充电6分钟续航千公里:中国固态电池如何让丰田1300项专利遇冷?

2025 年,长安汽车在深圳电池展上公开测试的金钟罩固态电池引发行业震动。

实测数据显示,搭载该电池的样车充电 6 分钟即可续航 1000 公里,能量密度达到 400Wh/kg,这一性能指标超过了丰田计划 2027 年量产的全固态电池参数。

央视网曾在 2024 年 8 月报道,中国科学院青岛生物能源与过程研究所研发的均质化正极材料,使全固态锂电池能量密度达到 390Wh/kg,循环寿命突破 10000 圈。

而据丰田官网披露,该公司自 2000 年以来已积累 1300 项固态电池相关专利,数量位居全球第一,却迟迟未能实现量产。

这家投入 730 亿日元建设量产线的日本车企,为何在固态电池竞赛中被中国企业反超?分布在青岛的实验室、上海的生产线和深圳的发布会现场,正在改写全球动力电池的竞争格局。

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2024 年,中科院青岛团队开发的锂钛锗磷硫硒正极材料,解决了传统固态电池的界面匹配难题。这种新材料的离子电导率比传统层状氧化物高出 1000 倍以上,充放电时体积变化仅 1.2%,远低于传统材料 50% 的膨胀率。

在青岛实验室的测试中,采用该材料的电池经过 5000 次循环后仍保持 80% 的容量,这意味着即使每天充放电,电池寿命也能超过 10 年。这种稳定性为量产奠定了基础,而丰田采用的硫化物电解质材料,虽然离子电导率优异,但在反复充放电后容易出现晶界开裂,导致电池性能快速衰减,这也是其量产计划多次推迟的重要原因。

2025 年第一季度,国轩高科宣布其 300Wh/kg 的准固态电池通过多车型实测,在安徽合肥的生产基地启动批量装车,该基地配备 20 条全自动生产线,年产能达 15GWh。

上汽智己 L6 搭载的 900V 超快充固态电池已实现交付,这款由上海工厂生产的电池采用干法固态电解质层一体成型技术,电芯内阻降低 40%,充电功率峰值达 400kW。

相比之下,丰田 2024 年 10 月才在日本静冈县启动全固态电池量产线的设计工作,计划 2026 年完成设备安装,2027 年正式投产,整个周期比中国企业长 2-3 年。

中国化学与物理电源行业协会数据显示,2025 年国内固态及半固态电池项目投资已达 188 亿元,涉及产能 48.3GWh,产业化进度远超预期。

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中国企业普遍采用 “半固态先行、全固态跟进” 的策略,在液态电解质中加入固态成分,平衡性能与成本。智己 L6 的电池保留 20% 的液态电解质,既解决了纯固态电池的界面阻抗问题,又控制了生产成本,使其搭载的车型售价仅比传统电池版本高 1.5 万元。

而丰田坚持押注全固态路线,其硫化物电解质需要在无氧环境下生产,仅车间净化成本就比中国半固态电池生产线高 3 倍。丰田电池有限公司社长曾坦言,全固态电池的单位成本是液态电池的 5 倍,即使量产后也难以快速降价。

这种路线差异导致中国半固态电池已实现装车,而丰田的全固态电池仍停留在实验室阶段,2024 年展示的概念车续航仅 800 公里,充电速度也未达预期。

产业链的垂直整合能力,支撑起中国固态电池的快速迭代。宁德时代在福建宁德建设的固态电解质工厂,实现从锂矿加工到电解质成品的一体化生产,将关键材料成本降低 30%。

中科院研发的均质化正极材料已在江苏南通的中试基地量产,为电池企业提供稳定供应。相比之下,丰田的硫化物电解质依赖出光兴产等外部供应商,关键原料产能受限,2025 年硫化物电解质全球供应量仅能满足 10GWh 电池生产,不足中国半固态电池规划产能的四分之一。

中国电动汽车百人会报告指出,国内已形成覆盖正负极、电解质、隔膜的完整固态电池产业链,仅电解质材料企业就超过 50 家,这种产业生态是丰田难以比拟的。

政策与市场的双重驱动,加速了技术落地进程。工信部在 2025 年工业标准工作要点中,将全固态电池纳入新产业标准化领航工程,推动建立统一的测试标准和安全规范。

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长安汽车、蔚来等车企通过 “电池租赁” 模式降低购车门槛,让搭载半固态电池的车型快速上量,2025 年上半年相关车型销量已突破 10 万辆。这种 “政策引导 + 市场验证” 的模式,使中国在半固态电池领域形成技术闭环:车企反馈的用户数据指导电池企业优化性能,如针对北方用户开发的低温固态电池,在 - 20℃环境下容量保持率提升至 85%。

而丰田受限于日本电动汽车市场规模较小,缺乏大规模实车测试数据,技术迭代速度相对缓慢。

丰田自 2000 年起累计的 1300 项固态电池专利中,60% 集中在硫化物电解质领域,但其中多数是 2010 年前申请的早期技术,部分已面临被中国企业绕过的风险。

中国科学院知识产权中心分析显示,2020-2024 年中国企业申请的固态电池专利中,85% 涉及能量密度提升和量产工艺,实用性远超丰田的基础研究专利。

在深圳电池展上,中国企业展示的固态电池无一例外通过了针刺测试,而丰田 2024 年公开的全固态电池针刺视频中,仍出现轻微冒烟现象,安全性表现不及中国产品。这种技术实用性的差距,让丰田的专利优势难以转化为市场竞争力。

通过采用陶瓷涂层替代传统金属外壳,国轩高科将半固态电池包重量减轻 15%,成本降低 8%。安徽滁州基地的连续式烧结炉使电解质生产效率提升 3 倍,单位能耗下降 40%。这些改进让中国半固态电池的单位成本控制在 1.2 元 / Wh,仅比高端液态电池高 20%,而丰田测算的全固态电池成本高达 3 元 / Wh,商业化难度显著更大。

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2025 年第一季度,国内半固态电池在新能源汽车的渗透率已达 7%,而丰田计划 2027 年量产的全固态电池,预计初期渗透率不足 1%。

中国半固态电池中仍含有一定比例的液态电解质,长期循环性能有待验证,部分用户反馈在高温环境下充电速度会下降 15%-20%。

全固态电池所需的铌、钽等稀有金属依赖进口,供应链安全存在风险。丰田虽然量产滞后,但在固态电池界面修饰、固态电解质规模化制备等基础工艺上仍有积累,其计划 2028 年推出的第二代全固态电池能量密度目标达 500Wh/kg,试图实现弯道超车。

面对未来,中国固态电池能否巩固领先优势?工信部预测 2030 年全固态电池可能实现小规模量产,但半固态电池仍将占据主流。丰田 730 亿日元的投资能否在这场竞赛中见效?当中国企业在半固态领域快速迭代的同时,是否会忽视全固态电池的长期布局?这些问题不仅关乎两家企业的市场地位,更决定着下一代动力电池的技术标准和产业话语权。

在深圳电池展的测试赛道上,中国固态电池已经跑出了领先身位,但真正的较量,才刚刚开始。

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