全固态电池：一场技术与未来的豪赌！
锂电那些事今日第二条2025年02月19日 星期三
全固态电池，正在迎来豪赌“All in”。各路选手纷纷“上桌”了。
近期，特别值得关注的四项专利信息分别来自华为和宁德时代。其中，华为的专利——“掺杂硫化物材料及其制备方法、锂离子电池”，已于11月5日顺利通过国家知识产权局的初步审查阶段。
近期，国家知识产权局揭晓了宁德时代在固态电池领域的三项重要专利成果，具体包括：“一种改性固态电解质及其创新制备工艺，以及应用该电解质的固态电池与电力装置”、“关于固态电解质膜的全新制备方法及基于此的固态电池与用电设备”以及“固态电池单体的先进制造技术及其实现方法”。
谈及专利，宁德时代的成就自然不言而喻。而华为在专利方面的新动向，虽更多蕴含象征性意义，却同样不容小觑。与此同时，另一电池行业巨头比亚迪，已于8月7日悄然提交了全固态电池的发明专利申请，展现其在该领域的前瞻布局。
在专利之外，电池行业的领军者宁德时代近期又有大动作。据媒体报道，该公司已调动上千人的庞大团队，并投入巨额资源，全力押注全固态电池的研发。此举一出，业界仿佛迎来了一场突如其来的风暴，局势瞬间变得扑朔迷离。
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赌未来
在早前的9月动力电池盛会上，宁德时代董事长曾毓群分享道，当前全固态电池的行业研发尚处于初级阶段，宁德时代自身的研发进展也仅达到TRL（技术成熟度）4级，即技术定型的关键时刻。公司规划在2027年前，将技术成熟度推进至7至8级，届时有望开启小批量生产的序幕。
曾毓群自信地表示，宁德时代在全固态电池研发上相较于竞争对手“领先甚远”，堪称“业界翘楚”。这一论断是否确凿尚待验证，但无疑激发了业界对固态电池技术的无限憧憬与热情，就连华为也按捺不住，加入了这场技术盛宴。
华为此番亮出的专利利器——掺杂硫化物材料，展现出对金属锂负极的卓越稳定性，有望成为硫化物固态电解质在锂离子电池中的新宠，为电池带来更长的使用寿命。
这一创新的背后，是硫化物固态电解质面临的一大挑战：其与金属锂负极间的电化学稳定窗口狭窄，导致充放电时“固固界面”副反应频发，成为制约其发展的瓶颈。尽管硫化物固态电解质以室温下较高的离子电导率备受瞩目，但固固界面的副反应问题依旧棘手，是整个行业亟待攻克的难题。
华为提出的解决方案，虽成效未知，却无疑为行业带来了一线曙光。无论结果如何，华为的这一举动无疑宣告了其正式进军固态电池领域的决心。
在硫化物固态电池赛道上，宁德时代无疑是领航者之一。据最新媒体消息，宁德时代已迈入20Ah样品试制的崭新阶段，标志着其正式踏入生产技术深度探索的征程。为加速研发进程，宁德时代已壮大其全固态电池研发团队至逾千人规模。
从起初的跟进策略到如今的全力押注，宁德时代的固态电池发展蓝图与丰田汽车、LG新能源、三星SDI等巨头并驾齐驱，甚至在某些方面稍领先于比亚迪，且步伐明显加快。
回望去年年中，宁德时代首席科学家吴凯曾公开表示对丰田即刻量产全固态电池的质疑，认为全行业均未达到这一技术成熟度。对于2027年的量产前景，他也持谨慎态度。
然而，仅仅数月之后，在今年3月的某论坛上，吴凯便分享了宁德时代在全固态电池领域的最新突破。而半年之后，曾毓群更是明确提出了“2027年实现小规模量产全固态电池”的宏伟目标。这一系列动态，无疑彰显了宁德时代在固态电池技术上的坚定信念与快速进展。
4月，于国际电池技术交流会上，吴凯重申宁德时代已构建起10Ah全固态电池性能验证平台，并在正负极材料、工艺技术及生产设备等多个维度均取得了突破性进展。
在行业内多数固态电池企业尚难以支撑数亿级实验室建设之际，宁德时代毅然投入十亿级别的资源与人力，豪赌固态电池的未来，展现出了前所未有的决心与魄力。
我过往的多篇文章曾提及，固态电池技术的攻克远非一蹴而就，其发展历程或许会在半固态电池实现技术与成本的最佳平衡时暂告一段落。
事实上，我认为固态电池的主要需求将聚焦于高端长续航车型及eVTOL等领域。特别是eVTOL，它对电池的能量密度、功率输出、倍率性能、安全性、快速充电能力及长寿命等要求极为严苛，远超当前量产电池的能力范围。因此，全固态电池成为eVTOL更为理想的能源解决方案，且鉴于eVTOL对成本相对不敏感的特性，这一领域尤为适合固态电池的落地应用。中信证券同样指出，eVTOL有望成为固态电池的重要应用领域之一。
据中国汽车动力电池产业创新联盟最新数据揭示，今年上半年，半固态电池的装车量已达到2.2GWh，标志着其市场应用已初露锋芒。
然而，为何业界仍对固态电池技术趋之若鹜，不惜重金投入？
首要原因在于，当前的锂离子电池并非尽善尽美，尤其在安全性方面存在隐患。其次，锂离子电池在体积与重量上仍有缩减空间，而固态电池则被视为解决这些问题的理想方案，其在各方面性能上的表现均令人瞩目。然而，关键在于，固态电池能否真正跨越技术的鸿沟，实现商业化应用的“终极胜利”，这仍是业界亟待解答的疑问。
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找到办法
丰田汽车无疑是固态电池研发的先行者，早早便宣布计划在2027年实现固态电池的量产。然而，剧情却几经波折。2024年，丰田虽然展示了其最新电池技术——10分钟快充即可行驶1200公里，并预告2026年量产，但据《丰田时报》的深度报道，真正的量产时间表已被悄然推迟至“2030年及以后”。简而言之，固态电池的量产之路，丰田一再调整预期，充满变数。
国内固态电池领域的消息纷至沓来，但细究之下，多是半固态电池的过渡方案，所谓的“全固态”也多有概念混淆之嫌，实质上多为营销噱头。
然而，今年以来，该领域的动态显得更加正式与专业。例如，奇瑞在发布鲲鹏电池时，明确提出了2026年的装车计划，并展示了固态电池在受损后仍能正常工作的视频，彰显了其技术实力。
宁德时代，凭借对电池技术的深刻理解，其固态电池的时间规划更为稳健且贴近实际。
当前，固态电池领域主要有硫化物、氧化物及聚合物三大技术路径，宁德时代与丰田汽车不谋而合，均选择了性能潜力最大且量产化进程最快的硫化物路线。宁德时代首席科学家吴凯在技术论坛上亦指出，硫化物路线无疑是当前最优的选择。
此外，卤化物等创新技术路线正受到广泛关注，比亚迪便是卤化物固态电池研发的重要参与者之一。
宁德时代与丰田之所以青睐硫化物电解质，主要归因于硫化物中锂离子导电率接近液态电解质，且材料供应相对自主可控。然而，硫化物的制备难度高、成本昂贵，目前市场上硫化物材料价格已飙升至每公斤500美元以上。加之硫化物电解质易于氧化并释放有毒气体，这些问题不容忽视。
实际上，无论是硫化物、卤化物还是其他技术路线，均面临基础性的挑战，如“固固界面”稳定性、“锂枝晶”生长等问题。此外，全固态电池的生产工艺与现有体系不兼容，意味着需要从头开始探索多项新工艺，这无疑进一步推高了制造成本。
尽管如此，从吴凯在《车用全固态电池研发和产业化发展》演讲中透露的信息来看，宁德时代在10Ah样品阶段已取得突破性进展，为解决上述难题提供了新思路和解决方案。
简而言之，宁德时代针对全固态电池的挑战，采取了以下创新策略：将高镍三元正极的多晶材料革新为单晶，并实施双层包覆技术——首层采用无机氧化物以遏制界面反应，次层则运用固体电解质以促进界面离子传输，旨在增强结构稳定性。
在正负极与固态电解质的交界面，宁德时代自研了多功能复合粘结剂，以构建稳固且高效的极片导电网络，进而提升导电性能。负极方面，选用锂金属或合金，并巧妙地利用硫化物固态电解质进行临时疏水层包覆，封装前去除该层，以此提升空气稳定性。
值得注意的是，宁德时代已成功将固态电池的正极克容量提升至230mAh/g，复合正极的循环寿命也延长至6000次。然而，从公布的数据来看，容量的波动幅度略显偏大。
针对锂枝晶难题，宁德时代提出了一种创新解决方案：采用能够根据需求灵活调整体积的材料（相变自填充技术），自动填补可能孕育锂枝晶的微小缝隙，并结合亲锂性界面层设计，共同打造出高性能的锂金属负极。
在我看来，关键在于采用兼具高度柔韧性与卓越导电性能的“海绵状结构”来有效遏制锂枝晶的增生。
进一步地，经过疏水层处理的硫化物电解质，即便在极端低至-40℃露点的环境下，仍能维持其稳定性，且电导率保持在大约60%的水平。一旦实现规模化生产，电解质的成本预期将大幅下降。
除了材料层面的革新，宁德时代还攻克了干法电极制备、超薄电解质转印技术及等静压一体化成型等关键技术。然而，从实验室到量产的道路依旧漫长，宁德时代仍需跨越众多工程技术障碍。
当前，固态电池领域的热度不仅限于企业界，更获得了高层的密切关注。尤为引人注目的是，政府为全固态电池研发提供了超过60亿元的巨额补贴，但其中部分资金挂钩于企业的研发成果，体现了“成果导向”的资助原则。官方设定的目标是到2027年，实现全固态电池的小批量商业化生产。
政策扶持，民众期待，固态电池产业化步伐日益加快，但目前仍以半固态电池产品为主导。
至于全固态电池的未来走向，究竟谁能在这场技术革命中领航，每当行业新动向传来，这一疑问便萦绕心头。每一次“风声鹤唳”，都让人不禁思索，谁将是最终的领航者？
