动力再进化：竞逐下一代电池

李斌给卫蓝新能源出了一道题——为蔚来ET7设计一款150度的电池，让这款轿车的续航里程达到1000公里，但是电池重量不能超过600公斤。蔚来ET7搭载的100度液态电池的重量已经达到555公斤，卫蓝新能源最终供应的半固态电池的重量只增加了20公斤，达到575公斤。显然，这是一款能量密度更高的电池。

2021年1月9日，蔚来便宣布ET7将使用固态电池技术，第二天李斌便辟谣称，2022年量产的“固态电池”，准确说是半固态电池。2023年12月，李斌驾驶一辆搭载半固态电池的蔚来ET7行驶了1044公里。预计今年五六月，这款半固态电池会出现在蔚来的换电站。

2023年也被众多业内人士视为固态电池技术上车元年。锂电池四大主材是正极、负极、电解液、隔膜。其中，电解液和隔膜的作用是实现锂离子自由穿梭。固态电池是用固态电解质替代电解液，解决电池安全问题。同时，固态电池可以搭配能量密度更高的正负极材料，提高电池能量密度。

电池技术的迭代，本质上是不同材料体系之间的竞争，其演进历史是人类“驯服”不同材料的过程，努力在能量密度、安全、成本等维度之间寻求平衡，固态电池被认为是能够平衡多重需求的“终极电池”。

在固态电池赛道，从传统液态电池巨头到初创企业，都希望复制过往中资企业在液态电池领域取得的成功。21世纪初期，比亚迪入局电池产业时，磷酸铁锂电池其实并不算成熟的技术路线，但是通过技术迭代最终带动整条产业链的发展。固态电池被认为也将给产业链提供这样的风口。

固态电池技术风口

中国固态电池领域两大“独角兽”公司：清陶能源，完成G+轮融资，估值约为260亿元；卫蓝新能源估值约为157亿元。2023年以来，两家“独角兽”公司动作频频。

成立于2016年的卫蓝新能源，已经有蔚来、吉利、华为、小米、路特斯等一众车企与汽车产业链参与者。蔚来持股比例接近15％，是第一大单一股东。

清陶能源则相继引入北汽、上汽、广汽等国有汽车集团作为战略投资股东。2023年5月，上汽集团称将追加不超过27亿元投资，完成后间接持有清陶能源约15.29％股权，成其第二大股东。

车企“站队”押注固态电池技术，正是因为液态电池无法兼顾安全与能量密度。对比液态电池当下主流的两种技术路线，磷酸铁锂电池相比三元电池更加安全，但是能量密度无法与之相比。卫蓝新能源董事长俞会根告诉《中国新闻周刊》，固态电池因此获得机会。

依据电解质材料的差异，固态电池有三条技术路线：氧化物、硫化物与聚合物。其中，以硫化物作为电解质材料电导率更高，但是制备难度较高，而中国则更多押注氧化物技术路线。

正是因为中企更多选择氧化物技术路线，因此在液态电池与全固态电池之间留有“灰色地带”，即“半固态电池”。“按照电解液的含量，可以将电池分为液态、固液混合态、全固态。如今市场上的‘固态电池’，是一个相对笼统的概念，只要加入固态电解质，降低电解液含量，便被认为应用固态电池技术。从液态电池到全固态电池是一个渐进过程，卫蓝新能源量产的半固态电池已经将电解液含量降至10％以下，属于固液混合态初级阶段，但这一比例降至1％以下时便接近全固态电池。”俞会根告诉记者。

电池中的电解液变为固态电解质有可能降低电池的能量密度，增加能量密度主要依靠正负极材料的变化。俞会根喜欢将正负极类比为两只“怪兽”，电解液只能“驯服”较低等级“怪兽”，因为可以选用的正负极材料受限，其能量密度上限约为300Wh/kg，目前主流液态三元电池的能量密度为260～280Wh/kg。从液态电池到半固态电池，再到全固态电池，其实是驯服“怪兽”的能力在提升，可以使用能够带来更高能量密度的正负极材料。“最典型的莫过于负极材料的改变，液态电池的负极材料只能使用石墨，卫蓝新能源交付蔚来的半固态电池已经在负极材料中掺入硅，而最终能‘驯服’金属锂负极的只可能是全固态电池。”硅负极的理论克容量是石墨负极的10倍。

类似的故事也发生在正极一端。2019年，“811电池”曾因几起自燃事故陷入争议，“811电池”即正极材料中镍钴锰含量比例为8：1：1的三元锂电池。俞会根告诉记者，正极材料中镍含量越高，意味着更高的能量密度，但因为镍更为活跃也更难被‘驯服’。但是半固态电池可以驯服镍含量达到九成的正极材料。

“驯服”的过程也是电池变得更加安全的过程，最直观的表现是工作温区的变化，当前温度超过55℃时液态电池便会停止工作，而半固态电池、全固态电池会将这一上限提升到60℃、80℃。

用俞会根的话来说，固态电池技术的特点是“三高”，高安全、高温区、高能量密度，对应新能源汽车的三个核心焦虑：首先是安全焦虑，除非蓄意破坏，否则碰撞、过充等引发自燃将成为历史。其次是低温焦虑，液态电池在冬季续航“打折”是常态，磷酸铁锂电池尤甚。虽然固态电池低温性能没有明显提升，但是它可以在高温环境下运行，因此可以为固态电池进行绝热、保温和加热处理，避免其在低温环境中工作。再次便是续航焦虑，以为蔚来ET7量产的半固态电池为例，标称续航超过1000公里。

尽管一些搭载液态电池的新能源汽车也能实现1000公里续航，但是俞会根表示，其以较高的能耗为代价。“这也是很多车企当前并不追求1000公里续航的原因，液态电池能量密度有限，增加续航里程只能加装电池，推高整车重量，提高能耗。固态电池技术通过提升能量密度，可以在整车减重的同时增加续航里程。”

他告诉记者，整车每减重100公斤，能耗可以降低3％～10％，以3％的下限作为标准，卫蓝新能源曾为大众一款续航617公里的新能源汽车进行测算，达到相同续航里程，半固态电池、全固态电池能分别少安装3.4度5.4度电池，分别降低3000元、5000元的电池成本。

“其实1000公里续航对于半固态电池而言只是一个起点，理论上半固态电池的能量密度可以更高。以磷酸铁锂电池为例，电池包的能量密度为160瓦时/公斤左右，三元电池电池包的能量密度则在200～250瓦时/公斤，而蔚来ES6半固态电池包的能量密度超过260瓦时/公斤。未来伴随新的正负极材料的导入，电芯成组效率的进一步提升，半固态电池电池包的能量密度将从现有液态电池电池包200瓦时/公斤的维度提升至300瓦时/公斤。”恩力动力固态电池研发总监姚猛告诉《中国新闻周刊》。

“更少的电池，更多的续航里程”，故事听起来很美好，但是前提是与液态电池相近的成本。

如何“挤上牌桌”？

当锂电池原材料价格回归常态，锂电池行业正在进行的“价格战”无疑给固态电池技术进入市场带来压力。而较为强烈的降本诉求也决定了车企对于电池技术路线的选择，磷酸锰铁锂电池的兴起便是明证。

小鹏汽车电池技术高级总监仲亮就曾在去年公开表示，更关注能满足低成本和快充性能的新电池技术，例如磷酸锰铁锂电池。

国轩高科国际工程研究院副院长朱冠楠告诉《中国新闻周刊》，对于动力电池而言，目前磷酸铁锂电池与三元电池的电量多为40～60度电、80～120度电。磷酸锰铁锂电池可以填补两者之间的空白，覆盖60～80度电区间，成本也介于两者之间。“业内一直对于三元电池的成本有所顾虑，特别是如今磷酸铁锂电池成本已经接近BOM标准成本的情况下，而磷酸锰铁锂电池可以在控制成本的情况下将电池能量密度进行提升，逼近中镍三元电池水平，对于三元电池市场份额的冲击更为显著。”

“磷酸铁锰锂材料二三十年前已经出现，正是在当今降本诉求强烈的市场氛围下，促使电池厂商、材料厂商加大对其研发的投入力度，可以说是当下市场环境催生出的技术路线。”朱冠楠表示。

仲亮就曾直言，当前半固态电池成本太高，是液态电池的2倍。显然，成本是半固态电池没能大规模进入市场的主要障碍。

有电池厂商人士告诉记者，自己感受到了车企对于半固态电池态度的微妙变化。“一年前，电池厂商已经向车企送去半固态电池样品，对方表达出浓厚的兴趣，甚至提出比较激进的产品应用路线。但是随着去年下半年车企面临更大的降本压力，车企对于半固态电池逐步从热烈追捧转为谨慎观望。亦有新势力车企明确推后了半固态电池上车计划。”

材料的变化一方面在改变电池的性能，另一方面也在短期内推高了电池的成本。朱冠楠透露，国轩高科的半固态电池比三元电池的成本高出5％～10％，主要因为使用的硅负极材料尚未量产，但其未来有50％以上的降本空间，有望与现有的石墨负极材料持平。

“钴的价格是镍的价格的3～5倍，固态电池技术可以兼容高镍正极材料，这意味其相比三元电池正极材料使用更少的钴，未来反而更具成本优势。”俞会根说，高镍材料成本一定低于中镍材料，目前成本较高的原因在于尚未规模化生产。

规模化生产对于降本会起到重要作用。至于拐点何时到来，姚猛坦言，业内之所以认为产量达到一定数量级，便可以更好控制成本，是因为达到一定量级的产能后，便可以独立支撑上游的厂商，这意味着电池厂对上游企业有更多议价空间，对于下游车企而言，拥有一定产能支撑也可以更有信心地推广新车型。“业内对于拐点的预测不尽相同，但多在10吉瓦时级别。”

卫蓝新能源预测，全固态电池产业化之后，会比现有的液态三元电池成本降低10％～20％，清陶能源的结论更为激进，预计降本幅度将达四成。

降本的前提是量产，对于固态电池技术而言，当下最重要的是“挤上牌桌”，不只是在动力电池领域。储能电池显然是一个比动力电池更加“内卷”的市场，一些大型储能项目电池的采购价格已经低至单瓦时0.3元。

“储能客户的要求是价格不能高于现有的磷酸铁锂储能电池，但是作为后发产品又不能没有优势，只能在新技术应用与成本控制间寻求平衡。”俞会根坦言，对于半固态电池而言，现阶段最重要的是挤上牌桌，挤上牌桌后再迭代产品。“今年与‘五大六小’发电企业的合作会陆续落地，应用案例的积累意味着成功挤上牌桌。”

姚猛认为，在市场导入阶段，需要做好两件事情，首先是短期内对于细分市场进行针对性研发，突出固态电池技术的优势，找到一些液态电池无法胜任，又对成本容忍度较高的细分市场，而这样的市场可能并非动力电池市场。其次，部分固态电池的技术，可以在现有液态电池技术体系下提前投入市场，比如复合隔膜技术、正负极界面优化技术等已经可以导入现有业态体系，这些新技术的成本将会得到提前优化。

姚猛告诉记者，电池的性能可以分为五个维度：能量密度、寿命、倍率性（快充性能）、成本和安全。但是在半固态电池产品推出的初期，难以兼顾这五个维度。

“新技术诞生初期的成本一定比较高，动力电池对电池厂商的产能规模与控制成本的能力都有较高要求，比如产能规模至少要达到1～2吉瓦时，对于初创企业而言有一定难度。”姚猛告诉记者，恩力动力最先选择进入无人机市场，因为无人机市场的痛点刚好可以用半固态电池的优势弥补，其对于能量密度要求比较高，而且因为搭载电池较小，因此对于电池成本敏感度不比新能源汽车，但是最终的目标一定是进入汽车动力电池市场。