固态电池越来越受关注:能否大规模应用 赶上太阳 超越美

最近资本市场对固态电池的关注度又有所上升，与“新能源汽车产业发展规划、新能源汽车、传统电子产品”领域相去甚远。前两者增长潜力很大。

对此，光大证券认为，目前的固态电池已经进入“军备竞赛”阶段，所有企业都希望抓住机会赢得市场份额。预计2025年实现固态电池的大规模生产，2030年实现全固态电池的商业化应用。

但是业内有人给出了不同的意见。宁德时代的电池开发负责人在接受采访时坦言，宁德时代的商业化很可能在2030年后实现。现在还有很多企业无法量产，克服成本和技术问题比预想的要困难。固态电池的电解液价格仍然很高，许多进展仍处于实验室阶段。从液态锂电池到固态电池的转变不是一蹴而就的，需要经历从液态-固态-液态混合物-纯固态的转变。固态电池的产业化道路充满了困难和障碍。

固态电池是指采用固体电解质的锂电子电池，具有安全性高、能量密度提高的优点。固态电池和液态锂电池的主要区别在于中上游的电解质和阳极材料。

固态电池不含电解质，具有不燃、耐高温、不腐蚀、不挥发的特点。固态电解质的核心决定了固态电池的性能参数。使用锂金属阳极可以显著提高能量密度，可以从现有的300Wh/kg的能量密度提高到500Wh/kg，可以省去冷却系统，进一步提高能量密度。

一般来说，目前固态电池的缺点可以从三个方面来分析。第一，在工艺层面，固态电池的固-固接触面容易接触不良。把液态电解质变成固态，相当于把泡在海水里的鹅卵石用沙子包裹起来。鹅卵石和沙子缝隙大，包裹力差。第二，在加工层面，产业链缺乏环节是固态电池成本高的主要原因。固态电池的制备工艺是全新的，没有产业链。作为产品的固定成本，产业链的建立需要投入大量资金，生产门槛高。第三，在原料层面，生产氧化物固体电解质所需的薄膜LIPON量产成本高；硫化物固体电解质要求严格的生产环境，需要隔绝水和氧气；大量生产银碳层的贵金属纳米银成本高，这是固态电池成本高的另一个主要原因。以上三个缺点决定了固态电池的产业化还很遥远。

固态电池按电解质材料可分为聚合物、氧化物和硫化物三种体系。聚合物电解质属于有机固体电解质，氧化物和硫化物属于无机固体电解质。基于此，固态电池有三条技术路线，在导电性、安全性、能量密度、界面接触与稳定性、加工原材料、使用寿命等方面都有一定的差异。

聚合物固态电池在聚合物电池的加工方面具有优势。高分子材料的生产工艺与现有锂电池接近，可以最大限度利用现有设备实现批量生产。然而，在导电性、界面接触和稳定性以及能量密度方面存在缺点。聚合物固态电池的离子电导率较低，必须加热到60或85以上才能提高离子电导率，这意味着电气设备必须保持在充电和高温环境下，存在安全隐患。此外，聚合物是软的，即使固体电池可以抑制锂晶体的生长，锂晶体仍然可以穿透固体电解质

硫化物固态电池具有较高的电导率，是唯一可以超过液体电解质的固态材料，因此被认为是未来全固态电池最有可能的技术路线。但在加工原料上的劣势尤为突出；硫化物接触性好，但界面稳定性差，可与空气、有机溶剂、正负活性物质发生反应，甚至与水接触后产生难闻的H2S毒气，直接违背了固态电池安全的初衷。

目前，中国、日本、韩国、欧美有53家企业专注于固态电池的研发，其中9家专注于硫化物固态电池。各国有不同的发展重点。欧美公司偏爱氧化物和聚合物体系，日韩公司偏爱硫化物体系。相对而言，我们的固态电池起步较晚。

从行业布局来看，欧美车企对固态电池非常重视。宝马、福特、大众等大型汽车公司得到了固动力、量子景观(Quantum Scape)等大学衍生的初创企业的技术支持，奥迪、保时捷也在跟进。今年10月，固电宣布有能力小规模制备硫化物全固态电池，每周约100节电池。容量在0.25Ah以下的小电池用硫化亚铁材料，容量在24Ah以上的大电池用NCM622材料，负极用金属锂。预计2021年上线，2026年上线。Quantum Scape主要专注于1000Wh/L以上和380-500Wh/kg的高能量密度电池和快速充电技术。然而，由于显示的电池厚度和高能量密度之间的不匹配，这在行业内引起了怀疑。

值得注意的是，美国的Sakti3是全球领先的氧化物固态电池，并声称在去年12月生产了能量密度为1000Wh/kg的固态电池。但由于管理不善和技术路线问题，Sakti3已经倒闭，投资的戴森也不得不暂时放弃固态电池的后续。投资固态电池公司要警惕技术路线变化和市场竞争风险。

日本和韩国在固态技术领域起步较早。在日本，丰田早在2008年就与固态电池公司伊利卡合作，2019年初宣布与松下合作；三菱和日产紧随其后，与雷诺共同投资初创企业离子材料(Ionic Materials)，共同开发固态电池。日本也在国家战略层面给予了足够的支持。近年来，日本科技部和新能源R&D机构每年投入近45亿日元推动硫化物固态电池产业化，其在日本电力市场的渗透率预计在2025年达到50%，2030年达到95%。在韩国，LG Chem、三星SDI和SKI已经结成联盟。今年3月，三星在《自然能源》上发表了60下1000次以上循环的固体硫化物电池。负极材料为银碳复合材料，是公众数据中最好的硫化物固体电池。

中国从2000年开始努力追赶日韩，逐渐成为锂电子产业化的主流。考虑到硫化物实例导电性高、活性强、成本高、研究难度大、研究门槛高，短时间内难以取得突破性成果，国内制造氧化物全固态电池较多，注重固体电解质和正负极材料的改性。参与者包括中科院化学所、中科院青岛能源所、中科院宁波材料所等研究机构，宁德时报、赣丰锂业等电池公司，万象集团、比亚迪等汽车公司。

目前，慧能科技是氧化物电解质技术的龙头企业，首创“固体陶瓷电解质”锂电池，用压缩固体陶瓷电解质替代隔离层和电解质，解决了漏液和短路问题，增加了安全性能。中国赣锋锂业是世界上最大的金属锂生产商。2017年，还引进中科院团队进行战略布局

一位业内人士认为，中国目前仅在氧化物固态电池方面有一定优势，与欧美日韩等国家仍有较大技术差距，硫化物固态电池短期内无法追赶。此外，目前优惠政策和支持力度较弱，距离大规模生产和商业应用还有一段时间。