11月7日消息，寧德時(shí)代在今年增加了對全固態(tài)電池的研發(fā)投入,，已將全固態(tài)電池研發(fā)團(tuán)隊(duì)擴(kuò)充至超 1000 人,。

寧德時(shí)代目前主攻硫化物路線，在近期已進(jìn)入 20Ah 樣品試制階段,。一位知情人士稱,，寧德時(shí)代目前的方案能將三元鋰電池的能量密度做到 500 Wh/kg，比現(xiàn)有電池提升 40% 以上,，但充電速度和循環(huán)壽命還未達(dá)預(yù)期,。

全固態(tài)電池樣品試制通常是從 1Ah 開始不斷做大單個(gè)電池容量。在 1Ah 樣品階段的任務(wù)是檢測電池材料性能優(yōu)劣,；10Ah 樣品時(shí)主要檢測電池的單體性能,；20Ah 樣品階段則意味著電池方案初步定型，進(jìn)入生產(chǎn)技術(shù)探索階段,。

今年 4 月,，寧德時(shí)代首席科學(xué)家吳凱在國際電池技術(shù)交流會(huì)上就曾表示，寧德時(shí)代已建成 10Ah 全固態(tài)電池性能驗(yàn)證平臺,，且在全固態(tài)電池的正負(fù)極材料,、工藝和制造設(shè)備上都有技術(shù)進(jìn)展。

如今寧德時(shí)代進(jìn)一步進(jìn)入 20Ah 試制階段——目前電動(dòng)車使用的軟包電池單體容量就是 20Ah ——如能在這一階段的樣品上解決安全和性能難題,，剩下的就主要是制造工程問題,，這些任務(wù)可以靠增加人力投入和實(shí)驗(yàn)次數(shù)來有效推進(jìn)。

寧德時(shí)代董事長曾毓群將固態(tài)電池研發(fā)進(jìn)度分為 9 個(gè)等級,，他在今年 9 月的動(dòng)力電池大會(huì)上稱寧德時(shí)代目前處在等級 4 ,，目標(biāo)是在 2027 年提高到 7-8 級，實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池小批量生產(chǎn)。

寧德時(shí)代的規(guī)劃的時(shí)間線與豐田汽車,、 LG 新能源 ,、三星 SDI 等類似，略快于比亞迪,。但曾毓群今年 9 月曾罕見高調(diào)宣稱,，與競爭對手相比，寧德時(shí)代的研究 “領(lǐng)先一大步”,，用英文說是 “Second to none（首屈一指）”,。

曾毓群的信心或許來自前所未有的投入力度。

全固態(tài)電池被業(yè)界視為鋰電池的終極形態(tài),，是學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界對電池形態(tài)的終極設(shè)想,。但過去 30 年間幾乎只有豐田汽車一家公司在持續(xù)投入研發(fā)全固態(tài)電池，且進(jìn)展緩慢,。

電池業(yè)第一次有公司像寧德時(shí)代這樣投入巨量資源研發(fā)全固態(tài)電池,。“1000 人,，人均人力成本按照 100 萬算,，每年開工資就得 10 個(gè)億，這之前大部分固態(tài)電池公司連預(yù)算幾個(gè)億的實(shí)驗(yàn)室都建不起來,。” 一位從業(yè)者說,。

從跟隨到押注,，從沒有目標(biāo)到 2027 年量產(chǎn)

能量密度是電池最重要的性能指標(biāo)，它代表了電池的使用效率,。電池公司過去 30 年的努力大部分是為了提升電池的能量密度,，在同等體積、重量的電池里塞入更多電量,。

從索尼,、松下到寧德時(shí)代，電池公司過去三十年讓鋰電池的能量密度從 120Wh/kg 上升到目前的約 320Wh/kg ,。能量密度的提升,，讓鋰電池足以進(jìn)入更多領(lǐng)域，創(chuàng)造更大的商業(yè)機(jī)會(huì),，推動(dòng)能源轉(zhuǎn)型,。

電池業(yè)并不存在像芯片業(yè)那樣的摩爾定律，電池的性能不會(huì)每過一段時(shí)間就翻一倍,。但這個(gè)世界從未像現(xiàn)在這樣需要如此多的鋰電池——全球鋰電池的產(chǎn)量在過去 5 年翻了十倍,，能量密度只增長不到 30%。

在可預(yù)見的未來，電動(dòng)車,、智能手機(jī)使用的液態(tài)鋰電池的改進(jìn)空間已相對有限：液態(tài)三元鋰電池的能量密度理論極限是 350Wh/kg,，這個(gè)數(shù)字只能讓現(xiàn)在的智能手機(jī)多用半小時(shí)，或者讓新能源汽車充一次電多跑 50 公里,。

沿著液態(tài)鋰電池路線,，永遠(yuǎn)不會(huì)有電動(dòng)載人客機(jī)飛上天--特斯拉創(chuàng)始人埃隆·馬斯克（Elon Musk）曾測算，電池能量密度超過 450Wh/kg 時(shí),，電動(dòng)載人客機(jī)的設(shè)想才成立,。

固態(tài)電池成為行業(yè)公認(rèn)的鋰電池未來形態(tài)。

電池的主要組成部分是電解質(zhì)和正負(fù)極,，靠鋰離子在正負(fù)極之間的移動(dòng)穿梭來充電,、放電，達(dá)到儲(chǔ)能,、功能的作用,。

固態(tài)電池，即把目前鋰電池中普遍使用的液態(tài)電解質(zhì)（主要是六氟磷酸鋰）替換為固態(tài)電解質(zhì),。固態(tài)電解質(zhì)的性能更穩(wěn)定且安全,，這就可以使用能量密度更高、但化學(xué)性狀更危險(xiǎn)的鋰金屬充當(dāng)負(fù)極（目前負(fù)極材料為石墨）,，用含鋰量更高的高鎳三元材料充當(dāng)正極,，讓鋰電池的能量密度上限翻倍至超過 700Wh/kg。

所有鋰電池公司都會(huì)說自己正在 “研發(fā)” 全固態(tài)電池,。但在今年以前,，電池業(yè)多數(shù)大公司都只是投入數(shù)十名甚至幾個(gè)工程師，維持對前沿技術(shù)的感知,。這種做法主要有兩個(gè)原因：現(xiàn)有液態(tài)鋰電池仍有提升空間,，在既有技術(shù)框架下研發(fā)，回報(bào)更明確,、投入產(chǎn)出比更高,；電池業(yè)的大公司篤信規(guī)模和錢的作用，就算創(chuàng)業(yè)公司率先突破技術(shù),，他們也可以通過模仿快速追進(jìn),。

寧德時(shí)代在數(shù)年前也是這樣做的。

據(jù)我們了解,，寧德時(shí)代對全固態(tài)電池的研究最早始于 2016 年,。當(dāng)時(shí)，寧德時(shí)代邀請?jiān)诿绹饦鋷X實(shí)驗(yàn)室（成立于 1943 年,，曾參與曼哈頓計(jì)劃,，是全球最頂尖的材料化學(xué)實(shí)驗(yàn)室之一）工作 10 年的梁成都加入寧德時(shí)代擔(dān)任研發(fā)體系聯(lián)席總裁,，直接帶領(lǐng)寧德時(shí)代的硫化物全固態(tài)電池研發(fā)項(xiàng)目組。

但一位接近寧德時(shí)代的人士稱,，梁成都當(dāng)時(shí)手下只有不到 100 人負(fù)責(zé)全固態(tài)電池的研發(fā),，寧德時(shí)代對他們的定位是 “搞清楚最前沿的實(shí)驗(yàn)室和公司的技術(shù)進(jìn)展，幫高層做技術(shù)決策”,。直到 2022 年末,，寧德時(shí)代都沒有明顯增加對全固態(tài)電池的研發(fā)投入。

寧德時(shí)代高層過去對固態(tài)電池的表態(tài)都頗為謹(jǐn)慎,。

吳凱在去年年中曾說,，“如果豐田說今天能量產(chǎn)全固態(tài)電池，我持懷疑態(tài)度,，目前全行業(yè)誰都不具備量產(chǎn)全固態(tài)電池的能力,。至于 2027 年能否量產(chǎn)，作為技術(shù)人員,，我也很難說得準(zhǔn)確,。”

但今年 3 月,，寧德時(shí)代首席科學(xué)家吳凱罕見地在一次電池行業(yè)技術(shù)論壇上分享了寧德時(shí)代的全固態(tài)電池研發(fā)進(jìn)展,。半年后，曾毓群又披露了 “2027 年小規(guī)模量產(chǎn)全固態(tài)電池” 的時(shí)間表,。

最早開始研發(fā)固態(tài)電池的豐田汽車,，2018 年至今多次延后固態(tài)電池裝車時(shí)間，去年,，豐田汽車聲稱會(huì)在 2027 年量產(chǎn)固態(tài)電池,。國內(nèi)諸多初創(chuàng)公司則將僅僅是過渡狀態(tài)的半固態(tài)電池混淆為固態(tài)電池，讓所有人不得不在固態(tài)電池前加上 “全” 字以指代業(yè)界原本認(rèn)為的固態(tài)電池,。

與他們相比，電池業(yè)界普遍認(rèn)為寧德時(shí)代的時(shí)間表更靠譜,，更符合實(shí)際,。

到今年初時(shí)，寧德時(shí)代開始加大對固態(tài)電池的投入,。據(jù)我們了解,，今年一季度，寧德時(shí)代引進(jìn)了幾十個(gè)固態(tài)電池初創(chuàng)公司和中國科學(xué)院背景的技術(shù)骨干,。

曾毓群今年三月在接受媒體采訪時(shí)也表示,，他每個(gè)月都會(huì)了解研發(fā)團(tuán)隊(duì)在固態(tài)電池方面的工作情況，他了解所有的技術(shù)進(jìn)展,。一位該團(tuán)隊(duì)的工程師和我們說,，曾毓群今年初鼓勵(lì)團(tuán)隊(duì)稱,，“有好事不用找我，有壞事找我,，我給你們解決,。”

寧德時(shí)代加大固態(tài)電池投入的同時(shí),，工信部也給寧德時(shí)代,、比亞迪、吉利在內(nèi)的六家公司提供研發(fā)補(bǔ)貼,。

據(jù)我們了解,，工信部給產(chǎn)業(yè)界的全固態(tài)電池研發(fā)補(bǔ)貼超過 60 億元，但其中部分資金需要企業(yè)的研發(fā)項(xiàng)目取得進(jìn)展后到位,。工信部的目標(biāo)是 2027 年實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池的小規(guī)模量產(chǎn),。

一位行業(yè)人士稱，工信部在調(diào)研完后判斷,，全固態(tài)電池在理論上能做成,，做出來無非是時(shí)間長短問題。

重新發(fā)明電池的每個(gè)部件

在技術(shù)路線選擇上,，寧德時(shí)代選擇了與豐田汽車類似的硫化物路線,。吳凱在此前的技術(shù)論壇上說，硫化物路線的性能上限最高且量產(chǎn)進(jìn)度最快,。

按照所使用的固態(tài)電解質(zhì)區(qū)分,，目前固態(tài)電池主要有硫化物、氧化物和聚合物三種技術(shù)路線,。

這三種技術(shù)路線都存在相應(yīng)的基礎(chǔ)缺點(diǎn),。聚合物電解質(zhì)需要加熱到 60℃才可以獲得足夠的導(dǎo)電率，難以在普通工況使用,；氧化物電解質(zhì)導(dǎo)電率低,；硫化物電解質(zhì)中的鋰離子導(dǎo)電率跟液態(tài)相近但是易氧化產(chǎn)生有毒氣體。近年業(yè)界也產(chǎn)生了鹵化物等新的技術(shù)路線,，據(jù)我們了解比亞迪目前正著重研發(fā)鹵化物的固態(tài)電池,。

寧德時(shí)代和豐田押注的硫化物固態(tài)電池一直面臨四個(gè)極難的技術(shù)問題。

液態(tài)電池中的薄片狀正負(fù)極浸泡在液態(tài)電解質(zhì)中,，電解質(zhì)與正負(fù)極的接觸幾乎沒有縫隙,；而固態(tài)電池則是把正負(fù)極放在粉末壓制成的固態(tài)電解質(zhì)中，正負(fù)極與固態(tài)電解質(zhì)間存在更大空隙,。這些空隙會(huì)影響帶電離子在電池中的流動(dòng),，降低電池的壽命和充電速度。把電解質(zhì)從液體換成固體后,，電解質(zhì)就會(huì)被充放電過程中膨脹的正負(fù)極擠壞變形,。

在正負(fù)極之間穿梭的帶電離子,，就像河道里的泥沙，久而久之沉淀堆積,，堵塞離子穿梭的通道,。這種現(xiàn)象被稱為 “鋰枝晶”，沉淀的鋰離子會(huì)逐漸長成樹杈狀的尖刺,，這種尖刺刺穿電池后會(huì)讓電池短路失效,。液態(tài)鋰電池也面臨這一問題，但全固態(tài)電池在使用含鋰量更高的材料后,，鋰枝晶的沉積會(huì)比液態(tài)電池更快,，更難處理。

硫化物電解質(zhì)在空氣中遇水會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),，產(chǎn)生有毒氣體并降低電池導(dǎo)電率,。硫化物極強(qiáng)的化學(xué)特性也讓它非常難制備、造價(jià)高昂,，目前一公斤硫化物售價(jià)超過 500 美元,。

全固態(tài)電池的生產(chǎn)制造非常困難，在正負(fù)極,、電解質(zhì)制造環(huán)節(jié)都無法復(fù)用現(xiàn)有的成熟工藝,，需要重新發(fā)明多項(xiàng)工藝。

根據(jù)吳凱的表態(tài),，寧德時(shí)代已在 10Ah 的樣品階段找到了解決這些難題的思路,。

針對正負(fù)極和電解質(zhì)接觸界面問題，寧德時(shí)代研發(fā)了多層材料包裹正極的技術(shù),，相當(dāng)于用多層薄膜限制極片的變形,，提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。正負(fù)極和固態(tài)電解質(zhì)的接觸界面則依靠自研的粘結(jié)劑來維持離子的流動(dòng)性,，即導(dǎo)電率,。

為了讓固態(tài)電解質(zhì)與固體正負(fù)極接觸更緊密，行業(yè)慣常做法是制造電池時(shí)從外部施加超高的壓力把它們擠壓到一起,。從吳凱披露的信息,，寧德時(shí)代目前研發(fā)的設(shè)備能給電池均勻施加 500Mpa 的壓力，是馬里亞納海溝最深處壓力的 5 倍,。

目前寧德時(shí)代能將固態(tài)電池的正極克容量（影響電池能量密度的關(guān)鍵指標(biāo)）做到 230mAh/g ，并將正極的使用壽命提升到 6000 次,。一位行業(yè)人士稱,，寧德時(shí)代目前還無法穩(wěn)定正極的容量，從吳凱披露的正極數(shù)據(jù)看,，在 6000 次充放電中正極的容量反復(fù)下跌又反彈,，這會(huì)讓電池在使用時(shí)電量持續(xù)波動(dòng),。

寧德時(shí)代也提出了一種解決鋰枝晶問題的新思路，用可以靈活改變體積性狀的材料自動(dòng)填充可能滋長鋰枝晶的縫隙,，同時(shí)用合金金屬改變正負(fù)極表面的親鋰性,，讓鋰均勻沉淀在表面，而非長成尖刺,。

“這相當(dāng)于在電池里塞入 ‘海綿’,，當(dāng)四周的壓力變化后，讓這個(gè)海綿去填滿空隙,，這個(gè)材料必須非常講究,，得有很強(qiáng)的柔性，又得是良好的電導(dǎo)體,?！?前述人士說。

此外,，通過對硫化物電解質(zhì)的改進(jìn),，寧德時(shí)代現(xiàn)在能讓電解質(zhì)在 -40℃ 露點(diǎn)（衡量環(huán)境干燥度的指標(biāo)）的環(huán)境中保持穩(wěn)定，此前業(yè)界普遍只能在 -60℃ 露點(diǎn)的環(huán)境中制備硫化物電解質(zhì),。這降低了建造硫化物電解質(zhì)產(chǎn)線的成本,，-40℃ 露點(diǎn)的干燥度與芯片制造的超凈間相當(dāng)。而 -60℃ 露點(diǎn)的干燥度基本等同于火星表面,。

除了對材料的改進(jìn),，寧德時(shí)代也突破了干法電極、等靜壓一體成型等制造技術(shù),。但仍然有諸多工程難題橫亙在寧德時(shí)代面前,。為了保證全固態(tài)電池的使用壽命，電池在制成后仍需施加極大的壓力,，保證電池內(nèi)部部件接觸的緊密性,，寧德時(shí)代需要發(fā)明新的電池包裹材料和封裝工藝。

一位固態(tài)電池初創(chuàng)公司技術(shù)負(fù)責(zé)人對我們評價(jià)稱,，依照過去的經(jīng)驗(yàn),，如果不計(jì)成本，寧德時(shí)代很有可能可以在 2027 年內(nèi)實(shí)現(xiàn) 0.5 GWh 左右的量產(chǎn)規(guī)模,，這一產(chǎn)能能搭載數(shù)千輛電動(dòng)車,。寧德時(shí)代當(dāng)下對全固態(tài)電池的技術(shù)和人員投入都是空前的，它的超額投入可能會(huì)加速這一過程,。

寧德時(shí)代增加對全固態(tài)電池的投入幾乎是一件水到渠成的事,。寧德時(shí)代每年將一半的凈利潤投去研發(fā)更好的電池，用更好的電池賣出更好的價(jià)格,，賺到足夠多的錢繼續(xù)滾動(dòng)優(yōu)勢,。

但過去幾年電池技術(shù)進(jìn)步速度放慢,，這種做法的商業(yè)回報(bào)并不高。

寧德時(shí)代去年的研發(fā)投入幾乎是動(dòng)力電池業(yè)第二到第六名之和,，但競爭對手依舊可以通過低價(jià)搶奪它的市場份額,，寧德時(shí)代在中國的市占率從 55% 的高點(diǎn)跌至目前 40% 左右。電池業(yè)在過去數(shù)年內(nèi)從一個(gè)充滿商業(yè)活力和技術(shù)變量的產(chǎn)業(yè)變?yōu)橐粋€(gè)逐漸失去活力,、產(chǎn)品同質(zhì)化,、極度追求低價(jià)的產(chǎn)業(yè)。

這逼迫寧德時(shí)代也不得不主動(dòng)突破技術(shù)邊界,，尋找新的增量,。