當瓦特蒸汽機的齒輪轉動了第一圈；當喬布斯從牛皮紙袋掏出Macbook；當ChatGPT用流暢優美的語言回答第一個問題。科技，曾經、正在、也將改變未來。
【Future】是36氪科技報道團隊主理的一檔專欄，我們將圍繞科技產業的前沿突破，記錄那些實驗室里令人振奮的新技術，是如何穿越PMF（Product Market Fit 產品與市場結合）的驚險周期，進而影響更廣闊的商業社會。
在這裡，看見【Future】。
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文| 王方玉
編輯| 蘇建勛
歲末年初，關於固態電池的重磅消息接連出現，引爆了這一黑科技賽道。
1月初，大眾宣布美國電池廠商Quantum Scape（以下簡稱QS）的固態電池產品通過了PowerCo（大眾的電池子公司）的耐久性測試。受此影響，QS的股價在一個交易日內飆漲了40%以上。
此前的2023年12月下旬，蔚來董事長李斌在寒冬中駕駛電動車12.4小時，實測了裝載在電動車ET7上的半固態電池包的1000km續航能力。他隨後在微博中透露這是「目前全球量產能量密度最高的電池」。
固態電池被很多人視為「鋰電的終極形態」。相比目前主流的液態電池，在能量密度、安全性、充電倍率和循環壽命方面都有著顯著優勢。業界一直流傳這樣一句話:「固態電池普及之日,就是燃油車退出歷史舞台之時。」
在液態電池接近性能極限、且陷於產能過剩的當下，中外車企一前一後釋放出固態電池的新進展，自然吸引了市場熱議和資本熱炒。
在相似的興奮和叫好背後，實際上是兩條差異不小的技術路線的不同走向——半固態電池已經接近規模化應用，正在無人機、儲能和新能源車等領域全面導入；固態電池還在襁褓中，距離上車仍然遙遠。
「半固態電池跟固態電池是兩個物種，從上車角度看二者的距離差別非常大。」一位專注鋰電池賽道的投資人告訴36碳。
不過兩個物種面臨著相似的困境——成本過高以致於難以打開下游市場，尤其是在競爭對手液態電池越來越便宜的情況下。即使是半固態電池，當前的技術還未完全成熟，上車的示範效應遠大於實用性。
半固態應用窗口逐漸明朗，但高價仍是阻礙
數年之前，超高密度的動力電池無論對於廠商還是消費者都是難以企及的奢想。2015年時大眾方面曾經預測，應用固態電池技術很有可能將電動車續航里程提升至700公里。
事實證明這一預測過於保守了。如今磷酸鐵鋰電池包通過改進電池結構，就能夠讓續航提高到700公里，而續航1000公里的半固態電池也已成為現實，並開啟了規模化應用。
蔚來董事長李斌駕駛的ET7，搭載了150度半固態電池包，實測續航里程達到了1044公里。據悉，該電池包是由衛藍新能源研發，蔚來提供部分技術和資金支持。李斌對多家媒體表示，這款電池正產能爬坡，會在近期交付。
蔚來並不是第一個裝車半固態電池的車企。36碳注意到，自2023年開始，東風、極氪、賽力斯等車企均已成功實現半固態電池的裝車，部分已經開始交付。
據機構鑫欏鋰電統計，2023年全年，國內固態、半固態電池的裝車量約為0.6GWh，電芯供應主要來自於衛藍、孚能和贛鋒，其中衛藍一家提供了約0.4-0.5GWh。
征拓推出的半固態電池戶儲產品 SuperBase V 圖片來源：征拓官網
不光是新能源車，在無人機等一些小眾市場，半固態電池早已得到了更加廣泛的商業應用。以衛藍為例，其半固態電池早在2020年就已在無人機產品上實現量產，供貨企業數量達到50+。
在儲能市場，可攜式儲能、戶用儲能系統已經嘗試使用半固態電池，大儲領域也進行相關的試點。據悉，小米、移族、千乘動力三家廠商均在2022年推出了搭載半固態電池的戶外電源產品；Zendure征拓在2022年推出過搭載半固態電池的戶用儲能產品。在大儲領域，海博思創也配套了兩個搭載半固態電池系統的儲能電站示範項目。
「目前包括消費電池、戶用儲能電池和動力電池，固態電池企業對於消費側都已經有了訂單級的交付。」瑞智新能源創始人王鑫對36碳表示。這意味著，「半固態電池的應用窗口已經越來越明朗了。」
進入2024年，半固態電池還將迎來產能的爬坡和市場需求的進一步釋放。據了解，上汽、廣汽等車企已明確公布了2024年的半固態電池車型銷售計劃，寧德時代也表示將在2024年推動其500Wh/kg凝聚態電池的車規級應用。
機構GGII預測，2024年，國內搭載（半）固態電池上市銷售的新車型將超過5款，出貨量有望實現5GWh。
不過，到目前為止，半固態電池仍然售價高企，遠高於普通的液態電池。
蔚來ET7搭載的150度半固態電池包比目前絕大多數電動車的電池包容量多了 50% 以上，但成本翻了一倍多，達到近30萬元。或許是考慮到消費者接受度不高，蔚來方面暫時不打算售賣，而是按天出租電池。搭載半固態電池的小米1000 Pro和千乘動力QX3600戶外電源，每瓦時的售價也比普通戶外電源貴了50%以上。
高價也限制了半固態電池在下游場景的應用範圍和規模。目前來看，除了無人機，半固態電池在儲能、新能源車領域都還無法打開市場。這些領域的頭部企業，第一選擇仍然是便宜且成熟的液態鋰電池。
36碳了解到，多重因素導致了半固態電池的高成本，包括更昂貴的正負極材料，缺乏規模效應等，但最主要的因素是生產線的良品率低。
上述投資人表示，目前國內的主流是矽基負極的半固態電池，其BOM（物料清單）和液態的成本相差不太多，生產線良品率低對於成本帶來的影響才是最大的。因此，未來生產線良品率的提升將是半固態電池降本的關鍵。
30多年未量產，全固態電池還很遠
雖然名稱只相差了一個「半」字，但固態電池與半固態電池實則是兩個物種。半固態電池的量產，也並不意味著固態電池量產已完成了一半。
依據電解質分類，鋰電池可分為液態、半固態、全固態三大類。半固態路線仍然會使用隔膜與液態電解液，其製備方法也大部分沿用傳統鋰電池的工藝與裝備技術，因此技術難度相對低。
但全固態電池則完全不同。「相比當前主流的液態電池，從四大主材（包括正負極、隔膜、電解液）到電池裝配工藝、乃至於生產設備可能都會發生變化，三個方面缺一不可。都在說一代材料、一代裝備，一代產業，因此有很大難度。」王鑫表示。
日本豐田擁有全球最多的固態電池領域專利數，在過去30多年已嘗試了數萬種電解質應用到電池中。但至今豐田仍未大規模量產固態電池，此前宣布的量產時間節點也一再拖延。
也有不少創業公司前仆後繼，試圖攻克這一難題。上述投資人告訴36碳，他見過不少固態電池創業項目，號稱電池能量密度可以超越QS和豐田。但這些亮麗的指標無一例外都是實驗室極端測試數據，距離上車還很遙遠。
該投資人表示，要在實驗室做出小的固態電池並不難，如果不在乎循環、倍率等因素，500Wh/kg甚至更高能量密度的電池也能實現。但要考慮商業化，必須做到「六邊形戰士」，即安全性、能量密度、循環壽命、充電倍率、耐溫性、BMS（電池管理系統）控制等影響電池性能的六個方面都達標。
「有些材料是做個小安時的小電池可以高能量密度，但是做大電芯，層數上去就不行了，這是經常出現的現象。」
NGK Spark Plug 公司開發的固態電池原型 圖片來源：IC Photo
此次QS公司的固態電池取得「突破」也被不少業專業人士「闢謠」：媒體宣稱的「可實現50萬次50萬公里的超長壽命，並且幾乎不會出現續航衰減」是基於數學模型等的前提和理想條件才能達成/換算出來。
QS的客戶大眾則公開表示QS提供的樣品為A樣。據了解，動力電池量產裝車需要經歷多個階段：A樣是單個電芯的測試，B樣是電池成組後的電池包測試，C樣則是裝車測試，每個階段都需要至少一年多的時間。這意味著，QS的固態電池距離量產裝車，仍仍然很遙遠。
即使在材料、設備和製造工藝上實現了突破，能夠大規模應用全固態電池，還要解決棘手的成本競爭力問題。
過去很長時間人們對於固態電池的期待是充一次電跑700公里。但如今液態電池已經可以輕鬆實現這一目標，固態電池的優勢就剩下了更好的安全性和更高的能量密度，能用更小的體積和重量讓車輛實現同樣的續航。
這也意味著，在成本方面，固態電池必須要與液態電池展開競爭，且競爭對手不是2023年的液態電池，而是2025-2030年的液態電池。屆時液態電池的性能和成本結構還將繼續優化提升。
過去數年間，豐田和QS等頭部固態電池廠商都曾提出量產時間表，但無一例外都最終跳票，把承諾的量產時間後移。最新消息是，豐田方面於去年11月再次修改了全固態電池的量產時間，推遲到2030年以後。
36碳注意到，2030年以後量產也是不少業內專家的一致預期。但「2030年以後」的表述本身就非常模糊，甚至算不上是明確的時間表。這暗示著全固態電池距離商業化還很遙遠。
「大概豐田每隔三年時間就會提一次『大概五年之後會量產』，實際上現在談五年之後的量產，基本上等於說時間表是無限擱置的。」 安馳新能源總經理徐小明在近期一次會議上說道。