全固态电池的正解，是氧化物?

众所周知，作为“全村的希望”的全固态电池，从行业角度来说，目前的技术路线就三条，硫化物、氧化物、聚合物。

而且，硫化物技术路线是唯丰田马首是瞻的，技术专利壁垒很高不说，还容易形成“羊群效应”。这种情况有点像特斯拉的电动路线，虽然早期引领潮流，其实还是有点问题的，最后还得国内自己来突破。

很有意思的是，作为一名曾深度参与丰田全固态电池项目的科学家，高翔博士在回国创立一家专攻全固态电池的企业太蓝新能源（以下简称“太蓝”）后，选择了氧化物技术路线作为突破方向, 并在量产落地方面有了实质性的进展。

那么，这条路线究竟能否打破“羊群效应”呢？这次上海车展，有机会跟太蓝创始人高翔博士做了一番深度沟通，对其全固态电池特立独行的发展方向，有了全新的了解。

01为什么要做固态电池？

从缘起来说，太蓝新能源董事长兼CTO高翔博士的科研之路与固态电池紧密相连。2011年,高翔博士从中科院上海硅酸盐研究所取得博士学位之后，前往日本进行博士后研究，很巧的是，丰田内部正在推进一个产业化的固态电池项目，高翔博士由此从实际应用层面切入，开始为汽车研发固态电池。

在丰田固态电池团队做研发近4年后，他又前往美国橡树岭国家实验室（ORNL）继续博士后研究。作为全世界商用固态电池最早诞生的地方，ORNL为其提供了更广阔的研发视野。2018年，高翔博士毅然回国创业，回国仅两个月便获得第一笔投资，并在浙江嘉兴开启全固态电池的产业化开发之路。后面的经历不再赘述。

那么，回到最初的问题，太蓝新能源为何选择全固态电池？

高翔博士解释道，从本质上看，常规液态锂电池内部因为含有大量易燃的液态电解质和多孔有机隔膜，这些材料容易引发热失控，而电池内部的安全隐患，从根本来讲都是材料方面的原因。

所以，太蓝要做的就是用固态电解质取代原有电解液和隔膜的作用，把可燃的、有机的材料变成不可燃的、无机的材料，把低硬度、低耐热的有机隔膜变成高硬度、高耐热的固态电解质层，通过做固态电池，从根上解决安全问题。所以，固态电池叫“本质安全”，就是把电池从本质上做到安全。

此外，现有的电池，无法升级使用更高能量密度的正负极材料。因为受限于电解液的较窄的电化学稳定窗口（就是在几伏到几伏的电压窗口范围内电池是稳定的），加上高比能的正负极材料一般都是高电压材料，超过电化学窗口电池就会发生化学反应，然后就会有安全风险。

所以，高压正极和锂金属负极在现有的液态电池里没有办法真正得到稳定使用。但如果换成固态电解质，它的电压窗口宽了，就完全能够覆盖这种高比能的正负极材料。这样，固态电池的能量密度也能进一步提升，总体两个优势：一个是更加安全，一个是能量密度提升。

反过来讲，液态电池之所以发展到了天花板，也是因为能量密度与安全之间的平衡到了极限。三元锂到300+Wh/kg就已经触顶，磷酸铁锂180Wh/kg也接近极限，更高能量密度的正负极材料，它也无法使用。但固态电池，可以兼容绝大部分的正负极材料，能量密度提升的潜力很大。

当然，固态电池目前还存在一个绕不开的行业难题，就是固-固界面的阻抗问题。太蓝新能源又是如何攻克的呢？

高翔博士表示，这是一个核心问题。固-固界面的阻抗问题是固态电池三大问题之首，也是最核心的问题。固态电池的界面问题、制造问题、成本问题三大问题，从技术角度来讲界面问题是其中最难解决的问题。

太蓝新能源的突破方向，是自己独创的ISFD技术（原位亚微米工业制膜技术）。该技术包括材料和工艺方面，以及界面柔化材料和界面柔化技术。具体来讲，是在固态电解质层与正负极之间，利用一个亚微米级的柔化层，柔化层运用的材料相当于一个复合层，起到界面缓冲和优化界面接触的作用。

ISFD技术还包括极片复合技术，就是把固态电解质与极片做成一体化，因为界面柔化层除了能让离子高速通过之外，还相起到一个界面应力缓冲和粘合剂的作用。

而通过把柔化层跟上下的极片层紧紧粘合在一块，起到了强界面作用，这样，固态电解质跟正负极极片结合得就非常紧，从而解决了固态电池因反复膨胀收缩导致的“接触失效”难题。

通过极片复合技术，太蓝实现了“界面一体化”，一张极片上既有正/负极材料，也有固态电解质层，做成一体后也解决了固-固界面问题。

此外，太蓝还有自行设计开发的固态电解质导入的工艺设备。也就是说，从工艺、材料配方，包括界面柔化性材料，固态电解质材料的复合配方等等，均为独立开发。所以，“ISFD技术整体上是一个先进技术体系，包括多方面的技术创新的有机整合。这是我们独创的固态电池技术。”

02

为什么选择氧化物？

前面也说过，包括丰田和国内的多家企业在内，全固态电池的技术路线选择了硫化物。那么，为什么高翔博士之前参加丰田的项目是硫化物路线，而创办太蓝后走的却是氧化物技术路线？他觉得哪个路线可能会走得更远？

高翔博士的回答是，优先选择氧化物路线，主要是出于产业化落地考虑。一方面，因为他在早期就已经看到很多硫化物的开发试错，认为特别是在大规模应用时各方面要求都很高的动力电池领域，硫化物路线的产业化周期可能会非常长。

更为直接的原因是，经过长期研究和探索，高翔博士的团队找到了一条可以成功的氧化物路线，就是后来独创的ISFD技术（见上述）。

ISFD技术能把固态电解质做薄，正负极离子充放电的时候，传输距离就短，充放电效率得以大幅提升。所以，基于ISFD技术，即便用氧化物也有望实现电池的高效循环。

此外，高翔博士介绍，太蓝ISFD技术对不同体系都是兼容的，并不受限于具体的固态电解质材料种类。而选择氧化物的根本原因，不是只能做氧化物，是有另外的考量。

一句话，硫化物只能做全固态，氧化物既能做半固态，也能做全固态。这是核心要点。

原因在于，硫化物固态电解质的化学稳定性较差，容易与半固态里的液态电解质发生界面副反应，影响电池的安全稳定性和循环寿命‌。而氧化物稳定性非常好，所以既能做半固态也能做全固态。这里面有什么差别呢？

很简单，全固态电池的大规模商业化应用还比较远，企业要存续就要有符合市场性价比需求的产品。太蓝以氧化物路线做出半固态电池，就可以用在目前的存量市场。

而做规模化市场，可以通过半固态产品快速上量、上规模，而且，能够与全固态电池复用的固态电解质、设备成本都能降低，至少能降很大一部分，再去做全固态电池量产的时候，成本就会得到有效控制。这可以说是氧化物体系的一个天然优势。

从设备角度来看，就更有实际意义。硫化物全固态电池也是需要全新的设备的（比如等静压设备）。而且，从材料端来看，在小规模量产时，包括研发成本硫化物就比氧化物成本高很多。比如，目前硫化物材料的市场价格是5,000万元/吨左右，氧化物已经降到了50万/吨以内，是硫化物的1%，材料成本差异很直观。当然，不排除未来材料成本通过技术创新进一步降低。

那为什么这个圈子里这么多的人选择做硫化物呢？“最大的原因，一方面是硫化物的高离子导电率确实是一个显著优势；此外，在其他体系上，大部分企业还没有找到更好的解决方案，把相对较低的离子电导的短板补齐。”

另外，高翔博士表示，“由于我国固态电池产业化开发起步较晚，在这个领域有很强的国外专利壁垒，需要长期持续的研发投入和坚韧不拔的意志力，同时也需要产业链上下游通力协作，才有机会开拓一条不同的路线。原始创新是很艰难的，从1到N的产业化更是一场长跑。”

这也是太蓝ISFD技术的可贵之处。固态电池化学式的发明是锂电产业的高光时刻，ISFD技术作为独创，也是固态电池演进过程中的重要环节。“一个很重要的原因是，我们在这些关键的核心技术和产品的战略定位上一直很清晰。挖的足够深，让我们有幸探索到一条属于自己的道路。”

03

核心的成本问题

那么，现在太蓝研发的全固态电池成本大概能做到多少？固态成本的下降速度，或者说时间线是怎么样的？还有，成本下降过程中的难点在哪里？这都是我很好奇的。

高翔博士表示，成本确实是客户关心的核心焦点之一，在某些场景甚至是最核心的焦点。而太蓝的策略是双轨制，先实现半固态电池规模量产与应用。半固态主要是做存量市场，比如已经实现规模化且仍有很大增长空间的动力电池、储能电池市场；全固态电池会做增量市场，像新兴市场的无人机、智能机器人等。

具体的成本方面，太蓝半固态电池可以与液态电池进行性价比上的竞争，同等产能规模下成本都可以做到相当的水平，“这是太蓝的一个巨大优势，这也是做固态电池的企业中少有的，能达到跟液态电池同台竞争的半固态电池。”

太蓝的半固态电池价格可以做低，是因为可以复用现有的液态电池产线设备，只有ISFD技术新引入的环节需要投入，并且成本和工艺已经非常成熟，成本能控制到很低的水平。

当然，高翔博士讲道，目前太蓝在做的锂金属全固态电池，因为市场上锂金属本身还没有批量化生产，所以，锂金属负极成本还比较高。不过，太蓝推出的全固态电池BOM成本有望做到1元/Wh以内。

接下来的量产阶段，全固态电池的制造成本肯定是比现有的液态电池要高。目前全固态的量产设备、量产线等全世界还没有能成熟匹配的，基本上还停留在小批量或中试线的水平。高翔博士认为，长期来看，只要规模上来、制造工艺成熟，无论是原材料成本还是制造成本都会随之下降。

按照太蓝的“4321”路线和“减材制造”理念，现有的液态电池是四大主材，正极、负极、隔膜、电解液，到太蓝半固态电池取消有机隔膜和部分电解液，到第二代全固态电池，隔膜和电解液都被取消，最终达到的全固态电池形态是“无隔膜无负极全固态电池”，即负极材料也取消，只保留正极材料。

高翔博士预测，到无负极阶段，全固态电池的成本会是现在液态电池BOM成本的一半不到，而且，关键在于，固态电池的能量密度是现有液态电池的2倍以上，所以，BOM的瓦时成本肯定比液态电池更便宜。当然，前提条件是制造成本能够得到有效控制。

而说到全固态电池制造的难题，高翔博士表示要靠全产业链一起努力，“单靠行业的一两家电芯企业没有办法完全独自解决这个问题，必须靠全产业链当中做设备、工艺、材料的团队大家一起共同推进。”

至于太蓝的量产进度，去年4月份太蓝发布720Wh/kg的全固态电池，目前还属于样机阶段。今年底或者明年初，太蓝新能源会实现全固态电池的示范装车。

此外，明年会通过小批量试生产，在一些新兴市场实现全固态电池的商业化闭环，率先实现应用。而且，新兴市场方面，太蓝明年也会筹建百兆瓦时级别的生产线，2027年真正实现全固态电池量产。

目前太蓝的在建产能，则有重庆的2GWh，加上安徽淮南基地一期的3GWh（共10GWh，分2期），共5GWh。按照太蓝和高翔博士的预估，今年和明年，通过自建产能和合作产能，达到10GWh产能的时候，年产值能突破70亿元。

04

未来的份额问题

从行业共识来看，全固态电池的量产时间大致都在2027年，那么，未来能占到多大的市场份额？

高翔博士表示，多少份额，这是一个非常重要的问题，但目前没有办法给出一个非常清晰、非常准确的答案。“我觉得可以给一个这样的预测，如果说2027年是示范装车年，算是形成一个行业共识，说明我们在体系、在性能这些方面有了一个很好的基础。”

而要想上规模，会面临几个问题，一个是性能的持续优化，另一个关键问题是成本的降低。这里面，包括设备的问题，制造生产的问题，也就是通过规模化实现成本降低的问题。

“想让全固态电池真的能实现大规模量产，可能至少也要到2030年，全面实现应用会在更长的时间范围。” 如果想要能够在汽车领域直接跟液态电池同台PK，还需要整个行业一同去逐步攻克。

再加上，设备的研发、产线的开发，从一代产线到二代产线，再往下周期比较长。所以，“到时候，全固态电池是不是能够直接降到液态电池的水平（现在0.3元/Wh），还是有一定挑战性的。”

高翔博士认为，因为成本较高，2030年可能在一些高端的车型上会实现一部分市场化应用。

毕竟，要在20~30万元级这个细分领域应用的话，全固态电池就要跟磷酸铁锂去PK价格。而且，这个过程当中，半固态电池也在发展，“现在的半固态电池的耐热安全已经能做到锂金属硫化物全固态电池的级别了，在已经能够解决客户问题的时候，全固态电池是升级的选项而非唯一选择。”

当然，全固态电池有个很大的优势是别的电池完全不具备的。

半固态电池的最大优势在于，相比液态电池它的安全性能够做到颠覆性提升。不过，因为其中电解液无法很好的兼容更高比能的高压正极和锂金属负极材料，其能量密度很难取得颠覆性突破，而全固态电池在安全和能量密度上都是有潜力取得颠覆性突破的。

所以，在那些需要高能量密度电池的场景，比如新兴市场，全固态电池优势不可替代，比如像智能机器人的续航。再比如无人机市场，从低空经济来看，又是一个万亿级市场的潜力。

包括一些极限环境要求，比如高热、高寒、深空、深海领域，高翔博士认为，那可能是全固态电池更能发力的市场，“因为在这些市场上它有不可替代性。所以，从前景上来讲，我觉得全固态电池的应用前景是很大的。”

05

固态电池能不能“登顶”？

其实，从业内来说，固态电池能不能做成，一直是存疑的。一个核心问题是，固态的东西怎么来传导这种能量？从物理的常识上来说的话，它是不是违反物理规律的？

高翔博士表示，能量存在的形式，有很多能量更高的是以固态形式存在，而锂电池实际上也是化学能量，只是它叫电化学。所以，在当前多种储能的形态当中，固态是最高、最浓缩的储能方式。

而做固态锂电池，大家想不通的可能是，锂离子电池的离子在液态电解质里面类似游泳的状态，是有扩散的，但在固态电解质里面锂离子怎么能穿过一个固态到另外一个地方？其实，这就是固态电解质的本征能力。

固态电池的传输原理，打个比方，固态电解质就像一座山，中间被打了无数像火车隧道那样的通道，锂离子就可以像火车那样穿梭进出。

对于这种“隧道效应”，高翔博士举了打台球的一个例子，就是通过相互撞击的形式来传导。而我的理解是，这有点类似于物理学上的“牛顿摆”的撞击球形式。左边的球通过撞击传递电荷能量，而右边的球接受电荷能量后传递出去，中间是“电中性”的不动的固态电解质。

能量的传导，则是在正负极存在势差的情况下，就是充放电的时候两边有电压差，决定锂离子的走向。“这就是材料很神奇的地方。”高翔博士总结道。

还有外界关心的一点是，全固态电池的循环次数能达到多少？高翔博士回答，“现在太蓝已经量产的半固态电池的循环次数，常温下循环超过2500次。未来的全固态电池，有望达到万次的水平，甚至更高。”