近兩年全固態電池領域的熱度持續上升，整車企業、電池企業、初創公司等紛紛涌入，新的技術突破層出不窮，企業量產計劃相繼發布。但是全固態電池仍處在早期發展階段，圍繞技術路線選擇、規模量產、供應鏈培育、成本控制、應用場景探索等方面還需要做大量的工作。由此業內對此領域的當前問題及未來發展趨勢有著各種討論。

圍繞行業關注的問題，下面分享蓋斯特研究團隊對于全固態電池產業化的最新進展、發展前景及其對汽車行業影響的研究及預判，希望能夠助力全固態電池產業的發展。

一、對全固態電池發展的認知及判斷

1.全固態電池的基本認知

目前行業對全固態電池的基本共識是：全固態電池將給電動汽車產業帶來顛覆性的變化，電動汽車競爭的下半場看全固態電池。其實全固態電池不是簡單的動力電池的升級換代，而是一次顛覆性技術變革，將對整個電池產業生態、新能源車發展帶來全方位影響，包括汽車設計的革新、車企產品技術路線的調整、充換電基礎設施重新標定、電池產業鏈的重塑以及汽車市場格局變化等。

目前業內對全固態電池的產業化進程存在不同的看法，對此既不能過于樂觀，也不宜過于悲觀。我們要認識到，全固態電池的產業化是一次產業鏈系統變革，必然經歷從量變到質變的長期過程。因此，企業內應形成清晰的認知，主動思考全固態電池的發展戰略，做相應的布局，并且保持戰略定力，堅持長期主義發展，這樣才能跟上產業變革步伐，避免處于被動的局面。

2.全固態電池市場熱點問題的判斷

蓋斯特認為，業內各種熱點討論可歸納為技術路線選擇、高成本制約、量產時間及應用場景這四大問題，均需要理性地、辯證地看待。

第一，技術路線選擇。當前中國市場熱點聚焦在半固態電池上，但是蓋斯特認為：半固態電池本質上是液態電池的技術升級，而且在良品率、倍率性能、壽命等方面的問題尚未解決，期望通過大力投入半固態電池來獲得顛覆性結果并不現實。而能夠取代當前液態電池的技術路線，并使整車性能有大突破的一定是全固態電池，全固態電池與半固態電池存在本質性差異。因此全固態電池是企業搶占戰略制高點的最佳選擇。

第二，高成本制約。成本是衡量一項技術的市場/企業接受度高低的重要因素，但并不是唯一的因素，還要考慮車企品牌訴求、產品定位、不同應用場景對成本敏感度等因素。另外成本并不是一成不變的，全固態電池在解決了量產問題、規?；a以后，其成本會大幅下降。長期來看，全固態電池的成本將在可控范圍之內。

第三，量產時間爭議。目前全固態電池的量產面臨著一系列問題，包括科學難題、工藝設備探索及產業鏈構建等，實現批量生產挑戰很大。蓋斯特判斷全固態電池將在2030年左右市場規模量產。但是量產不等于商業化。

第四，應用場景問題。蓋斯特認為，因為全固態電池的各方面性能突出，有著“六邊形”屬性，其最終應用場景將會非常廣泛。當前在多重制約條件下，全固態電池應用會先從對成本敏感度低的小場景開始滲透，逐步替代當前液態電池材料體系。當然，我們也要認識到，液態電池仍具發展空間。全固態電池對液態電池的替代過程不可能一蹴而就，但是對其市場的沖擊力不可小覷。

綜上所述，雖然全固態電池的商業化應用仍需要較長的時間段，但其確定性高，發展潛力大，且影響深遠，值得企業在這個方向大力投入。

二、全固態電池的發展現狀

1.全固態電池發展概況

前面談到全固態電池仍處于產業發展早期，當前也是企業入局的熱點時期，技術路線多樣。

從布局主體來看，進入固態電池領域企業/機構數量已過百家，其中電池及相關企業是主體，還有部分車企通過投資初創企業來布局固態電池領域?？梢钥吹?，不同類型的企業布局全固態電池的出發點不同，車企認識到全固態電池對自身競爭力的重要意義，電池企業是為了獲取長期競爭力，初創企業則是為了抓住機遇，搶占戰略制高點。從企業所屬國家/區域看，中國、日本、韓國、歐美都在做相應布局，目前此領域中以中、日、韓為主要力量。

從技術路線來看，企業的探索各有側重，總體呈現技術路線多元并存的狀態。無論氧化物全固態電池，還是硫化物全固態電池，均處于探索/樣品階段，距離小批量生產階段仍需假以時日。

從產業鏈方面來看，已經有些企業開始布局上游材料及設備，并取得初步進展。

圖1全固態電池相關企業布局圖

2.全固態電池的技術情況

全固態電池技術研發處于多方案并行探索階段，雖然持續有新的技術方案提出，但是有很多核心的問題沒有解決，研發難度仍然很大。具體來看，全固態電池要解決三大難題：關鍵材料問題、固固界面問題、復合電極電荷輸運問題。圍繞這三大問題，企業也在開展相應的探索工作：

其一，關鍵材料可細分為正極、負極、電解質問題。在正極方面，當前普遍選用的高鎳三元正極材料安全性差、高壓易產氣鼓包，應對策略是做單晶化、氧化物包覆、金屬摻雜等，而面對單晶程度低時易結構坍塌、顆粒粉化的問題，可通過功能材料包覆來解決；在負極方面，目前有硅碳負極和鋰負極兩種方案。對于硅碳負極膨脹問題，可做硅結構設計，例如做核殼、多孔硅、活性納米硅的非晶化等。而對于鋰枝晶問題，當前行業主要有三種方案，分別為構建三維復合骨架、采用親鋰性界面層和采用中間過渡層；在電解質方面，當前以氧化物和硫化物為主，對于氧化物的剛性界面接觸問題，可通過制備氧化物基復合材料、引入緩沖層、特殊涂層、結構設計、添加劑等解決，對于硫化物穩定性差、量產難的問題，可采用表面疏水層可逆包覆、開發新型合成路線和低含鋰量材料等方案。

其二，固固界面問題主要包括空間電荷層增加阻抗、界面副反應、界面接觸不充分等。對于空間電荷層增加阻抗問題，應對策略是在電極和電解質間引入緩沖層，或利用內置電場和電化學勢耦合策略來抑制空間電荷層的形成；對于界面副反應，可做電解質多層級全包覆（無機氧化物包覆層+固體電解質包覆層）、正極側界面包覆等；對于界面接觸不充分，可通過多功能復合粘結劑來穩定極片導電網絡，選擇體積變化更小的Li金屬負極，以及增大制備過程中壓力消除孔隙以增強界面接觸等方案應對。

其三，在復合電極電荷輸運問題上，面對電荷輸運限制，可構建將制造參數、復合電極微觀結構、電化學性能關聯的計算模型，進行模擬仿真；而面對機械失效導致電荷運輸失效的問題，可采用無裂紋單晶正極、優化電極材料比例和粒徑、篩選粘結劑和導電碳、改進工藝等方案

眾多參與者在持續探索全固態電池技術，但是最終能否真正應用，以及如何與車輛搭配優化性能，是多因素綜合作用的結果，效果有待進一步驗證。

3.全固態電池的工藝及生產情況

全固態電池量產方面面臨的核心問題是制造工藝復雜、生產設備缺乏、工藝不成熟及環境控制難度大。雖然具體量產方案還有待探索，但是目前路線相對清晰，技術原理可行。核心思路還要做好工藝優化、環境控制及設備開發。具體可從成膜工藝、電芯制造、封裝集成三個角度展開。

首先，在成膜工藝上，主要挑戰是提高電解質與電極接觸能力、薄膜厚度控制。對于前者，可通過優化固相法工藝、開發新型硫化物批量生產工藝等應對；對于后者，可探索精密的涂布技術、做納米結構設計等方式。

其次，在電芯制造上，四個待解問題及應對方法如下：一是固固界面接觸及鋰枝晶問題，可發展等靜壓技術；二是電解質、鋰負極對有機溶劑的副反應，可探索干法工藝或干濕法結合；三是固態電解質堅硬的問題，可采用疊片工藝；四是硫化物對水分和氧氣極其敏感的難題，可以實施嚴格的溫度和濕度控制措施，如使用干燥房、氮氣氣氛保護等，或者采用封閉式生產系統，將關鍵的制造步驟置于隔離的環境中。同時還要利用先進的檢測技術和數據分析，確保每一步生產過程都符合標準。

以上應對方案，無論成膜工藝還是電芯制造，都要求設備更加精確，同時需要新開發大量的專業設備，這也是現階段的一大難點。

最后，在封裝集成上，因為電芯整體硬脆且缺乏彈性，預計全固態電池將主要采用軟包封裝。同時全固態電池可做雙極板設計，以提高電池的能量密度。另外，全固態電池具有安全性高、溫度適應性好的優勢，因此可在熱管理上做減法。

在此需要注意的是，對于全固態電池的量產，應避免將實驗室配方創新與工程上的工藝、裝備創新混為一談，當前的關鍵問題是工藝、裝備開發如何支撐全固態電池的快速落地。目前雖然已經做了較多的探索，但任務仍舊艱巨，亟需大量技術積累。

4.全固態電池的供應鏈情況

在全固態電池供應鏈上面臨的核心問題是：現有液態電池的供應鏈體系無法適配全固態電池的要求，需要建立與之匹配的新供應鏈體系，這是全固態電池發展中的一大短板。因此需要產業重點培育新供應鏈體系，具體可分為正極、負極和電解質的供應鏈培育。

對于正極供應鏈，中短期需要用好現有的高鎳三元電池的供應體系，但長期一定要開發新型正極材料并培養相應的供應鏈。

對于負極，要用好硅碳負極供應體系，研發鋰合金負極及鋰負極。因為鋰負極是全固態電池長期的技術選擇，而且對應的供應體系已經開始建設，所以此時企業可考慮和相關機構共創。

對于電解質，它是全固態電池的核心，而且其供應鏈與當前動力電池的液態電解液體系完全不同，所以企業在加大電解質的研發力度、集中技術攻關的同時，還要培育新供應鏈。建議通過頭部企業帶動實現固態電解質的突破，同時在此過程中也要發揮行業或企業聯盟的作用。

全固態電池材料體系的替代順序決定了供應鏈的重構一定是一個循序漸進的過程，對于企業而言，一方面要用好已有的電池供應鏈體系，同時還要面向未來做好前瞻開發，培養新的供應鏈。

三、全固態電池未來發展趨勢

全固態電池當前處于創新突破期，如圖2所示，在技術、生產工藝、供應鏈等方面距離成熟期尚遠。若想打通前后一系列環節以實現產業化，還需要在材料、界面、成膜工藝、電芯制造、設備等多方面取得重大突破。因此發展全固態電池絕對不是一家企業可以實現的，而是需要整個行業共同努力。企業之間應有明確的分工和協作，尤其頭部企業應發揮引領和引導的作用，推動各企業乃至整體產業共同應對挑戰，進而帶動全固態電池產業鏈的整體性發展。下面蓋斯特從技術路線、材料體系和市場化進程三個方面預測全固態電池的發展趨勢。

圖2固態電池技術成熟度及開發方向

1.全固態電池技術路線

全固態電池目前主要有聚合物、氧化物、硫化物三種技術路線，每種路線都有其優缺點和發展空間，但是各自的性能潛力決定了后續發展空間不同。具體來看：

聚合物的PEO（聚氧化乙烯）材料氧化電壓為3.8V，難以適配除磷酸鐵鋰之外的高能量密度正極，因此聚合物全固態電池的能量密度性能有限，目前看這種電池并不適合于車用，有可能用于消費電子、醫療設備等領域。

氧化物分為薄膜型和非薄膜型。薄膜型的全固態電池容量小，為mAh（毫安時）級別，而且擴容難，不適用于整車使用，但可用于消費電池；非薄膜型當前被用于制作半固態電池，應用在整車上，相關企業計劃通過逐步減少液體含量最終將其變成全固態，但是氧化物存在界面問題，徹底擺脫電解液的難度高，因此該路徑能否實現全固態電池的目標，業界對此存疑。即使真的能夠實現，做出的全固態電池相較于硫化物全固態電池也未必具有競爭力。

硫化物全固態電池在能量密度、循環壽命、快速充電上具有優勢，但是制造成本高、空氣穩定性差，這類電池的開發難度最大，但發展潛力也最大。另外，處在實驗驗證階段的鹵化物也極具潛力。

簡而言之，氧化物路線做車用全固態電池不具有綜合優勢，更適合于當前階段制作固液混合電池；硫化物、鹵化物路線盡管面臨諸多挑戰，但仍是今后重點發展方向。未來車用全固態電池大概率是采用硫化物、鹵化物，或二者結合制作而成。

2.全固態電池材料體系及指標預判

全固態電池的指標預測需基于電池材料體系及技術進步的發展情況，其中材料體系基本遵循電解質替代、新型負極替代、新型正極替代的次序；全固態電池性能開發以能量密度為標志性指標，同時持續提升倍率性能、循環壽命等指標。蓋斯特預判，全固態電池基本可劃分為三個發展階段，參見圖3。

在1.0階段（即當前發展階段），企業研發全固態電池正極可選用高鎳三元，并探索富鋰錳基；負極材料選擇硅碳負極和鋰合金負極；開發氧化物或硫化物的電解質，爭取將能量密度400Wh/kg的全固態電池落地量產。

在2.0階段（即到2030年），正極材料以硫碳復合、富鋰錳基為主，負極材料為鋰合金或鋰負極，電解質采用氧化物復合、硫化物或鹵化物，追求達到500Wh/kg的高能量密度指標。

在3.0階段（即到2035年），構建正極為硫碳復合正極或空氣、負極為金屬鋰、電解質為硫化物/鹵化物的全固態電池體系，做出能量密度超過500Wh/kg、循環壽命大于10000次的鋰硫電池、鋰空電池產品，真正意義上建立全新的電池材料體系。

在三個階段中除了能量密度指標之外，其他四個指標的發展趨勢如下：電池耐高溫性能趨勢將是先逐漸提高至200℃左右，再逐漸降低至100~120℃（鋰金屬負極）；耐低溫性能則持續向-30℃~-40℃發展；而循環壽命指標從數百次向上萬次持續提升；同樣，倍率性能持續提高，第三階段可能達到10-20C的水平。

圖3全固態電池性能指標發展趨勢預測

對于企業來說，相比于過度追求材料的性能指標，更應該思考如何做出可靠性高、能夠快速量產的全固態電池產品，以電池產品推動底盤系統的重新設計、工藝優化及供應鏈的完善；同時，考慮到2030年后V2G（車輛與電網互動）的發展，企業不應該追求超高的能量密度指標，更應關注全固態電池的循環壽命指標。如果這兩項指標有沖突，應優先考慮長循環壽命指標，對能量密度的要求可適度降低。

3.全固態電池的市場化進程

全固態電池的市場化需要技術、成本、應用場景等多方面發展加以支撐?；诋斍暗陌l展情況，蓋斯特初步判斷：到2030年，中國全固態電池的產能將達到50GWh，并開始走向規?；?。之后市場規模將快速增長，2035年有望達到500GWh。

在應用場景上，小動力領域有望率先應用，例如工業無人機、高端3C產品、特種電源等重視能量密度、成本敏感度低、壽命要求低的場景。但是全固態電池最大的應用空間還在交通領域，由于全固態電池具有大功率優勢，我們判斷其會率先應用到混動車型上，而純電車型上受成本制約，將在這個領域由高端車型逐漸向下滲透。此外，全固態電池因不存在液態電池的滲漏、干涸問題，以及失重環境下電解液重新分布導致電池時效問題，所以在軍工航天領域也有很大的應用潛力。

需要注意的是，企業要把全固態電池研發和推廣并行推進，不斷發掘細分場景，通過細分場景驗證應用來推動降本，而后再持續擴大應用場景數量和應用規模，形成降本與規?；恼蜓h。

四、全固態電池對車企影響及應對建議

1.全固態電池對汽車產業影響及啟示

應用全固態電池對于汽車產業來說，不僅意味著動力部件的改變，還會對整車設計、產業布局、競爭格局、服務模式等產生全方位的影響。車企需要系統思考全固態電池可能造成的影響，避免只將其作為能量體?？傮w而言，基于全固態電池主要性能指標的全面技術突破，將直接影響整車產品設計、商業模式、新能源汽車市場結構以及充換電基礎設施建設等四個方面。

具體來看，從產品設計上講，全固態電池應用在汽車上，會使整車布置、結構、安全性、設計復雜度等有很大的改變，因此車企應該重新系統思考，如何改變以更好地進行匹配性設計。

從商業模式上講，全固態電池的長循環壽命使V2G車網能量互動更易被社會廣泛接受，那么車企可以更多地從汽車全生命周期的視角思考電動車成本，以及如何提升潛在的效益。

從新能源汽車的市場結構上講，如果全固態電池提升了動力電池環境適應能力，解決了用戶一直以來的里程/補能焦慮問題，那么純電動汽車會進一步替代插混或增程式汽車，純電動汽車很可能成為用戶的主流選擇，為此車企需要提前做好產品戰略的調整。

從基礎設施上講，快充性能優異的全固態電池產業化之后，換電模式的價值顯著降低，充電模式有望獲得更好的發展。由此車企應思考充電路線和充電基礎設施的布局，以滿足當前產品體驗和未來產品需求。

2.整車企業應對全固態電池發展的策略

考慮全固態電池將給汽車產業帶來的全面性、深遠性的影響，整車企業有必要系統思考如何推進全固態電池領域的布局。

首先，從全固態電池的材料層研發層級上看，車企必須做前瞻研發，尤其圍繞全固態電解質、鋰負極及新型正極材料。企業可與高校、科研機構等合作。

其次，對于電芯制造層級，車企沒必要全部掌控，即使全部自己解決也很難有真正競爭力，這部分應由電池企業負責。但是車企可適當研究工藝和裝備，并建設一定的產能。

再次，對于電池整車設計層級，這是車企的核心部分，車企必須掌握電池整車集成設計及BMS（電池管理系統），以充分發揮全固態電池的性能，保證自身汽車產品的市場差異化能力。

最后，從電池生態布局層級，根據企業自身實力做選擇性布局，實力強的企業可考慮布局鋰資源，這可能是企業獲得長期成本競爭力的關鍵。

整車企業布局全固態電池領域要有打長期戰的準備，同時還應把控節奏，制定系統性發展策略。短期重點在解決科學問題、制備工藝和設備探索上，中期重點在車規級使用（含集成設計）及新型材料的開發，長期則在產業布局推動電池降本與規模推廣上。

五、總結

總而言之，我們應認識到全固態電池的發展潛力巨大，其不僅是液態動力電池的升級換代產品，更會對整車產品設計、新能源汽車市場結構、電池產業生態等帶來顛覆性影響，將成為電動車下半場競爭的核心。同時也要看到全固態電池存在技術難、量產難等巨大挑戰，需要一個長期的發展過程，全固態電池很難在5年內形成全方位競爭優勢。因此企業要保持戰略定力，應圍繞全固態電池做好戰略規劃，并把控好發展節奏。

在技術路線方面，從顛覆性潛力看，企業還是要堅持硫化物、鹵化物的全固態電池技術路線；在發展側重點方面，企業針對全固態電池研-產-供等方面布局要有的放矢；全固態電池開發的總原則應以滿足整車需求而定義電池性能開發方向、并以產品拉動產業發展。具體根據企業在產業鏈中定位，有選擇性地在材料、制備、設備開發及供應鏈培育上下功夫。