2024年4月28日，宁德时代首席科学家吴凯在CIBF2024先进电池前沿技术研讨会上，详尽地介绍了其全固态电池的最新研发进展。该电池采用硫化物固态电解质，正极的高镍三元材料克容量可达到惊人的230mAh/g，同时实现了5mAh/cm²的超高面容量。在负极方面，锂金属的临界电流密度已提升至20mA/cm²（相当于4C），而在10Ah级别的验证平台上，全电池在3C倍率下能实现长达6000次的循环寿命。展望未来，宁德时代计划于2027年实现全固态电池的小批量生产。接下来，我们将深入探讨宁德时代全固态电池的性能指标，并剖析其核心技术相较于业内公认的硫化物电池领军企业丰田的独特之处。

宁德时代全固态电池进展

首先，需要澄清的是，尽管笔者未亲自参加CIBF 2024技术交流会，但根据公众号Voltaplus的分享，我们得以了解吴凯在会上关于《车用全固态电池研发及产业化进展》的主题演讲部分内容。吴凯在演讲中介绍了宁德时代在全固态电池方面的最新进展。

宁德时代坚信，全固态电池的安全性是首要考虑，同时，他们致力于在确保安全性的基础上，尽可能提高电池的能量密度。然而，在现有的正负极体系下，仅通过固态电解质难以实现能量密度的显著提升。因此，宁德时代创新地开发了基于金属锂负极的全固态电池，这一设计使得电池能量密度提高了40%以上。

高比能的锂金属电池对安全性提出了更高要求，而传统的液态电解液难以满足这一需求。为此，宁德时代选择了固态电解质来搭配使用，以确保电池的安全性与高性能。

在评估了聚合物、氧化物以及硫化物电解质的特性后，宁德时代发现每种电解质都有其优势与不足。尽管如此，他们认为硫化物电解质有望率先实现量产突破。然而，这四大核心难题仍需解决：固固界面问题、空气稳定性及成本考量、制造工艺的优化，以及锂金属本身的特性挑战。
固固界面问题的解决，宁德时代主要通过正极高镍材料的单晶化和双层包覆技术来处理。这包括在正极材料上覆盖氧化物和固态电解质层，以抑制界面反应并提高锂离子扩散速率。同时，他们还采用了多功能复合粘结剂来稳定极片导电网络，从而延长电池的循环寿命。

针对硫化物电解质空气稳定性不佳的问题，宁德时代采用了疏水层包覆技术。经过这种处理的硫化物电解质，在-40℃的露点下仍能保持稳定。在电芯封口前，他们去除疏水层，以恢复硫化物的离子电导率。此外，他们还研发了新的合成工艺，以降低Li2S的材料成本，从而大幅降低固态电解质的成本。尽管如此，即使成本降低了90%，固态电解质仍比液态电解液高出许多，因此全固态电池在成本上尚无优势。

在制造工艺方面，宁德时代采用了干法电极制备和等静压一体化成型技术。他们还设计了梯度粘结剂，内层粘结剂硬度大以保证粘接性能，而表层粘结剂则设计得软一些以牢固包裹活性物质。由于等静压工艺的应用，目前全固态电池主要采用软包叠片方式，这与主流的方型卷绕方式有所不同。

在锂金属负极方面，宁德时代采用了变相自填充技术和亲锂性界面层。这些技术不仅增强了电解质结构强度并抑制了锂枝晶的生长，还实现了界面锂离子的高速传输。其临界电流密度高达20mA/cm2，且循环平均库伦效率超过9%。虽然这部分技术可能会牺牲一部分能量密度，但它有效地稳定了界面并避免了枝晶问题。
在众多先进技术的助力下，宁德时代的全固态电池展现了卓越的性能。其正极克容量得以充分发挥，高达230mAh/g，且在活性物质占比达到85%的情况下，面容量也达到了惊人的5mAh/cm2。经过详细计算，我们得知活性物质的面密度需达到74mg/cm2，而总面密度则为6mg/cm2。即便按照三元材料的压实密度5g/cm3来计算，极片厚度也接近75μm，这远超出主流正极片50μm左右的厚度。

值得一提的是，230mAh/g的容量已接近三元材料275mAh/g的84%，这意味着材料在循环过程中分解释氧的风险显著增加。尽管固态电解质相较于液态电解液不易诱导正极释氧，但长期循环的稳定性仍需进一步验证。

宁德时代展示的循环寿命数据是在3C倍率下取得的，且克容量有所降低。此外，他们还付出了巨大的努力才实现了6000次循环后90%的容量保持率。因此，目前该技术距离量产尚有一段距离。

尽管宁德时代未公布具体能量密度数据，但会上吴凯总透露公司已建立了10Ah级全固态电池验证平台。同时，广汽集团也发布了类似性能的全固态电池。通过对比分析，可以看出宁德时代与广汽在硫化物固态电池技术上存在诸多相似之处。然而，由于广汽采用了海绵硅负极材料，而宁德时代则选择了锂金属负极，因此宁德时代的电池在能量密度上有望超过400Wh/kg，但预计仍难以达到凝聚态电池500Wh/kg的水平。

宁德时代的全固态电池与丰田技术的对比

在硫化物全固态电池的研发领域，丰田可谓先行者，其专利数量已超过1300件，稳居全球榜首，技术储备可谓深厚。丰田曾立志在2020年代前半段，即2025年前，实现全固态电池的商业化。这一雄心壮志在业界引起了广泛关注。

早在2018年，日本经济新闻就专访了丰田动力电池生产技术开发部的总监岩濑先生，深入剖析了丰田在降低全固态电池内阻方面的技术进展。岩濑先生详细介绍了全固态电池内阻增大的四大主要因素，包括正极活性材料与固体电解质界面产生的电阻层、固体电解质层的增厚、正负极活性材料的凝集以及构成正负极或电解质的固体颗粒间形成的空隙。这些因素均对全固态电池的性能和商业化进程构成了挑战。
针对上述提到的全固态电池内阻问题，丰田制定了一系列应对策略，具体包括：

(1) 在正极活性材料与固态电解质界面，丰田通过采用表面包覆快离子导体的方法进行改善，例如利用厚度约为10nm的LiNbO3进行包覆。值得一提的是，宁德时代在正极双层包覆技术上与丰田的策略相似。

(2) 针对固态电解质层过厚导致的欧姆内阻增大问题，丰田采用了湿法制备工艺，并结合不同粘结剂的复合使用，成功将电解质厚度从200μm以上降低至20~50μm。尽管宁德时代采用的是干法电极技术，但其使用的多功能复合粘结剂思路与丰田的解决方案相类似。

(3) 在应对活性材料颗粒团聚方面，丰田通过优化分散工艺来降低内阻。他们采用超声波分散电解质，并利用旋流装置处理正负极浆料，从而有效避免团聚现象。相比之下，宁德时代虽然采用干法工艺，但在分散技术上投入较少，主要依靠施加高压力来弥补分散不足的问题。

(4) 对于正负极材料和电解质之间的空隙问题，丰田在电池制备过程中引入了冷间净水液压(CIP)技术进行改善。而宁德时代的等静压一体化成型工艺与丰田的方法应具有相似性。
当然了，丰田最初计划将全固态电池应用于HEV车型，主要看重的是其功率、低温性能以及循环稳定性，而对于能量密度则并无特别要求，因此并未强调采用锂金属负极。相比之下，宁德时代则选择使用锂金属作为负极，以提升电池的能量密度，尽管这一选择带来了更高的技术挑战。

目前，国内硫化物全固态电池的开发思路在很大程度上受到了日本丰田等企业的启发，因此在推进过程中需要谨慎考虑相关专利风险。至于哪家企业能够率先实现规模化量产，尚需时日来揭晓答案。

值得一提的是，无论是丰田、日产，还是国内众多电池企业，都已将2027年定为全固态电池商业化的关键节点。让我们共同期待这一天的到来。

此外，宁德时代CEO曾毓群在2024年3月接受英国《金融时报》采访时曾坦言，尽管全固态电池在耐久性和安全性方面仍需完善，但公司并未将其作为主要发展方向。相比之下，宁德时代更专注于钠离子电池和凝聚态电池的研发与生产。其中，凝聚态电池的能量密度高达500Wh/kg，已引起业界广泛关注。

然而，就在短短两个月后，宁德时代首席科学家吴凯在重庆CIBF上大谈全固态电池的进展，并计划于2027年左右实现小规模商业化。这一转变背后的动力何在，无疑值得我们深入思考。

同时，美国方面也传来消息，自2024年起对中国进口电动汽车加征100%关税，对车用锂离子电池加征25%关税。这样的政策调整能否有效保护美国本土电池产业，并在全固态电池领域实现反超，尚需时间来观察。