以固態電池為核心的不同發展路線

由于固態電池的故事改變了人類儲能方式，誰攻克了它，就能掌握新能源動力的核心。

日韓傾舉國之力推進硫化物材料技術路線，歐洲走聚合物，而中國主要走氧化物路線，美國則是以創業公司為主，同時推進多條路線。

在實驗室里，可以用制造芯片的納米級精度設備與工藝，來制備樣品，但對大規模生產就過于昂貴了。

但如果用更便宜的手段，還能否保持高良品率，也是未知數。

未來鋰電池的主流技術路徑屬于固態電池

長期以來，續航和快充是新能源車的阿克琉斯之踵，里程焦慮是令人尷尬的［常態］。

根據國家2020年10月發布的《節能與新能源汽車技術路線圖2．0》，我國純電動汽車動力電池的能量密度，2025年目標為400Wh／kg，2030年目標為500Wh／kg。

這對于現在的液態鋰電池技術來講是困難重重。

電解質、正極等材料均沒有出現顛覆性替代的產品，沒有形成產業基礎。

隨著下游應用領域的不斷擴展和需求增長，對鋰電池行業提出了愈來愈高的要求，鋰電池技術不斷進步，向更高性能及安全性進發。

其中較為明顯的優勢有：

①固態電解質具有不易燃、無腐蝕、無揮發等特性，在安全性方面遠優于液態電池；

②能量密度更高，理論上固態電池的能量密度可以達到400－500Wh／kg，進而提升電動車輛的續航能力；

③由于固態電解質取代正負極之間的隔膜電解液，使得電池更薄、體積更小，全固態電池技術也是電池小型化、薄膜化的必經之路。

三大路徑優勢與缺點都明顯

目前主流的三種技術路徑分別是：硫化物、氧化物和聚合物。

①聚合物

聚合物最初被認為是合適的候選材料，最早實現固態電池裝車測試。

聚合物的優點是易加工，與現有的液態電解液的生產設備、工藝都比較兼容，它的機械性能好比較柔軟。

但它的缺點也十分致命，首先是電導率太低，需要加熱到60度高溫才能正常工作；

其次是與鋰金屬的穩定性較差，導致它沒有辦法適配于高電壓的正極材料，所以限定了它的能量密度。

因此，聚合物雖然是三條技術路線中最早開始推進商業化應用的，但到現在也沒有大面積鋪開。

②硫化物

硫化物三種材料體系中電導率最高的，并且電化學穩定窗口較寬（5V以上），但熱動力穩定性很差，如何保持高穩定性是一大難題。

硫化物是全固態電池中潛力最大的，諸多動力電池巨頭（豐田、LG、松下等）選擇其為主要技術路徑。

③氧化物

氧化物具有較好的導電性和穩定性，并且離子電導率比聚合物更高，熱穩定性高達1000度，同時機械穩定性和電化學穩定性也都非常好。

但氧化物的缺點是，相對于硫化物，電導率還是偏低的，這使得在性能中會遇到容量、倍率性能受限等一系列問題。

這些核心問題導致氧化物體系不大可能是全固態電池。

國內以固液混合技術路線為主

目前國內都在研發的，其實是固液混合方向，既有氧化物的固態電解質層，又有電解液浸潤，這樣能夠填充孔隙，讓它有完好的導鋰通道。

中國主要押注的是氧化物路線，中國四大頭部固態電池公司（北京衛藍、江蘇清陶、寧波鋒鋰、臺灣輝能），都是以氧化物材料為基礎的固液混合技術路線為主。

固液混合并不是一個過渡技術，它可以算是固態電池的一種，甚至如果全固態電池走不通的話，也有可能成為一個最終的解決方案，這些現在都還很難準確預測。

目前，其實不少材料能產生不錯的實驗數據，但離上車應用與規模化生產都還有很遠的距離。

固態電池的技術路徑并非絕對，不同特性能適應不同場景。

固態電池的產業化路徑

雖然固態電池概念起源較早，部分企業也很早在固態電池領域持續布局，但目前行業仍然面臨前述的諸多挑戰，現階段全固態電池產業化舉步維艱。

從行業發展策略分析，預計固態電池的發展路徑基本遵循逐步降低電解質中液體含量、由半固態向全固態進步的大方向。

電解質體系中的液體含量將逐步從25％降至0％，而負極材料將同步從現有的石墨負極逐步向鋰金屬負極過度，能量密度大幅提升，安全性能有效改善。

短期之內，由于半固態電池與現有鋰電制作工藝基本兼容，對現有產業鏈沖擊較小，預計未來2—3年其有望伴隨超長續航電動車的推出實現量產。

初創企業以衛藍新能源（氧化物）、清陶能源（氧化物）、恩能新能源（硫化物）為代表；傳統鋰電巨頭包括寧德時代（硫化物）、比亞迪（硫化物）、贛鋒鋰業（氧化物）。

蘋果想從基帶芯片中降低產品成本規模量產處于龜速爬行

相較于其他鋰離子動力電池，固態電池的技術指標比較優越，但這些數據也是實驗室里面的溫室指標。

在實際量產的過程中，仍然存在許多尚未攻克的瓶頸。

①固態電解質的離子導電率較低，充電比較慢，固／固界面接觸性和穩定性差，電解質對空氣敏感等問題。

②制造工藝復雜，生產工藝不成熟。舉例來說，制造固態電池的氧化物和硫化物電解質，屬于多孔隙的陶瓷材料，想要加工成很薄的電解質很困難，稍有不慎就會斷裂。

③全固態電池的制備工藝復雜，且固體電解質較貴，現階段全固態電解質鋰動力電池的成本較高。

④現階段的固態電池多是實驗室中的溫室產品，實際落地經過測試的電池屈指可數，以現有的工藝水平和設備能力，成品的良率也無法保障，更不用說大規模的量產上市。

技術路徑差異最后落到成本頭上

固態電池的成本高昂受限于兩點：

①原材料的成本問題，例如鋰硫化物的價格是碳酸鋰的5－10倍左右；

②固態電池對于生產環境與原材料純度的要求極高，會導致對于生產設備的投資較高。

原材料成本持續飆漲，已經成為限制動力電池發展的最大攔路虎。

基于目前的情況來說，韓國研究機構SNE預計全固態電池的成本，至少會是鋰離子電池的兩倍。

①低成本固態電解質材料問題，綜合性質優異的滿足大規模應用需求的低成本電解質材料仍較缺乏。

②電解質與正負極材料的界面匹配性問題，正負極材料與固態電解質界面存在化學、電化學不兼容的問題。

③大容量電池工程化制備工藝及專用設備問題，滿足大規模工業化生產的電池制備工藝及關鍵設備有待進一步開發。

④循環過程中的界面穩定性問題，正負極材料與固態電解質存在力學不兼容，固－固界面隨循環剝離。

結尾：

無論企業是仍然堅持全固態電池路線，還是折中選擇半固態路線，固態電池的技術路線都存在不確定性。

行業內的主流觀點認為，半固態電池或許能夠在2025年左右實現大規模量產，但全固態電池完全實現商業化至少還要10年的時間。

十年的時間線發展，固態電池最終到底是不是動力電池的終極路線，也沒人能百分百確定。

部分資料參考：經緯創投：《固態電池三大技術路線爭霸，誰能穿透迷霧看到終局》，松禾資本：《鋰電池的新浪潮：固態電池的突破與創新》，腦極體：《電池革命：固態電池量產還有多遠？》，阿爾法工場研究院：《鋰電池的技術路線里，藏著下一座金礦》，C次元：《固態電池：手上“割韭菜”，口號“做大菜”》