低的成本。

回到文章开头提到的部分，上汽集团将在2024年在智己品牌上率先装车，不过其装车的电池实际上还是含有一定百分比的电解液。

依据电解质含液态电解质含量分类，锂电池可分为液态、半固态、准固态和全固态四大类，其中半固态、准固态和全固态三种目前都会被称为固态电池。

固态电池的迭代过程中，液态电解质含量将从20wt%降至0wt%（重量含量百分数）。

按照时间表，清陶的第一代固态电池能量密度达到了360Wh/kg，此时的液态电解质含量为5-15%；与上汽联合研发的第二代固态电池，预计能量密度可以突破400Wh/kg，同时液态电解质的含量降低至5%以内。

到2027年，第三代全固态电池能量密度可以突破500Wh/kg，并且完全没有液态电解质。

与丰田直接押注固态电池不同，我国电池企业普遍选择“从液态到半固态再到固态”的渐进式发展路线，这是比较务实的迭代式发展方式。

毕竟早期纯电动汽车开始投产的时候，150公里不到的工况续航，电池组重量比现在的还重还大，并且当年这样的电池组一个造价超过15万元，现在的固态电池面临的就是这种局面。

从时间路线来看，上汽最快2024年装车，2025年全面铺开，并且成本比同等规格的磷酸铁锂和三元锂更低，我们也期待这样的技术进步。