芯耀
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2025年已經(jīng)接近年中，而2026，很可能是新能源汽車革命性技術(shù)突破的一年。
之所以這么說，是因為包括長安、上汽、廣汽、東風(fēng)、吉利、奇瑞等車企，都不約而同地將2026年，設(shè)定為了全固態(tài)電池上車的時間點(diǎn)。
要知道，全固態(tài)電池?fù)碛羞h(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)鋰電池的能量密度，動不動就是400Wh/kg以上，裝車?yán)碚摷冸娎m(xù)航可達(dá)2000km。
同時電解質(zhì)不可燃的特性，使其可以徹底杜絕電池?zé)崾Э刈匀硷L(fēng)險。
無論續(xù)航還是安全，全固態(tài)電池都拉滿了，不愧是動力電池界公認(rèn)的“終極答案”。
正所謂技術(shù)落地，標(biāo)準(zhǔn)先行。除了國標(biāo)強(qiáng)制要求動力電池?zé)崾Э睾蟛黄鸹鸩槐ā⑿萝噺?qiáng)制標(biāo)配AEB之外，全固態(tài)電池這邊的標(biāo)準(zhǔn)，也有了新進(jìn)展。
01. 文字游戲重災(zāi)區(qū)！????
不久之前，中國汽車工程學(xué)會正式發(fā)布了《全固態(tài)電池判定方法》?(T/CSAE 434-2025)。
雖說這個標(biāo)準(zhǔn)是團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，并沒有GB開頭的國標(biāo)那么強(qiáng)的約束力，但這項標(biāo)準(zhǔn)對于整個行業(yè)擁有非同尋常的意義——
它是全球首個明確定義何為“全固態(tài)電池”的標(biāo)準(zhǔn)，光是這一點(diǎn)就已經(jīng)領(lǐng)先于日本、歐美等國家地區(qū)了。
至于為何要制定這一標(biāo)準(zhǔn)？
主要是因為現(xiàn)在的固態(tài)電池和輔助駕駛一樣，實在是太混沌了。全固態(tài)、固態(tài)、半固態(tài)電池的概念很容易混淆，很容易成為廠家們夸大炒作、打擦邊球的重災(zāi)區(qū)。
寧德時代董事長曾毓群就公開吐槽過，半固態(tài)電池和全固態(tài)電池之間巨大的差距：
“目前所謂的‘固態(tài)電池’多數(shù)是半固態(tài)或準(zhǔn)固態(tài)，仍然含有一定比例的液態(tài)電解質(zhì)，與真正的全固態(tài)電池有本質(zhì)區(qū)別?！?/p>
“這是誤導(dǎo)老百姓，欺騙投資者！花高價買的全固態(tài)可能只是半固態(tài)，安全性和電量根本沒達(dá)標(biāo)。固態(tài)電池從實驗室樣品到量產(chǎn)，至少需要8-10年時間。”
那么，半固態(tài)電池到底屬不屬于固態(tài)電池？
在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)推出前，這個問題并沒有明確的定論，屬于法規(guī)上的灰色地帶。
但在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)推出后，技術(shù)路線基本已經(jīng)明確了，未來監(jiān)管部門也很可能會進(jìn)行管控，避免廠家誤導(dǎo)用戶。
02. 何為真正的全固態(tài)電池？????
動力電池的所謂液態(tài)、全固態(tài)、半固態(tài)，指的是電池內(nèi)部電解質(zhì)的不同狀態(tài)。
目前主流的動力電池采用的都是電解液，物理狀態(tài)跟水差不多。
全固態(tài)電池顧名思義，電解質(zhì)是純固態(tài)的，物理狀態(tài)類似石膏，幾乎看不到水分。
而現(xiàn)在市面上已經(jīng)上市的少部分半固態(tài)電池，電解質(zhì)是介于液態(tài)和純固態(tài)之間的，物理狀態(tài)根據(jù)水分的不同，會呈現(xiàn)不同的樣式，有的類似果凍狀凝膠，有的類似于未干的水泥。
在新標(biāo)準(zhǔn)中，最重要的一點(diǎn)就是，定義了動力電池電解質(zhì)“水分”到底需要多“干”，才能被稱為“全固態(tài)電池”——
全固態(tài)電池電解質(zhì)的“水分”含量，不得超過總量的1%。
同時，標(biāo)準(zhǔn)中也明確了對全固態(tài)電池判定的測試方法。
先把被測電池樣品開個破口進(jìn)行目視檢測，觀察有沒有液體滲出，如果有顯性的液體流出，必定不是全固態(tài)電池。
如果順利通過第一道關(guān)卡，電池樣品將會進(jìn)行下一步“失重率”測試。
電池樣品會先進(jìn)行一輪稱重，然后放進(jìn)特制“烤箱”中，在120℃真空環(huán)境中烘烤6小時，把能蒸發(fā)的水分都給蒸發(fā)出去。
然后取出烘烤后的電池樣品，再次對干燥后的電池樣品進(jìn)行稱重。
把干燥前后的電池樣品重量進(jìn)行對比，失去的重量不超過最初重量的1%，就是真正的全固態(tài)電池。
這個測試方法，已經(jīng)獲得了50多家企業(yè)的驗證，誤差率不超過0.3%，對硫化物、氧化物等主流的電解質(zhì)技術(shù)都適用。
比如前面提到的，蔚來固態(tài)電池的電解液含量在5-10%，智己L6上的清陶能源固態(tài)電池電解液含量約為5-15%……
這些都屬于半固態(tài)電池，采用的基本上都是氧化物電解質(zhì)替代掉部分電解液的“過渡方案”，距離真正的全固態(tài)電池還有一定差距。
所以說，下次再碰見說自己要落地純固態(tài)電池的，先問他一句“敢不敢烤一烤”。
03. 硫化物電解質(zhì)有望率先落地????
前面提到的，從傳統(tǒng)液態(tài)電池進(jìn)化為固態(tài)電池，核心是將電解液替換為固態(tài)的電解質(zhì)。
這里面可替換的材料還是挺多的，技術(shù)路線大體上可以分為硫化物、氧化物和聚合物三類。
受限于篇幅，今天重點(diǎn)講一下做全固態(tài)電池呼聲最高的，最具商業(yè)化潛力的硫化物電解質(zhì)。
至于另外兩種，氧化物和聚合物電解質(zhì)前景如何，這里社長先挖個坑，大家感興趣的話后面會跟大家詳細(xì)講。
近期包括奔馳、奇瑞、東風(fēng)、長安、吉利等等已經(jīng)明確官宣，距離上車近在咫尺的全固態(tài)電池，以及寧德時代、國軒高科等等宣布即將走出實驗室面向量產(chǎn)的全固態(tài)電池，絕大部分采用的都是硫化物技術(shù)路線。
至于為何硫化物電解質(zhì)如此受歡迎？這就要說說它相比其他兩類電解質(zhì)的優(yōu)勢了。
首先，硫化物電解質(zhì)的優(yōu)勢在于擁有相當(dāng)高的離子電導(dǎo)率，室溫下可達(dá)0.01-0.001 S/cm，十分接近電解液。
相比之下，氧化物電解質(zhì)的電導(dǎo)率，連硫化物的1/100都不到，不加熱到60℃根本沒法用，而聚合物電導(dǎo)率往往要更低。
這也使得硫化物固態(tài)電池，更容易將充放電倍率做高，更容易適配目前純電動正在普及的800V超充架構(gòu)。
同時，硫化物固態(tài)電池工作溫度范圍較寬，一般可以在-30-60℃，相比之下，磷酸鐵鋰材料的最低工作溫度通常在-20℃。
側(cè)面說明，硫化物電解質(zhì)的低溫性能很不錯。
此外，硫化物電解質(zhì)的機(jī)械延展性足夠好，更有利于電解質(zhì)與電極的充分接觸，是三種固態(tài)電解質(zhì)中界面問題最小的一個。
而界面問題，正是固態(tài)電池量產(chǎn)落地之前必須要解決的“攔路虎”。
傳統(tǒng)液態(tài)電池中，電解液可以充分包裹住電極。固態(tài)電池卻不一樣，電解質(zhì)和電極都是固體，時間長了很容易因為熱脹冷縮等緣故造成電解質(zhì)與電極接觸不緊密。
可以簡單理解為，界面問題就是固態(tài)電池內(nèi)部的“插頭虛接”。
界面問題會嚴(yán)重影響電池循環(huán)壽命，就算固態(tài)電池性能再好，壽命如果只有液態(tài)電池的一半不到的話，必然是很難讓用戶接受的。
目前已經(jīng)有不少電池廠商，在應(yīng)對硫化物電解質(zhì)界面問題時，設(shè)計了多孔電極結(jié)構(gòu)以及特制粘合劑，可以將硫化物固態(tài)電池的循環(huán)壽命提高到2500次左右，基本上與普通磷酸鐵鋰電池相當(dāng)。
總體看下來，硫化物電解質(zhì)充放電倍率高、低溫性能好、壽命長等特點(diǎn)，都十分契合目前動力電池的發(fā)展大趨勢，使得硫化物電解質(zhì)成為全固態(tài)電池落地最有希望的一條技術(shù)路線。
04. 硫化物固態(tài)電池的痛點(diǎn)????
雖說硫化物已經(jīng)屬于固態(tài)電解質(zhì)中“扛把子”的存在，但仍然有不少痛點(diǎn)需要解決。
首先就是硫化物的化學(xué)穩(wěn)定性很差，特別容易和空氣中的水和氧氣發(fā)生反應(yīng)，生成有毒的、帶臭雞蛋味的硫化氫氣體。
雖說傳統(tǒng)電解液中的六氟磷酸鋰也會與空氣發(fā)生反應(yīng)，生成氫氟酸等有毒氣體，但論毒性肯定是硫化氫要更大。
側(cè)面說明，硫化物固態(tài)電池想要安全的投入市場，對于電池封裝要求必須極其嚴(yán)格。
僅僅是封裝嚴(yán)密還不夠，假如出現(xiàn)極端的碰撞事故，再嚴(yán)密的電池封裝也會面臨被撞破的風(fēng)險，所以還需要第二層防護(hù)措施。
一些電池廠的應(yīng)對方法是，在電解質(zhì)中混入疏水層材料，使其即使直接暴露在空氣當(dāng)中，也會因為一層“油膜”的保護(hù)，不容易與空氣中的水直接接觸。
硫化物固態(tài)電池的另一個安全風(fēng)險，就是鋰枝晶問題。
硫化物電解質(zhì)往往很軟，無法像氧化物電解質(zhì)那樣，通過材料的“硬”抑制鋰枝晶的生長。
雖說硫化物固態(tài)電池沒有隔膜，不存在刺破隔膜熱失控起火的風(fēng)險，但一旦刺破電解質(zhì)層，依然會發(fā)生短路，導(dǎo)致電池失效。
對此，部分電池廠提出了一些防范方法，比如在電極表面填充含氟聚合物材料，達(dá)到自動填補(bǔ)鋰枝晶縫隙的效果。
除了安全性以外，硫化物固態(tài)電池大規(guī)模量產(chǎn)前的另一座大山，就是成本。
首先是硫化物電解質(zhì)的材料成本，在三種材料中屬于比較高的。
主流的硫化物電解質(zhì)主要有“鋰鍺磷硫”（LGPS）或“硫銀鍺礦”（LPSCl）。
無論哪種，都無法避開“鍺”這種十分昂貴的金屬，其價格甚至比令電池行業(yè)嗤之以鼻的鈷還要貴得多。而且近期由于產(chǎn)能短缺問題，鍺價格仍在持續(xù)飆升。
截至目前，1噸鍺錠的價格差不多要1500萬元，是鈷酸鋰的約70倍，碳酸鋰的約250倍……
這也是為什么，寧德時代在研發(fā)硫化物電解質(zhì)時，在嘗試用硅或鈦代替鍺來降低成本，不過目前暫時還沒有公開研發(fā)進(jìn)度。
另外，硫化物固態(tài)電池的制造工藝同樣面臨種種挑戰(zhàn)。
前面提到的，硫化物遇水會生成毒氣，所以整個制造過程需要非常干燥，要達(dá)到類似火星的干燥程度才行。
這樣下來，建設(shè)特制產(chǎn)線的成本，也會是傳統(tǒng)電池產(chǎn)線的3倍。
與此同時，硫化物固態(tài)電池的電極還需要施加500MPa超高壓壓制而成，相當(dāng)于馬里亞納海溝壓力的5倍，現(xiàn)有的設(shè)備很難滿足。
能滿足硫化物固態(tài)電池的電極，良品率能做到65%就已經(jīng)相當(dāng)不錯了，距離95%左右理想的良品率狀態(tài)，還有很大的差距。
電池封裝方面，其需要采用多層金屬+陶瓷的復(fù)合封裝，比傳統(tǒng)鋰電池封裝成本高將近40%；
電芯集成方面，傳統(tǒng)的極片切分工藝也無法直接沿用，需要開發(fā)激光焊接+超聲波焊接結(jié)合的新方案。
種種因素導(dǎo)致，硫化物固態(tài)電池的生產(chǎn)成本仍然居高不下，是液態(tài)電池的4-10倍，一塊電池的成本上百萬都很有可能。
所以中長期來看，想要讓硫化物固態(tài)電池真正走進(jìn)大家的視野，還需要在安全性、材料成本、生產(chǎn)制造等種種方面，進(jìn)行全方位的突破。
05. 寫在最后????
早在2000年左右，日本東京大學(xué)、大阪府立大學(xué)、東京工業(yè)大學(xué)就已經(jīng)展開了對固態(tài)電解質(zhì)的密集研究。
緊接著豐田也嗅到了商機(jī)，開始聯(lián)合日本的大學(xué)展開進(jìn)一步的深度研究，并于2008年正式啟動了硫化物固態(tài)電池研發(fā)項目。
至少硫化物固態(tài)電解質(zhì)這條路線上，日本是一度領(lǐng)先全球的。
不過了解汽車行業(yè)的人都懂，日本車企將主要的精力都放在研究混動和氫燃料電池上了，對于純電動汽車的未來，一直處于將信將疑的態(tài)度。
這也使得日本在固態(tài)電池落地上，實屬起了個大早，趕了個晚集。
直到2017年，豐田才首次展示了硫化物全固態(tài)的原型。原本計劃在2020年將硫化物固態(tài)電池推向商業(yè)化的，卻因為種種技術(shù)挑戰(zhàn)屢次跳票，到現(xiàn)在已經(jīng)將商業(yè)化計劃推遲到2027-2028年了。
相比之下，國內(nèi)大部分電池廠是2016年才開始，起步明顯晚于日韓。
如今，已經(jīng)摸爬滾打了接近10年的時間，我們終于走到了全固態(tài)電池距離量產(chǎn)上車臨門一腳的節(jié)點(diǎn)上。
再加上文章開頭提到的，我們趕在了日韓歐美之前，率先發(fā)布了“全固態(tài)電池”標(biāo)準(zhǔn)。這何嘗不是我們在固態(tài)電池領(lǐng)域，從落后到趕超再到領(lǐng)跑的里程碑？
真心祝愿，全固態(tài)電池早日落地，不跳票！
