固态电池（一）：优势明显，各国纷纷布局，商业化应用为时尚早

    1月9日，蔚来在NIO DAY上发布了一款固态电池，其能量密度可达360Wh/kg、可使续航里程超1000公里。此举在资本市场掀起千层浪，甚至锂电池概念股也因此遭受重挫。新兴的固态电池为何物？

    固态电池是一种电池科技，与现今普遍使用的锂离子电池和聚合物电池不同的是，固态电池是一种使用固体电极和固体电解质的电池。

安全性高、能量密度高的固态电池，有望成为锂电技术制高点

    液态锂离子电池的液态电解质存在安全隐患。国家市场监督管理总局于2019年下令召回33281辆新能源汽车。由于动力电池问题，共有6217辆新能源汽车被召回，占今年新能源汽车召回总量的18.68%。动力电池是电池失控主要触发条件下的主要隐患之一。

    电动汽车安全事故中常见的是电池爆炸或自爆，其主要原因是热控制失控。电池自燃是动力电池在过充、低温或高温环境下短路而引起的。在很短的时间内，电池释放出大量热量，点燃了电池内部的电解液，最终导致电池着火。对于年产量达100万辆的新能源汽车市场，其对电池安全的需求十分迫切。尽管电池出现问题的概率不大，但是在庞大的市场基数下，电池问题也可能成为常态化。因此车厂对于安全性的要求会越来越高，选择不会起火燃烧电池可能成为车厂的一致选择。由于固体电解质替代了液态锂离子电池中的液体电解质和隔膜，避免了因电解液的不稳定而引发的事故，具有更高的安全性。

    依托现有动力电池系统，未来电池能量密度难以满足国家要求。目前，我国动力电池正极材料正在由磷酸铁锂转向三元体系、高镍三元体系发展。负极材料的产业化仍集中在石墨、硅基材料等领域。据一些电池供应商介绍，锂离子动力电池的能量密度预计在未来五年内将增加到300Wh/kg以上，但仅靠现有的三元体系很难实现350Wh/kg以上的目标。

    固态电池的高能量密度有望解决新能源汽车的里程焦虑问题。固态电池的电化学窗口可以达到5V以上，高于液体锂离子电池的4.2V，允许匹配高能正极，提高理论能量密度。由于固态电池不需要电解液和膜片，因此电池组的重量和体积将减小。

全固态电池商业化为时尚早，脚踏实地走半固态阶段

    固态电池技术的发展需要循序渐进，液态电解质含量逐渐减少，最终形成全固态电池。根据电解液的分类，锂电池可分为液体、半固态、准固态和全固态四种类型，其中半固态、准固态和全固态统称为固态电池。固态电池迭代的过程中，液态电解质的含量将从20wt%减少到0wt%，电池的负极逐渐被锂金属板替代，电池的能量密度预计将增加到500wh /kg，电池的工作温度范围将扩大三倍以上。蔚来此次发布的电池实际上是半固态电池，仍需使用电解液、隔膜，电解液含量在10%以下。固态电池将是锂电技术的制高点，而半固态电池是固态电池迭代的必经之路。

    因此市场对固态电池代替液态电池的担心为时尚早了，全固态电池商业化才刚放出哨声，但并不具备量产能力，同时市场对固态电池的需求还很低，全固态电池商业化的道路还很长。

全球全固态锂电池产业化现状

    固态金属锂电池的研究最早出现在上世纪七十年代，在接下来的40年里，固态锂电池在世界范围内得到广泛研究。后来由于固体电解质离子电导率低、界面相容性差等技术瓶颈制约了其商业化进程，20世纪末全固态锂电池的研究停滞不前。

    数据显示，在1995-2015 年期间，海外全固体锂电池领域，共申请专利 1082 项。1996-2007 年期间，液态锂电池实现商业化生产固态锂电池的研究持续低迷。2007 年后液态锂电池的技术趋于成熟，在安全性能和能量密度上的天花板也逐渐显露出来，海外主流研究机构加大对固态锂电池的研究力度。2007年，全固态锂电池的研究开发复苏。2007 年后，海外对全固态锂电池的专利申请年均复合增速达到 35.3%。

    固体电解质按体系可分为有机体系和无机体系两类。有机电解质相对简单一些，主要以PEO为主，无机体系又可以细分为氧化物体系和硫化物体系。

    日本固态电池研究体系成熟，特别是在硫化物全固态锂电池方面的研究成果较为突出。海外申请专利前10名中，日本公司占有9家，韩国公司占1家。其中日本丰田株式会社申请的专利数最多，达到218件，占总申请数的20.15%。2018年6月，日本新能源产业技术综合开发机构宣布，将于未来五年内联合学术机构和企业共同开发下一代电动车全固态锂电池。2011年法国Bolloré公司实现聚合物固态锂电池商业化。法国Bolloré制备的全固态锂电池，是国际上最早将聚合物全固态锂电池运用于电动汽车的案例，运用于市内租赁电动车中。但是，聚合物全固态锂电池的最大问题在于离子电导率低,法国Bolloré公司采用安装加热装置的方式给电池加热实现正常使用，一方面带来安全隐患，另一方面也造成成本抬升。

    国内对固态锂电池的研究起步相对较晚，不过通过企业各方合作以及高校及研究机构的不断尝试，国内固态电池研究处于世界第二梯队。2020年1月中科院成功开发出多体系硫化物固体电解质和高性能固态电池，预计全固态电池会在2020年到2025年间首批进入市场。国内锂电池产业链上涌现一批优秀的企业，比如宁德时代、赣锋锂业、中航锂电、台湾辉能等。