半固态电池与固态电池之争，本质上是产业优先顺序的选择。半固态电池降低了现实交换的风险，适合当前的中国市场。 All-Solid用性能保证未来，符合日韩电池厂商的技术进步战略。我国固态电池的大规模商业化仍面临界面阻抗高、成本高的技术障碍。要把科研院所的优势转化为市场的话语权，需要推动“技术攻势和产业生态力”两股力量。文字|曲浩源的固态电池是下一代锂电池的核心技术方向。与液态锂电池相比，固态电池具有更高的电池密度、能量、显着提高的耐用性、显着提高的安全性并可预防防止电解液泄漏并降低热失控风险。同时具有更宽的工作温度范围和更好的极端环境适应性。这些在新能源汽车、低空经济、家电等领域具有广阔的应用前景。目前，固态电池的大规模应用需要解决材料技术瓶颈、工程量产瓶颈、成本高等各种问题。突破固态电池产业化需要多方面的合作。一是加强政策支持和引导，通过行业标准制定、财政补贴、研发支持等方式推动固态电池产业化。其次，电池和材料制造商将加速材料和工艺创新。一方面，材料方需要通过材料体系突破技术瓶颈。创新和界面优化。一方面，制造工艺和设备需要创新和改进，优化制造工艺，提高生产性能和效率。第三，应用场景拓展将推动成本降低和规模化部署，首先加速机器人、电动垂直起降等应用场景拓展，推动固态电池大规模成本降低，进而加速其在新能源汽车领域的实际应用。关于半固态和全固态双线并联技术路线，主要材料固体电解质包括硫化物、卤化物、氧化物和聚合物电解质四类。固体电解质各有优缺点，业界仍在寻找固态电池量产的最佳技术路线。具体来说，聚合物具有良好的润湿性和加工性能性能优良，但抗氧化性差、导电率低、本质安全性差。它们可以与锂盐络合以提高电导率或用作粒状无机固体电解质中的固-固界面过渡层或结构。氧化物具有高本质安全性、高化学稳定性和相对较低的制造成本，但存在加工性能差、电导率低和电化学范围窄的问题。实际使用中，可作为半固态电池电解质的核心层。硫化物在室温下具有高电导率和良好的加工性能，但化学稳定性较低，制造成本较高。目前主要用作核心电解质层来开发固态电池解决方案。卤化物离子的电导率也能满足应用要求，且成本相对较低、灵活性好、电化学窗口宽。目前，它被用作正极全固态电池涂层。从目前的技术路径选择来看，全固态电池的首要设计路径是高离子电导率的硫化物/卤化物复合电解质。但化学稳定性差、成本高等问题导致大规模应用困难。半固态电池主要使用电解质氧化物和高分子化合物。成本相对较低，易于产业化，但性能上限较低。此外，从电池类型来看，目前半固态电池和全固态电池并行运行。半固态电池被一些人认为是一种过渡产品。有人认为，半固态电池是一条独立路线，而非过渡路线。这是因为其设计目标不是为固态电池服务，而是直接解决能源和储能客户的需求。半固态电池与全固态电池之战系列本质上是选择行业优先级。半固态电池用现实主义来降低变革风险，适合当前的中国市场。固态电池因其性能极限而有其未来，这与一些电池制造商的技术进步策略是一致的。对于产业链相关企业来说，半固态电池是一种开创性且短命的半固态电池。既要确保固态电池战略储备，全面实现技术和量产突破，又要平衡好固态电池商业化与固态电池长期最终目标之间的资源投入。工业化困难依然存在。固态电池大规模产业化面临的挑战主要在于材料性能和界面接触问题等因素带来的高成本，制造工艺复杂，产业链不完整。从材料角度来看，全固态电池仍面临材料技术上的诸多挑战，如电解质、正极、负极、固固界面接触等。电解液方面，硫电解液在室温下具有较高的离子电导率，与液态电解液类似，具有良好的加工性能，是全固态电池电解液技术的主流。但由于化学稳定性差、成本高，难以大规模应用。以LiPSCl粗粉电解质体系为例，其主要原料包括硫化锂、五硫化二磷和氯化锂。其中，硫化锂占原料质量30%以上，成本构成82%以上。目前硫化锂生产成本较高，市场价格在2~3磨元之间离子元每吨。这主要是由于硫化锂的化学性质相对不稳定，并且容易与空气中的水和氧气发生反应。 Li2S 发生水解反应生成 LiHS 和 LiOH。进一步水解生成有毒气体H2S，增加生产安全风险，对生产环境和储运条件要求较高，制造加工成本增加。至于正极材料，固体电解质可以承受更高的电压，因此可以采用高压平台的正极材料来提高工作电压，从而提高能量密度。目前，全固态电池正极材料继续向高电压、高比能量方向发展。关于能量质量密度为500 Wh/kg的固态电池应该可以与能量密度更高的正极相媲美，例如富锂锰基正极。工业应用富锂锰基电池的应用面临初始库仑效率低、电压/容量下降、倍率性能差等挑战，目前处于产业化初期。负极材料方面，锂金属的比理论容量最大为3860mAh/g。是目前已知材料中电位和密度最低的电极材料。这有望成为下一代负极材料的迭代方向。然而，锂金属负极中锂枝晶的失控生长和界面副反应等问题可能会对电池造成结构损伤，这仍然是锂金属负极当前应用过程中的一个问题。面临巨大的挑战。固固界面接触处仍然存在阻挡点。在液体电池中，电极材料浸入电解质中，使两者保持稳定可以长时间接触。另一方面，固体电解质和电极材料都是固体材料。另一方面，固体之间的接触面积不足会显着增加界面电阻。此外，由于电极在电池充电和放电期间膨胀，因此固-固界面处的接触趋于劣化。固-固界面接触的不稳定性对电池的电化学性能和安全性具有重大影响。从制造角度来看，全固态电池的制造难度显着增加。在初始制造过程中，电解质膜制造工艺/极片制造工艺应与干电极工艺相匹配。对于硫化物技术路线，硫化物电解质对空气、水和极性有机溶剂敏感。另一方面，供应和运输环节必须与空气隔离并密闭运输，提高了设备的自动化率。另一方面，极片制造/电解质膜形成的环节必须与干电极工艺兼容。该工艺不使用有机或极性溶剂，并且与固态硫电池制造工艺兼容。其中干膜沉积是核心部分，其精度要求高、工艺难度大、设备昂贵。中间制造工艺采用层压代替缠绕，并增加了新塑料框架印刷工艺+等静压压制。固体电解质脆性大，不适合绕线，因此通常需要轧制工艺，这对轧制精度提出了很高的要求。新增的塑料框架印刷环节，主要是在电极端部印刷树脂，形成环形框架，在压力下起到支撑和绝缘的作用。静水压是一个过程主要使固体电解质和电极界面紧密接触，提高固-固界面的离子电导率。到了中间阶段，对层压机和新型塑料框架的精度要求更高。系统印刷与等静压设备的结合，带来了更高的压力要求和更大的技术难度，特别是在压制阶段。在后续制造过程中取消了注液环节，增加了高压成型所需的压力。后期升级高压成型设备增加了压力要求，主要是为了改善固体之间的界面接触并激活离子通道。产业链仍处于发展阶段。与成熟的液态锂电池产业链相比，固态电池产业链仍处于发展阶段，面临多重限制系统蒸发散。材料方面，由于生产规模有限、采购途径有限，我们尚未建立硫化锂等主要原材料的稳定供应体系。在制造方面，设备成熟度不足，工艺积累有限，导致生产良率低、制造成本高。总体来看，固态电池产业链仍需加强材料创新和界面问题优化，提高生产制造工艺成熟度，促进产业链合作，以降低固态电池生产成本，加速产业化。中国科技城（绵阳）第十二届国际科技展览会上的固态薄膜电池（2024年11月6日拍摄） 唐文浩 摄/本刊 将实验室优势转化为市场优势 我国正在积极推动固态电池发展，在政策支持、技术和产业化进度等方面具有一定优势。政策层面，工信部将在2024年投入60亿元，支持6家电池制造商和汽车企业的固态电池研发项目实现目标2。2027年每个项目达到1000个示范费。在技术进步和工业化方面，一方面，半固态工业化加快进步，技术平价加速；电力方面，上汽汽车将于2025年8月推出新款MG4，半固态电池版本售价9.98万元，首次将半固态电池车型价格降至10万元以下。储能方面，2025年8月，南都电源宣布将成为全球最大的半固态电池储能项目项目总容量为2。获得0.8GWh独立储能项目订单。随着半固体电池达到技术平衡，半固体电池的采用率预计将加快。与此同时，固态电池正逐步进入中试阶段，不少车企也开始进行原型车的道路测试。许多电池厂正在逐步推出全固态产品的中试线。例如，国轩高科五月份宣布已完成第一条全面稳健的中试线。亿纬锂能已完成小型软电池组装工艺开发，预计2025年投产100MWh中试线。孚能科技固态电池能量密度可达400-500Wh/kg，公司预计60Ah硫固态电池将于2025年底小批量出货。另外，路测Tera的全固态样机问题正在逐渐实现。开始。 5月，搭载奇瑞汽车固态电池的Star Era ET开始道路测试。长安汽车希望在2025年底推出金钟固态电池作为工作样机。但全固态电池在日本大规模商业化仍面临高界面阻抗、高成本等技术障碍。要想继续占据全球新能源产业的领先地位，必须以“技术攻势+产业环境实力”的双轮驱动为承载，将实验室的优势转化为市场的声音。攻克关键材料和技术。一方面，通过支持国家重点实验室、技术创新中心等建设，攻克固态电池加工产业化中的技术难题，推动技术创新和产业化。复杂程度。同时，要制定统一的技术标准和规范，明确全固态电池的安全要求、性能指标、测试方法等，为技术研发和产品生产提供指南，减少技术路线的不确定性，鼓励全固态电池相关设计企业按照标准开展生产、研发。构建政策、资本、产业链协同生态系统。通过建立“中央资金+地方督察+企业联盟”和专项奖金、税收优惠三项体系，加大对实力企业的支持力度，尽早降低风险成本，激发固态电池产业链市场活力。同时，加强产业链上下游企业之间的沟通与合作。上游原材料供应商将与中游电池制造商合作，共同开发和研究关键材料，以确保稳定的原材料供应。中游电池厂商将与下游客户合作，开发适合不同应用场景的电池产品，共同推动固态电池行业的发展壮大。完善应用场景的开发和延伸。我们将锚定低空经济、仿人机器人等先进场景，建立业务闭环，反过来推动技术创新迭代，推动固态电池大规模降低成本，打开长期增长空间。 （作者为中金公司电力研究部首席分析师） ■
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