固态电池的中场战事

 

全固态电池的产业飞轮刚刚启动，资本市场已提前躁动。上市公司频频宣布已建成或即将建成中试产线，并明确量产计划，让 投资 者在当前的市场氛围下，相信中国有望继续主导下一代电池的市场 。

美国追求技术上的 " 弯道超车 "，但再次 " 避重就轻 "，缺乏将前沿探索与工艺设计向规模量产落地的供应链与代工体系；也许它可以试图嫁接在日本与韩国的产能之上，但在这个有望重塑格局的新市场里，丰田等日本车企巨头也有充分的理由优先服务自己的产业闭环。

作为下一代电池，全固态电池的路线图已经初步确定。2025 年年初，中国科学院院士欧阳明高提出了技术落地的三个阶段，关键节点分别为 2027 年与 2030 年。他同时担任去年成立的中国全固态电池产学研协同创新平台（CASIP）理事长。

行业目前正处于第一阶段的起步期。 从 2025 年开始，到 2027 年收官，全固态电池的技术栈，维持三元正极与石墨 / 低硅负极基本不变 ，它们也是当前液态锂电池的关键技术，行业则集中力量攻关硫化物固态电解质，力争打通全固态电池的完整技术链条，并在寿命与倍率性能上取得突破。

从实验室到产业化， 市场对固态电解质的技术选择正快速收敛至硫化物。 固态电解质也正是固态电池相对于采用液态电解液的传统锂电池的核心区别。在去年之前，市场对于固态电解质的材料选择仍未完全形成共识，在氧化物、硫化物、卤化物或聚合物上发散式探索。如今格局渐趋明朗：丰田是硫化物铁杆支持者，手握全球最多专利；传统巨头比亚迪与宁德时代也明确宣布进入赛道；LG 也终于下定决心从聚合物路线切换到硫化物。

选择硫化物的好处在于，它的电化学窗口足够宽，兼容高能量密度的正负极体系，后者正是固态电池提高能量密度的关键；它的室温离子电导率高，接近甚至优于液态电解液，这意味着更强大的快充能力，也是释放高能量密度材料价值的前提。相比之下，聚合物或氧化物的离子电导率，在目前技术水平下，则要低 1 到 2 个数量级甚至更多。

但是，硫化物的短板也相当明显。其规模化生产需要严格的干燥环境，否则易生成剧毒的硫化氢，大幅推高基建和能耗成本。此外，在热失控情境下，硫化物与正极反应剧烈，可能带来二次安全风险。

欧阳明高称， 2025 年中国全固态产业的核心任务，就是材料的创新以及研发平台的升级；到了明年，核心任务将是单体电池的突破。 实验室阶段已有一些解决方案，需要在中试环节验证它们在实际工艺和生产环境中能否稳定、低成本地落地。

中试是衔接实验室与量产的过渡性环节，也是现代产业体系的重要支撑。去年《制造业中试创新发展实施意见》已将其提升至政策层面，今年 " 人工智能 +" 行动意见，更提出要推动 AI 在中试环节的落地应用。有政府撑腰的中试，似乎成为中国产业创新的一大法宝。

技术开始收敛，政策明确鼓励， 中国供应链上下游企业已经迅速卷了起来。 连日来，恩捷股份宣称百吨级高纯硫化锂中试线搭建完成，天齐锂业披露 50 吨级硫化锂中试项目动工；先导智能则宣称已交付各工段核心设备，输出量产级整线方案。亿纬锂能宣布百兆瓦时级别固态电池中试年内投入运行，而来自国轩高科 200 兆瓦时中试产线的固态电池，已启动装车路测。南方 科技 大学固态电池方向的教授直呼，在中国，一年相当于其他国家的五年。

从目前的硫化物电解质产能规划看， 这将是一场中国与日本之间的较量。 日本布局液态锂电池多年，结果被中国后来居上，这次卯足了劲要重新夺回话语权。而完败于传统锂电的欧美，也相信这将是颠覆性机会。

但 一旦走向中试，" 美国制造 " 又重新拥抱了 " 轻资产 " 模式。 主导美国固态电池技术创新的都是初创企业，主要负责电池设计，不仅自己缺乏制造能力，本土也缺乏制造能力。上市公司 Solid Power 与 QuantumScape，股价已经从历史高光时刻 " 膝盖斩 " 甚至 " 脚踝斩 "，投资者不愿意为它们的 PPT 买单。

终于，QuantumScape 在今年 7 月更新了投资者介绍文件，宣称自己是轻资产（capital-light） 商业 模式。它将制造的重任，交给了合作伙伴大众集团子公司 PowerCo；它还计划向更多 汽车 厂商对外技术授权。

Solid Power 从一开始就没打算自己规模量产，下游合作方绑定了宝马和福特，上游的硫化物来自韩国 SK ON。它的电芯中试产线，直接放在了 SK ON 的工厂里，正在准备现场验收（SAT）；电解质中试仍由自己主导，还在设计阶段，最快明年完成调试（commissioning）。

Factorial Energy 尚未上市，建有自己的中试项目，良率约 85%，低于国轩高科宣称的 90%。今年，该企业脱实向虚，推出了面向客户的电池研发的 SaaS 服务。转向为行业做通用化研发平台，也是美国另一家上市公司 SES 的选择。这意味着它们可能最终都将彻底剥离自己的设计与制造业务，否则，谁愿意把数据跑在竞争对手的平台上。

中试是全固态电池的中场战事。中国至少已经站稳脚跟，向下一个节点冲刺。 量产上车，创造 经济 回报，才能继续投入更硬核的创新，交付更高价值的用户体验 。这样的创新的正向循环，才能避免从飞轮再次滑向内卷。

第一阶段向硫化物收敛，是技术与市场妥协的产物。切换到固态电池，既不能牺牲续航和充电速度，又要尽量复用既有供应链，以降低成本。但是，三元正极 + 石墨 / 低硅负极 + 硫化物固态电解质的模式，电池能量密度的上限也仅 300Wh/kg，与传统液态三元锂电池的理论上限相比，优势并不明显。好在还有安全与寿命优势。

对于中国而言，这一阶段是成熟技术与新兴技术不断重组，诞生满足市场需求的技术组合的工艺验证。而对于美国而言，从头开始去大规模投建一整套注定要淘汰的过渡方案，变得异常昂贵；这也是为什么它们需要给资本讲一个 " 弯道超车 " 的故事，直奔锂金属负极。

不过，即使如此， 中国的产业界定下的目标，也要比学界超前三年左右。 多数公司定下的设计目标是，到 2027 年实现小规模量产 400Wh/kg 全固态电池。这一水平相当于现有磷酸铁锂电池（LFP）重量能量密度的两倍，体积能量密度的近三倍，让乘用车更具性价比。难怪企业们都希望直接跨越 300Wh/kg 这个阶段。

不过，要实现 400Wh/kg，需要在维持高镍三元正极的同时，负极由石墨转向高容量硅碳；若要进一步突破至 500Wh/kg，则不得不引入锂金属负极。问题在于，这两类材料不仅成本更高，还面临基础性挑战。固态体系中固–固界面接触不如液态充分，而硅碳和锂金属在循环中体积膨胀显著，极易产生孔隙，阻碍锂离子传输并加速衰减；更严重的是，锂金属还伴随枝晶生长风险。

为改善界面接触，实验室通常使用等静压设备对电池施压。但如何在生产线和车用电池中实现长期稳定的压力控制，仍是一大难题。今年 2 月，梅赛德斯—奔驰宣称在固态电池原型车中安装了 " 气动执行器 "，作为压力装置，但未披露更多细节。

500Wh/kg 被视为全固态电池的分水岭。 在此之前，电化学机理主要属于 " 插层反应 "，即锂离子在正负极材料的层状结构间，可逆嵌入和脱出，但晶格骨架保持基本稳定。而要突破这一能量密度上限，正极需演化为硫化物、氟化物或富锂锰基材料，反应机理转向 " 转化化学 "，即锂离子与电极发生化学反应，生成新化合物，伴随结构重排。

企业与投资者已对 2027 年的产业节点充满期待。但欧阳明高提醒，固态电池要真正形成规模应用，市场渗透率达到 1%，仍可能需要 5~10 年的时间。

来源：未尽研究