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【摘要】

(資料圖)

固態(tài)電池與現(xiàn)今普遍使用的鋰電池不同的是：固態(tài)電池使用固體電極和固體電解質(zhì)。固態(tài)電池的核心是固態(tài)電解質(zhì)，主要分為三種：聚合物、氧化物與硫化物。與傳統(tǒng)鋰電池具有不可燃、耐高溫、無腐蝕、不揮發(fā)的特性。

固態(tài)電池指使用固態(tài)電解質(zhì)代替電解液的鋰電池。根據(jù)固態(tài)電解質(zhì)用量的關(guān)系，可以將其細分為半固態(tài)電池和全固態(tài)電池兩大類：

1）半固態(tài)電池：電解質(zhì)采用固液混合形態(tài)，電池中液體（電解液）質(zhì)量占比5-10%左右。本質(zhì)上是液態(tài)鋰電池和全固態(tài)電池的折中方案。一般將“電池內(nèi)液體質(zhì)量占比10%”作為半固態(tài)電池和液態(tài)電池的分界線。

2）全固態(tài)電池：完全使用固態(tài)電解質(zhì)代替電解液。

預(yù)計第一代半固態(tài)/固態(tài)動力電池仍將采用現(xiàn)有的三元+石墨（或硅碳）材料體系。

從液態(tài)電池向固態(tài)電池的轉(zhuǎn)化，從長期來看是電池技術(shù)發(fā)展的大趨勢。推動這一轉(zhuǎn)化的原因主要有安全性、能量密度兩點，其中安全性為短期驅(qū)動因素，能量密度為中長期驅(qū)動因素。

需要注意的是，安全性和能量密度之間也存在聯(lián)系，例如應(yīng)用金屬鋰負極后，鋰枝晶問題更加嚴(yán)重，對電池安全性也提出更高的要求。

1）熱穩(wěn)定性：即隔膜熔化導(dǎo)致正負極短路的問題。液態(tài)鋰電池隔膜材料PP/PE聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度約為140-160度，經(jīng)過涂覆處理后可提升至160-180度。但超過此溫度后，聚合物會轉(zhuǎn)化為流動態(tài)，導(dǎo)致正負極直接短路。

2）鋰枝晶：即鋰枝晶刺穿隔膜導(dǎo)致電池短路起火的問題。鋰離子在充放電過程中會部分還原，沉積在極片上形成鋰枝晶，鋰枝晶生長到一定程度將刺穿隔膜，導(dǎo)致電池短路起火。

短期來看，安全性是車廠采用半固態(tài)/固態(tài)電池的主要考量因素。液態(tài)鋰電池由于短路起火概率較高，在威脅車內(nèi)乘客安全的同時，也增加了車輛因安全問題召回的概率，為車廠帶來額外成本負擔(dān)。

目前應(yīng)用高鎳三元+硅碳負極的液態(tài)電池（例如4680）能量密度約為300wh/kg，但固態(tài)電池在應(yīng)用新型材料后，能量密度可提升至500wh/kg以上。但新型材料的電壓較高，超出電解液適配的極限，因此必須配合固態(tài)電解質(zhì)才能應(yīng)用于電池中。

各國政府近年來為實現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)，不斷收緊乘用車碳排放政策，促使車企電動化轉(zhuǎn)型。多個國家明確固態(tài)電池發(fā)展目標(biāo)和產(chǎn)業(yè)技術(shù)規(guī)劃，現(xiàn)階段發(fā)展之路明晰，2020-2025年著力提升電池能量密度并向固態(tài)電池轉(zhuǎn)變，2030年研發(fā)出可商業(yè)化使用的全固態(tài)電池。

企業(yè)層面，雖然比亞迪、蘋果等企業(yè)早早開始固態(tài)電池研發(fā)規(guī)劃布局，但多數(shù)企業(yè)直到2018年才開始投資研發(fā)固態(tài)電池。

在海外市場上，日韓企業(yè)大多在保有獨立研發(fā)團隊的基礎(chǔ)上抱團研發(fā)。日本由于較早進行固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化規(guī)劃布局，目前在全球范圍內(nèi)處于技術(shù)領(lǐng)先地位。韓國擁有領(lǐng)先技術(shù)的三大電池企業(yè)也選擇聯(lián)合研發(fā)固態(tài)電池。歐美各大車企企圖通過投資Solid Power、Solid Energy Systems、Ionic Materials、Quantum Scape等初創(chuàng)公司以獲得技術(shù)儲備，謀求在固態(tài)電池領(lǐng)域翻盤。

固態(tài)電池領(lǐng)域市場參與者眾多，車企、電池企業(yè)、投資機構(gòu)、科研機構(gòu)等在資本、技術(shù)、人才三方面進行博弈。隨著越來越多的企業(yè)加入，固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化進程不斷加速。

從液態(tài)電池到固態(tài)電池的技術(shù)迭代路徑大致遵循“固態(tài)電解質(zhì)-->新型負極-->新型正極”的順序，如下表所示：

Step1:引入固態(tài)電解質(zhì)，保留少量電解液，正負極仍為三元+石墨（或硅碳），但可能采用負極預(yù)鋰化技術(shù)提高能量密度。

Step2:用固態(tài)電解質(zhì)完全取代電解液，正負極仍為三元+石墨（或硅碳），但可能采用負極預(yù)鋰化技術(shù)提高能量密度。

Step3:在Step2的基礎(chǔ)上，用金屬鋰取代石墨負極，正極仍為三元材料。

Step4:在Step3的基礎(chǔ)上，用硫化物/層狀碳/層狀富鋰錳等材料取代正極。

全固態(tài)電池通常采用軟包的方式集成，不需注液化成。固態(tài)電池生產(chǎn)工藝需要在電極、電解質(zhì)、界面工程及封裝技術(shù)等方面進行突破，前段工序基本與液態(tài)鋰離子電池相同，中、后段工序上有區(qū)別，固態(tài)電池需要加壓或者燒結(jié)，不需要注液化成。

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本報告由研究助理協(xié)助資料整理，由投資顧問撰寫。投資顧問：于鑫（登記編號：A0740622030003）

關(guān)鍵詞： 能量密度 的基礎(chǔ)上