2023 固態電池開啟新“軍備競賽”

這兩周，關于固態電池的新聞不少。

日產表示已經成功開發出全固態電池，預計2025年試生產，2028年正式生產一款固態電池的電動汽車；贛鋒宣布搭載自家電池的固態純電SUV將要在今年上市；高樂股份發公告正式量產2GWH固態電池項目......種種消息令人感覺固態電池商業化的腳步越來越近了。

同時，股市固態電池板塊大爆發，強勢吸睛。珈偉新能、山東章鼓、新綸新材、金龍羽、豪鵬科技等出現漲停，贛鋒鋰業收漲超6%，翔豐華漲超12%，上海洗霸，短短兩周內股價更是上漲近7成。

有人開玩笑地說，固態電池接過ChatGPT的火炬棒成為新的上位者。

“能量悍匪”

為啥固態電池這么火呢。

究其原因，繞不開液態電池的幾個不容忽視的瑕疵：第一，安全性沒有100%的解決；第二，冬天續航顯著下降，嚴重的里程焦慮；第三，充電耗時，還不能夠快充。

固態電池把容易燃燒的液態電解質換為不易燃燒的固態電解質，首先把安全性能提升上來了。

去掉了液體電解質和隔膜，儲能空間變大，能量密度的提升也很顯著，相比傳統鋰電池 250Wh/kg 的能量密度，NASA聲稱其研發的固態電池能量密度已經逼近 500Wh/kg，幾乎相當于前者的兩倍。同時，工作溫度變得更寬了，固態電解質耐熱極限都在400℃以上，顯著高于液態電池隔膜160℃的耐熱極限。

還有一項數據，關于固態電池的續航、快充和使用壽命。美國QuantumScape公司曾公布，他們研發的固態電池未來量產后最高續航達到2000公里，15分鐘可以充滿80%，使用壽命超過100萬公里。

簡而言之，戰斗力持久，回血快，壽命長。你說，這樣強悍的性能表現，誰不心動。

“曲線救國”的半固態

當然地指出，上面部分數據源于實驗室，等落實到規模化量產，這個過程還需要很長的時間。

具體是卡在什么地方呢？

一方面，全固態電池還有一些技術難點有待突破。

咱們可以粗略打個比方，把兩塊冰相碰，它們內部物質的接觸程度肯定不如混合兩杯水時充分。固態電解質就存在這個問題，它的離子電導率遠低于液態電解質，反映在電池上，就是內阻增大、倍率性能變差等。現在的固態電池普遍是高能量密度低倍率的，商用上許多密度360Wh/kg的產品，最大放電倍率只有3C，標稱充電倍率好像是1C—1.5C，這樣的功率基本上帶不動高性能車的發動機。

此外，研究發現固態電池鋰枝晶可能會折斷，導致“死鋰”情況發生，降低電池容量。金屬鋰循環過程中出現多孔，體積無限膨脹。

另一方面，成本高也是制約全固態電池商業化的因素。有很多人吐槽咱們現在用的液態鋰電池貴，可你知道全固態電池的成本價格嗎，是它的四倍。

但這也難不倒電池企業。具體解決辦法就是在固體之間摻一點液體，通過在全固態電池內部添加部分電解液來改善界面做成半固態電池。這樣一來，半固態電池就成為液態電池向全固態電池過渡的產品。

國內的贛鋒、清陶能源、蜂巢能源等企業目前推出的產品本質上都是半固態電池。

半固態電池工藝流程跟液態電池還是很接近的，對隔膜、電解液的需要仍然存在，只是一些與固態電解質有關的關鍵工藝環節，材料和操作方式。但到全固態階段，將會告別隔膜與電解液環節，逐步取代現有體系。巧合的是，鋰電隔膜龍頭恩捷股份近日來股價走勢較為低迷。

工藝容易操作是半固態電池的一個優點，另外液態電解液減少之后，電池安全也得到改善。但若是從技術角度講，半固態對于能量密度提升的幫助有限。

固態電解質是核心

決定固態電池性能的核心關鍵是固態電解質，它們現在有三類——聚合物、氧化物、硫化物。當然，它們各有優劣。

其中，高能聚合物體系還停留在實驗室階段，較少被討論到。

目前比較主流的是氧化物體系，它的電導率適中，相對便宜，所以發展步調也最快。不過從性能而言，硫化物體系潛力最高，最有可能成為未來商用的終極技術路徑。它的離子導電率可以做到液態差不多的水準，并且本身材料比較軟，跟負極接觸更充分，但是價格貴些，以及生產過程中容易產生硫化氫有毒氣體。

國外其實對固態電池的研究起源更早。

日本較早進行布局，期望在固態電池方面實現彎道超車。如豐田，2010-2014年就出現了一波專利申請的熱潮，研究方向聚焦在硫化物體系固態電解質。豐田、松下、京都大學、日本理化學研究院等38家汽車、電池、材料企業和科研機構聯合，計劃到 2030 年前后將固態電池組每千瓦時的成本降至鋰電池的 30％。

韓國擁有領先技術的三星 SDI 和 SK電池企業也選擇聯合研發固態電池。

BBA等歐美車企采取投資 Solid Power、Solid Energy Systems、Ionic Materials 、Quantum Scape 等初創公司的方式，期望從中獲得技術儲備，謀求在固態電池領域翻盤。如寶馬，除了自建電芯研發中心，另一方面也積極和 Solid Power 合作，有望于 2026 年實現固態電池突破和量產。

國產全面提速

國外公司布局雖早，但在量產能力、產業鏈成熟度、新技術使用意愿及需求方面還是國內更有優勢，產業化應該更快。

我國政府一直很關注固態電池，在新能源汽車產業規劃中，提出希望到2030年，國內液態電解質可以演變為固態。

各大企業也在你追我趕，以一種迅猛的勢頭全力沖刺。

像國內的贛鋒走的是氧化物厚膜路線，它和孚能科技都已有中試生產線；清陶能源主攻氧化物體系，蓄力研發聚合物與硫化物體系。寧德時代也堅持全固態方案，目前蓄力在硫化物體系的研究上。

2022 年，搭載半固態電池的車型陸續推出，如蔚來發布 ET7、東風發布 E70、嵐圖發布追風。據估計2024~2025 年半固態電池會迎來突破進展。而寧德時代等企業表示，全固態電池預計在2030 年實現商業化應用。未來，固態電池也會在高端應用市場大顯身手，例如無人機、醫用等領域，由此再慢慢向動力及消費電池領域擴展。

每次市場蛻變，都會有一波企業迎來機遇。上游諸如聚焦氧化物固態電解質的如上海洗霸、東方鋯業、三祥新材；硫化物固態電解質的如云南鍺業；添加劑方面的如瑞泰新材；負極材料里面的如硅寶科技、翔豐華；中游的如贛鋒鋰業、寧德時代、金龍羽、高樂股份、德爾股份、孚能科技等企業，市場前景充滿潛力。

雖然真正量產的浪潮還未來臨，但在產業提速過程中，每個節點都面臨革新。固態電池中的隔膜環節被替代，就是一個例子。舊有企業如何在趨勢中減少被淘汰的風險，值得深思。

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