2020年10月27日，工信部发布了《节能与新能源汽车技术路线图2.0》，其中提到2035年节能（主要指HEV混动车）与新能源汽车的年销量各占50%左右。其中动力电池涵盖了能量型，能量功率兼顾型以及功率型以及功率型（主要应用在HEV领域）三大技术方向和普及性，商用型，高端型三类应用场景。每种类型都是按照比能量不断提升，成本不断降低的技术趋势展开。时过境迁，如今不在路线图中的能量密度小于200Wh/kg的磷酸铁锂电池在新能源汽车的占比已接近70%；而为了解决高比能电池的安全问题，全固态电池的发展也进入了快车道。工信部在2024年1月17日启动了《节能与新能源汽车技术路线图3.0》的修订工作，其中全固态电池技术路线图研讨会于2024年6月1日在北京召开。那么，本次修订针对全固态电池会制定怎样的技术路线，其应用场景又涵盖哪些，本文带您一探究竟。
01. 主流企业的固态电池技术路线
为了分析全固态电池的技术路线图，让我们先了解一下国家重大专项的导向。此前多个媒体发布消息称国家将投入60亿元来鼓励全固态电池的研发工作，包括CATL，北京卫蓝新能源，比亚迪，一汽、上汽、吉利汽车等6家企业或获得政府基础研发支持。那么，这些企业的固态电池技术路线是怎样的呢？
1. 宁德时代：根据此前文章的分析，宁德时代全固态电池采用硫化物技术路线，正极是高镍三元，负极是锂金属，电池能量密度有望达到400Wh/kg。其中需要解决固固界面，空气稳定性&成本，制造工艺以及锂金属本身的问题，这其中前面三个涉及到固态电解质的问题都可能是这一次重大专项急需解决的核心共性问题。
2. 北京卫蓝：卫蓝新能源的半固态电池已经在蔚来汽车上实现量产，采用的是氧化物+聚合物的技术路线，能量密度高达360Wh/kg, 正极是超高镍三元正极，负极是高容量硅碳。
值得注意的是，卫蓝的技术路线中特别提到了原位固化，通过注液保持良好的电解质与电极材料的物理接触，再通过化学或电化学反应将液体电解质部分或全部转换为固体电解质，解决高电压、安全性、锂枝晶、体积膨胀等问题。
3. 比亚迪：比亚迪的固态电池研究较为神秘，公开消息中几乎没有涉及具体的技术路线。从专利申请中分析，其大概率是采用了多路径方式，涵盖热门的硫化物和氧化物路线。早在2022年底就传出了其全固态锂电池在重庆生产即将装车的消息，并称在使用硅基材料作为固态电池负极时，能量密度预计能达到400Wh/kg。
考虑到比亚迪是整车厂，具备较强的工程能力，哪怕是需要施加上百个大气压的硫化物固态电池，也可能通过相应的电池包和车身设计来解决，来实现固态电池的装车试点，这方面可能是比亚迪核心攻关的领域。值得注意的是，比亚迪目前的电池都是能量密度较低的磷酸铁锂，其本身并不需要固态电解质来改善安全，高比能的全固态电池并不一定是其核心发展方向。
4. 一汽：早在2021年，一汽就依托吉林省重大科技专项开展了全固态电池的研究工作，采用硫化物固态电解质技术路线，开发容量10Ah，比能量320Wh/kg、680Wh/L，循环寿命超过500次的全固态电池。正极材料体系应该是高镍正极材料技术路线，负极材料可能是硅或者金属锂负极技术路线。
5.上汽：上汽集团主要是通过跟清陶能源的合资公司上汽清陶来实现固态电池的产业化，其主要的技术路线是聚合物复合电解质路线，当前应用在智己L6上的是氧化物和聚合物复合，含有液态电解液的半固态电池，能量密度约为300Wh/kg。
而最终实现的全固态电池是采用卤化物和聚合物复合的技术路线，正极富锂锰基，负极是锂金属合金，能量密度超过400Wh/kg。
6. 吉利汽车：早在2022年，吉利旗下的耀宁就在实验室里已经成功试制出5Ah全固态电池样品。并在2023年10月正式发布S+研发战略，推动打造固态技术货架，重点建设固态电解质制备、原位凝胶技术以及固态电解质的涂覆、掺混、包覆等三大“S+”材料创新能力，赋能现有材料体系与电池产品。
在北京车展上，吉利低调展示了其全固态电池，基于硫化物电解质体系，能量密度达到了400Wh/kg，以后大概率会使用自家的全固态电池进行装车测试。
综上所述，这几家的全固态电池采用的都是硫化物或者聚合物复合（跟氧化物或者卤化物）的路线，电池能量密度都有望或者已经达到了400Wh/kg, 这一次国家的重大专项，大概率也是以此作为目标。
再叠加电解质材料合成，电解质膜的优化，等静压，制备工艺等核心技术攻关，和装车验证（比如1000台）等条件，预计在2027年左右完成。
02. 全固态电池的技术路线图
根据以上国家重大专项的分析以及各家的产品规划路径，大致能够猜出《节能与新能源汽车技术路线图3.0》中全固态电池的技术路线，主要还是从能量密度，循环寿命以及成本等三个方面进行分析：
1. 首先是能量密度方面，2024年2月工信部就《锂电池行业规范条件(2024年本)》修订征求意见，其中新增对固态电池相关要求，单体能量密度≥300Wh/kg, 循环寿命≥1000次容量保持率≥80%。
可见国家对于固态电池的定位主要就是高比能下保证电池的安全。此次修订的话，大概率要求到2027年固态电池的能量密度就要达到400Wh/kg, 到2030年进一步达到500Wh/kg，这比2.0版本中的高端能量型电池分别提前了三年和五年。
实际上，这两年新能源汽车的发展过于迅速，在比亚迪等众多企业的优惠促销下，电比油低成了行业现状，预计2025年渗透率就有望达到50%，提前10年完成既定目标。在动力电池方面，宁德时代去年就发布了凝聚态电池，能量密度高达500Wh/kg。以中国速度来看，2030年实现此类电池的量产并非天方夜谭。
2. 其次在循环寿命方面，虽然目前对高比能电池的循环大都是1000次80%容量保持率，考虑到全固态电池是可以通过施加压力这一外挂来延长寿命，且此前2.0版本就提出了1500次/12年的要求，大概率不会少于1500次。
实际上，从宁德时代公开的数据来看(3C超过6000次)，实现这个指标难度并不高。
3. 最后是成本方面，技术路线图2.0中提到了普及性电池的成本到2025年降为<0.35元/Wh,这在目前的LFP电池上几乎已经实现。针对高端型比能量超过350Wh/kg的电池，其成本目标为<0.50元/Wh, 到2030进一步降为<0.45元/Wh。
考虑到全固态电池一定会比液态电池更贵，这个指标大概率不会加严。不过需要注意的是，因为卤化物等电解质耐高压的特性，有望使用富锂锰基材料作为电池正极，成本上会比目前的高镍三元降低很多，实现这个指标还是有希望的。
综上，到2030年，全固态电池的能量密度预计能够达到500Wh/kg, 循环寿命超过1500次，且成本低于0.45元/Wh。而在正负极的选择上估计会强调富锂锰基等低成本材料的导入。电解质材料上，除了主流的硫化物路线外，卤化物和聚合物也是重要的方向。尤其是近两年新兴起的卤化物，不仅锂离子电导率达到了1-10mS/cm的范围，其耐压性也比较好(接近4.7V)， 跟高镍和富锂层状正极都更加稳定，大概率会是高比能正极的首选，丰田的专利中也透露出这一点。
此外，由于宁德时代等企业也具备半固态电池的技术路线，在能量密度和成本上会更有优势，此次路线图3.0如果不区分全固态和半固态的话，那么指标实现起来会更加容易些。
值得注意的是，技术路线图2.0中特意提到了功率型电池的要求，能量密度只有80~120Wh/kg, 寿命要求30万次，这是专门给HEV电芯保留的。因为按照当时的估计，到2035年新能源汽车的渗透率才能达到50%，剩下的50%中是HEV混动车（超过45%，剩下的是48V弱混），必须要为HEV车型保留相应的高功率电池。
并且新能源汽车中主要是纯电动车型，PHEV和REEV占比才2.5%，这也导致了后续国家对PHEV的补贴以及积分政策大幅下降。
比亚迪2020年插混汽车年销量下降到4.5万辆，比2015年还要低。要不是2021年推出的DM-i 4.0力挽狂澜，国内的PHEV插混路线差点就被扼杀在摇篮中。
此次全固态电池的技术路线，从能量密度来考虑，估计国家不会支持其在HEV车型上的开发和应用。不过从技术的角度来看，HEV车型挺适合全固态电池进行试水的。
首先正负极材料都是成熟体系，尤其是石墨负极体积膨胀较小，电池施加的压力也小很多，这样只需要解决固态电解质的问题即可，不必过多考虑主材本身的问题；
其次，固态电解质的导入会导致能量密度下降，而HEV电池主要考虑功率和循环，对比能量要求很低。
此外，成本上由于HEV电池一般只有1~2kWh也更加可控，而循环寿命上进行初期验证，哪怕无法满足要求也能通过及时更换来解决。
小结: 2020年发布的《节能与新能源汽车技术路线图2.0》，几乎没有LFP规模应用的指标要求，而当前LFP在新能源汽车的占比已接近70%。此次的技术路线图3.0，对于全固态电池估计会按照400~500Wh/kg的能量密度，超过1500次的循环寿命以及<0.45元/Wh的技术路线去发展。但最终全固态电池能否在BEV上规模应用还存在较大变数，比如成本较高，循环和安全不及预期等。
也许硫化物全固态电池会由丰田率先在HEV车型上导入，2022年CES上丰田首席科学家Gill Pratt就提到首款配备固态电池的量产车型将在2025年左右在混动车型上推出进行试验，因其配备的固态电池体积更小，对车型的价格影响也不会太大，也能充分验证电池的循环寿命。
一旦固态电池的成本下降到一定程度，最终也将会配备在丰田纯电动车型上。考虑到丰田在固态电池上已经食言多次，能否在2025~2028年实现装车应用依然不得而知。
来源：NE时代新能源
