以固态电池为核心的不同发展路线

前言： 固态电池作为新的锂电池终结者方向，正在成为新能源汽车干掉燃油车的杀手锏。

但对于固态电池来说，无论是技术指标上的能量密度、循环寿命、安全、成本等要素，缺少哪一个，都是规模商业化路途的拦路虎。

以固态电池为核心的不同发展路线

由于固态电池的故事改变了人类储能方式，谁攻克了它，就能掌握新能源动力的核心。

日韩倾举国之力推进硫化物材料技术路线，欧洲走聚合物，而中国主要走氧化物路线，美国则是以创业公司为主，同时推进多条路线。

在实验室里，可以用制造芯片的纳米级精度设备与工艺，来制备样品，但对大规模生产就过于昂贵了。

但如果用更便宜的手段，还能否保持高良品率，也是未知数。

未来锂电池的主流技术路径属于固态电池

长期以来，续航和快充是新能源车的阿克琉斯之踵，里程焦虑是令人尴尬的［常态］。

根据国家2020年10月发布的《节能与新能源汽车技术路线图2.0》，我国纯电动汽车动力电池的能量密度，2025年目标为400Wh/kg，2030年目标为500Wh/kg。

这对于现在的液态锂电池技术来讲是困难重重。

电解质、正极等材料均没有出现颠覆性替代的产品，没有形成产业基础。

随着下游应用领域的不断扩展和需求增长，对锂电池行业提出了愈来愈高的要求，锂电池技术不断进步，向更高性能及安全性进发。

其中较为明显的优势有：

①固态电解质具有不易燃、无腐蚀、无挥发等特性，在安全性方面远优于液态电池；

②能量密度更高，理论上固态电池的能量密度可以达到400-500Wh/kg，进而提升电动车辆的续航能力；

③由于固态电解质取代正负极之间的隔膜电解液，使得电池更薄、体积更小，全固态电池技术也是电池小型化、薄膜化的必经之路。

三大路径优势与缺点都明显

目前主流的三种技术路径分别是：硫化物、氧化物和聚合物。

①聚合物

聚合物最初被认为是合适的候选材料，最早实现固态电池装车测试。

聚合物的优点是易加工，与现有的液态电解液的生产设备、工艺都比较兼容，它的机械性能好比较柔软。

但它的缺点也十分致命，首先是电导率太低，需要加热到60度高温才能正常工作；

其次是与锂金属的稳定性较差，导致它没有办法适配于高电压的正极材料，所以限定了它的能量密度。

因此，聚合物虽然是三条技术路线中最早开始推进商业化应用的，但到现在也没有大面积铺开。

②硫化物

硫化物三种材料体系中电导率最高的，并且电化学稳定窗口较宽（5V以上），但热动力稳定性很差，如何保持高稳定性是一大难题。

硫化物是全固态电池中潜力最大的，诸多动力电池巨头（丰田、LG、松下等）选择其为主要技术路径。

③氧化物

氧化物具有较好的导电性和稳定性，并且离子电导率比聚合物更高，热稳定性高达1000度，同时机械稳定性和电化学稳定性也都非常好。

但氧化物的缺点是，相对于硫化物，电导率还是偏低的，这使得在性能中会遇到容量、倍率性能受限等一系列问题。

这些核心问题导致氧化物体系不大可能是全固态电池。

国内以固液混合技术路线为主

目前国内都在研发的，其实是固液混合方向，既有氧化物的固态电解质层，又有电解液浸润，这样能够填充孔隙，让它有完好的导锂通道。

中国主要押注的是氧化物路线，中国四大头部固态电池公司（北京卫蓝、江苏清陶、宁波锋锂、台湾辉能），都是以氧化物材料为基础的固液混合技术路线为主。

固液混合并不是一个过渡技术，它可以算是固态电池的一种，甚至如果全固态电池走不通的话，也有可能成为一个最终的解决方案，这些现在都还很难准确预测。

目前，其实不少材料能产生不错的实验数据，但离上车应用与规模化生产都还有很远的距离。

固态电池的技术路径并非绝对，不同特性能适应不同场景。

固态电池的产业化路径

虽然固态电池概念起源较早，部分企业也很早在固态电池领域持续布局，但目前行业仍然面临前述的诸多挑战，现阶段全固态电池产业化举步维艰。

从行业发展策略分析，预计固态电池的发展路径基本遵循逐步降低电解质中液体含量、由半固态向全固态进步的大方向。

电解质体系中的液体含量将逐步从25%降至0%，而负极材料将同步从现有的石墨负极逐步向锂金属负极过度，能量密度大幅提升，安全性能有效改善。

短期之内，由于半固态电池与现有锂电制作工艺基本兼容，对现有产业链冲击较小，预计未来2—3年其有望伴随超长续航电动车的推出实现量产。

初创企业以卫蓝新能源（氧化物）、清陶能源（氧化物）、恩能新能源（硫化物）为代表；传统锂电巨头包括宁德时代（硫化物）、比亚迪（硫化物）、赣锋锂业（氧化物）。

苹果想从基带芯片中降低产品成本规模量产处于龟速爬行

相较于其他锂离子动力电池，固态电池的技术指标比较优越，但这些数据也是实验室里面的温室指标。

在实际量产的过程中，仍然存在许多尚未攻克的瓶颈。

①固态电解质的离子导电率较低，充电比较慢，固/固界面接触性和稳定性差，电解质对空气敏感等问题。

②制造工艺复杂，生产工艺不成熟。举例来说，制造固态电池的氧化物和硫化物电解质，属于多孔隙的陶瓷材料，想要加工成很薄的电解质很困难，稍有不慎就会断裂。

③全固态电池的制备工艺复杂，且固体电解质较贵，现阶段全固态电解质锂动力电池的成本较高。

④现阶段的固态电池多是实验室中的温室产品，实际落地经过测试的电池屈指可数，以现有的工艺水平和设备能力，成品的良率也无法保障，更不用说大规模的量产上市。

技术路径差异最后落到成本头上

固态电池的成本高昂受限于两点：

①原材料的成本问题，例如锂硫化物的价格是碳酸锂的5-10倍左右；

②固态电池对于生产环境与原材料纯度的要求极高，会导致对于生产设备的投资较高。

原材料成本持续飙涨，已经成为限制动力电池发展的最大拦路虎。

基于目前的情况来说，韩国研究机构SNE预计全固态电池的成本，至少会是锂离子电池的两倍。

①低成本固态电解质材料问题，综合性质优异的满足大规模应用需求的低成本电解质材料仍较缺乏。

②电解质与正负极材料的界面匹配性问题，正负极材料与固态电解质界面存在化学、电化学不兼容的问题。

③大容量电池工程化制备工艺及专用设备问题，满足大规模工业化生产的电池制备工艺及关键设备有待进一步开发。

④循环过程中的界面稳定性问题，正负极材料与固态电解质存在力学不兼容，固-固界面随循环剥离。

结尾：

无论企业是仍然坚持全固态电池路线，还是折中选择半固态路线，固态电池的技术路线都存在不确定性。

行业内的主流观点认为，半固态电池或许能够在2025年左右实现大规模量产，但全固态电池完全实现商业化至少还要10年的时间。

十年的时间线发展，固态电池最终到底是不是动力电池的终极路线，也没人能百分百确定。

审核编辑 ：李倩