就歷史進程而言，小到產(chǎn)業(yè)發(fā)展，都不是一蹴而就的。新技術(shù)的應用需要很長時間才能沉淀下來。光伏、風能和鋰電池也是如此。

從長遠來看，在認知層面上，二級股票市場顯然是事后才想到的。

行業(yè)真正迎來二級市場亮點的時刻顯然落后于行業(yè)的實際發(fā)展，有代表性的公司有必要成長起來，進入二級市場的交易階段。在創(chuàng)始人、開拓者、銷售人員、定價者和追隨者的推動下，它得到了廣泛的傳播。

因此，如果你想成為一名有遠見的人，你必須時刻關(guān)注行業(yè)的發(fā)展。

 

目前，固態(tài)鋰電池的發(fā)展正處于行業(yè)破殼期。（我們常說的鋰電池是指使用液體電解質(zhì)材料的鋰電池，稱為液體鋰電池，使用固體電解質(zhì)材料的電池稱為固態(tài)鋰電池，簡稱固態(tài)電池。）

 

 

與二級市場的沉悶相比，固態(tài)鋰電池在場外資本市場的受歡迎程度不亞于液態(tài)鋰電池。每隔幾天，就會有關(guān)于重大產(chǎn)能規(guī)劃、參股和合作的報道。

例如，最近，大眾汽車集團董事會成員托馬斯·施馬爾表示，該公司將在計劃中的歐洲電池工廠和重要原材料的安全保障上花費高達300億歐元。

不僅如此，許多公司都進行了大規(guī)模投資。包括寶馬、梅賽德斯-奔馳、大眾、現(xiàn)代、豐田、本田和日產(chǎn)在內(nèi)的汽車集團都將固態(tài)鋰電池領(lǐng)域視為其下一代電動汽車的電池技術(shù)方向。

 

中國的行業(yè)領(lǐng)導者也開始推進固態(tài)鋰電池的發(fā)展。

贛鋒鋰業(yè)（002460.SZ）11月30日在投資者互動平臺表示，贛鋒固態(tài)電池已安裝在東風E70電動汽車上。

 

 

恩捷在江蘇項目中投資了13億元，用于開發(fā)固體電解質(zhì)涂層隔膜。小米和華為共同投資了半固態(tài)電池供應商威蘭新能源。

應用程序方面?zhèn)鱽砹撕孟?。蔚來的新款轎車ET7將搭載150千瓦時的半固態(tài)電池，能量密度為360Wh/kg，續(xù)航里程將超過1000公里。

這意味著能量密度在原來的基礎(chǔ)上大大提高，續(xù)航里程也得到了延長。據(jù)悉，國軒高科正在積極準備批量生產(chǎn)電池壽命超過1000公里的半固態(tài)電池。

 

固態(tài)鋰電池的競爭不僅體現(xiàn)在企業(yè)層面，也上升到政府層面的博弈。世界各國都在大力支持固態(tài)鋰電池技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)布局。

在歐洲，德國政府投資10億歐元支持固態(tài)電池技術(shù)的研發(fā)和生產(chǎn)，許多汽車領(lǐng)導者也加入了該聯(lián)盟。

此外，歐盟已聯(lián)合投資32億歐元，并從私人投資者那里籌集了50億歐元用于固態(tài)電池的開發(fā)。美國、日本和韓國都對固態(tài)鋰電池的發(fā)展提出了相應的補貼和支持政策。

 

大多數(shù)國家之所以大力推動固態(tài)鋰電池的發(fā)展，除了順應未來的發(fā)展方向外，還因為中國在現(xiàn)有液態(tài)鋰電池賽道上的地位難以動搖。

為了改變這種情況，一些政府需要領(lǐng)先一步。

 

關(guān)于固態(tài)電池的發(fā)展，中國政府此前并沒有盲目出臺相應的政策。

中國在鋰電池領(lǐng)域建立的領(lǐng)先優(yōu)勢在一定時期內(nèi)仍將享有相對較大的邊際效益。現(xiàn)有的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)考慮到了成本和落地性質(zhì)，是最合適的選擇。

然而，放緩并不意味著忽視。未來，鋰電池將不可避免地朝著高性能的方向前進，固態(tài)電池越來越成為一條確定性的發(fā)展路徑。

因此，在享受液態(tài)鋰電池行業(yè)紅利的同時，我們也必須積極開發(fā)新技術(shù)。

 

 

2020年11月，中國政府發(fā)布的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035）》明確要求“加快固態(tài)動力電池技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化”

那么，問題來了，固態(tài)電池的優(yōu)點是什么？從企業(yè)到國家，所有的努力都在固態(tài)電池的軌道上進行。

目前的發(fā)展狀況如何？我們必須知道，目前的液體鋰電池技術(shù)正在如火如荼地發(fā)展。未來前景如何？

本報告旨在解釋投資者心中揮之不去的上述問題。

 

電解液消失

為了澄清這些問題，不可避免地要對液態(tài)鋰電池和固態(tài)鋰電池的各個方面進行比較研究。

首先，兩者都是鋰電池，原理也相似，不同之處在于電池成分不同。

液態(tài)鋰電池的電流成分包括四種主要材料：正極、負極、電解質(zhì)和隔膜。固態(tài)電池的成分包括三種主要材料：正極、負極和電解質(zhì)。

區(qū)別是顯而易見的。固態(tài)鋰電池用固態(tài)電解質(zhì)取代了原來的電解質(zhì)和隔膜。

 

 

影響鋰電池推廣應用的核心要素無非是安全性、性能和成本三個方面。

首先，我們從安全開始。長期以來，現(xiàn)有的液態(tài)鋰電池在安全性方面一直受到批評。液態(tài)鋰電池的工作原理清楚地解釋了原因。

過了一段時間，它玩累了，想回家，但它沒有精力。此時，它需要充電。給它充電后，它將有能量在負極游回自己的家。

然而，回家不能拖延太久，需要快速充電，快速充電時溫度明顯升高，這使得更多的鋰離子想要回家。

然而，負極家庭中沒有足夠的床位。無家可歸的鋰離子只能睡在外面，沉淀在負極表面，逐漸形成樹枝狀鋰，樹枝狀鋰可能會刺穿電解質(zhì)，造成短路，引發(fā)事故。

 

 

想必讀者對新能源汽車起火事件并不陌生。

據(jù)統(tǒng)計，2020年新能源汽車召回45起，涉及35.7萬輛，占全年召回總量的5.3%，其中因三電系統(tǒng)缺陷召回11.2萬輛，約占新能源汽車總召回量的31.3%。

由此可見，動力電池是汽車安全的一個重要隱患。固態(tài)電池的推廣從這里開始。

 

固態(tài)鋰電池和液態(tài)鋰電池的一個明顯區(qū)別是，它們不使用易燃電解質(zhì)，而易燃電解質(zhì)往往是新能源汽車火災的主要原因。

電解質(zhì)是分階段使用的電流傳導介質(zhì)，但這并不意味著它是最佳的。其結(jié)構(gòu)原理存在溫度敏感性、產(chǎn)品在高溫下分解、腐蝕性強、易燃、易泄漏等問題。

短路發(fā)生后，由于局部溫度的大幅升高，鋰電池內(nèi)部的液體電解質(zhì)被點燃。

即使現(xiàn)階段采用添加阻燃劑和耐高溫薄膜的方法，電池的安全問題也沒有得到有效解決。

 

固態(tài)鋰電池使用不易燃的固體電解質(zhì)作為導電介質(zhì)。

最突出的優(yōu)點是安全性，它降低了電池組對溫度的敏感性，并消除了由沉淀引起的高溫和低溫問題引起的短路。通過良好的絕緣，正極和負極被有效地阻斷。

它依靠電解質(zhì)的形狀和材料，解決了可燃性問題，也帶來了低導電性和高電阻的困難。

不難理解，在液體環(huán)境中，鋰離子的運動更為平穩(wěn)，固體材料與正負電極之間的接觸不如液體材料那么緊密，快速充電性能也不好。

例如，一個瓶子裝滿了水，另一個瓶子則裝滿了紙。前一個瓶子里的空間顯然比后一個小。

顯然，電解質(zhì)的替代不僅僅是液體向固體的轉(zhuǎn)化，除了安全之外，還需要實現(xiàn)更高的容量密度增強。此時，對材料性能有了更嚴格的要求，這是對穩(wěn)定性、導電性、成本和技術(shù)的綜合考慮。

目前正在使用或接近商業(yè)用途的固態(tài)電池電解質(zhì)有：聚合物、硫化物和氧化物。

 

聚合物在4V及以上的工作電壓下很容易被電解，即使它們與正極和負極有良好的接觸，也很難成為一個大責任。

硫化物克服了固體電解質(zhì)導電性差的瓶頸，但具有更高的電阻。很容易與空氣、水等發(fā)生副反應，在這個過程中仍有許多挑戰(zhàn)需要克服。

氧化物性能是其中之一，憑借其綜合性能已成為現(xiàn)階段理想的材料。

由于在技術(shù)理解、掌握和發(fā)展方面的差異，技術(shù)路徑的選擇頗具爭議。

贛鋒鋰業(yè)、臺灣匯能、清陶能源等紛紛布局氧化物固態(tài)電池技術(shù)路線。

日本和韓國公司大多采用硫化物固體電解質(zhì)技術(shù)路線；中國公司大多使用氧化物路線；歐美公司有多種選擇。例如，Solid Power主要采用硫化物路線，Quantum Scape選擇了氧化物路線。

 

 

打破能量密度瓶頸

說到性能，液態(tài)鋰電池的性能并不令人滿意。

隨著新能源汽車的逐漸滲透，它們開始在假期的長途旅行中發(fā)揮重要作用。然而，性能結(jié)果非常差。今年十一月長假的一則新聞很好地說明了這個問題。

據(jù)《中國財經(jīng)》報道，10月1日，一名從深圳返回湖南的新能源車主在服務區(qū)為車輛充電超過5個小時。

“在這四個小時里，我甚至不敢去洗手間，因為我害怕被插隊。當時排隊的車有20多輛。算了，我至少要排三個小時的隊才能說服后面的很多車。回來?！?/p>

長期以來，電池壽命和快速充電是液態(tài)鋰電池美麗而尷尬的事實。如何提高電池壽命和快速充電能力是進一步加快滲透率的關(guān)鍵。

根據(jù)2020年10月發(fā)布的中國《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖2.0》，2025年中國純電動汽車動力電池年能量密度目標為400Wh/kg，2030年目標為500Wh/kg。

然而，目前我國三元鋰電池的能量密度正在努力突破300Wh/kg，而磷酸鐵鋰電池的能源密度上限約為180Wh/kg。

 

然而，目前我國三元鋰電池的能量密度正在努力突破300Wh/kg，而磷酸鐵鋰電池的能源密度上限約為180Wh/kg。

從這個角度來看，在目前的鋰電池技術(shù)下，僅靠高鎳的路徑很難實現(xiàn)未來的能源目標需求。即使推出了9*等更高效的電池，受材料限制，積累質(zhì)的變化也是一項真正的任務。困難的

那么，有沒有更好的解決方案來提高能量密度呢？在我們進一步研究了影響能量密度的因素后，我們找到了答案。

 

鋰電池的理論能量密度主要取決于陽極和陰極材料的克容量以及工作電壓。通過研究可以發(fā)現(xiàn)，電壓越大，能量密度就越大。

不難理解，當鋰電池工作時，電池電壓會隨著功率的降低而下降。假設其他條件不變，在相同的電流下，高壓的工作時間明顯長于低壓。

一個類比：一個更高的蓄水池可以容納更多的水，使用相同的水龍頭排水需要更長的時間。

然后，這意味著可以通過增加工作電壓來提高鋰電池的能量密度。

然而，由于目前的液態(tài)鋰電池材料和安全限制，正極和負極之間的電壓差通常在4.2V以內(nèi)。因此，使用現(xiàn)有材料很難實現(xiàn)這一點。

另一個關(guān)鍵指標是比容量（克）。顧名思義，它的意思是鋰電池材料每克含有多少毫安時。

 

比容量越大，能量密度就越高。

簡單地說，這意味著相同的重量攜帶更多的鋰離子，參與化學反應的鋰離子越多，能量就越大。然而，現(xiàn)有的用于液體鋰電池的正極和負極材料也對未來的需求構(gòu)成了一定的限制。

 

除了提高固態(tài)電池的安全性能，還打破了制約鋰電池能量密度的瓶頸。

從電壓的角度來看，未來使用金屬鋰后，負極可以有效地將電壓差提高到5V，這無疑會增加續(xù)航能力。

從比容量的角度來看，金屬鋰的比容量可以達到3860mAh/g。

這相當于為鋰離子安排了一棟五星級別墅，而現(xiàn)有的石墨只有365mAh/g，幾乎無法維持生活條件，而且他們回來晚了可能沒有泊位。兩者之間的區(qū)別一目了然。

未來，富鋰錳基材料等高比容量材料也將用于正極的開發(fā)。顯然，應用高比容量材料是進一步提高能量密度的唯一途徑。

 

技術(shù)路徑差異

這一環(huán)節(jié)往往決定成敗，如果最好的技術(shù)不能有效降低成本，那么替代只能是空談。

根據(jù)日產(chǎn)的計劃，2028年的全固態(tài)電池可以將電池組的成本降低到每千瓦時75美元（相當于約478元人民幣），并將在未來進一步將成本降至每千瓦時65美元（相當于約413元人民幣）。

然而，目前三元鋰電池的成本超過1000元/千瓦時。考慮到未來原材料短缺，降低成本的空間不容樂觀。

從這個角度來看，如果固態(tài)電池如預期發(fā)展，將會有廣闊的替代市場。然后，下一個問題是具體技術(shù)路徑的選擇。

現(xiàn)階段，固態(tài)電池仍將使用液態(tài)鋰電池的正極和負極，而不是電解質(zhì)和隔膜。那么，決定技術(shù)路徑差異的是電解質(zhì)選擇的差異。

如上所述，在目前的主要電解質(zhì)技術(shù)路徑中，由于聚合物在4V及以上的工作電壓下很容易被電解，并且需要超過室溫才能正常工作，因此即使已經(jīng)量產(chǎn)，也不是未來的技術(shù)選擇。

 

氧化物主要分為薄膜型和非薄膜型。

薄膜型主要使用LiPON（鋰磷氧化物氮）作為電解質(zhì)材料，而非薄膜型是指除LiPON之外的晶體氧化物電解質(zhì)。其中，LLZO（鋰鑭鋯氧化物）是主流。

薄膜產(chǎn)品具有優(yōu)異的性能，已被用于微電子和消費電子領(lǐng)域中相對初級和小規(guī)模的應用。

然而，薄膜電池的容量很小，通常低于毫安時水平，這在微電子和消費電子領(lǐng)域幾乎不夠。當它達到乘用車的Ah水平時，缺點就完全暴露出來了。

 

該行業(yè)試圖通過增加串聯(lián)和并聯(lián)的電池組來增加電池容量，但存在成本高和工藝困難等問題。

然而，非膜氧化物產(chǎn)品具有優(yōu)異的整體性能，目前正在流行開發(fā)。

這已成為中國公司的一個關(guān)鍵發(fā)展方向，臺灣匯能和江蘇清濤都是這一領(lǐng)域的領(lǐng)先公司。一些產(chǎn)品已經(jīng)投放市場，但也存在離子電導率低于薄膜型的缺點。

 

資本聚焦的另一條技術(shù)途徑是硫化物電池

硫化物主要包括硫代LISICON、LiGPS、LiSnPS、LiSiPS、Li2S-P2S5、Li2S-SiS2、Li2S-B2S3等，其電導率接近甚至高于有機電解質(zhì)的電導率。

同時，它具有熱穩(wěn)定性高、安全性能好、電化學穩(wěn)定窗口寬（高達5V）的特點。它在高功率和高低溫固態(tài)電池方面具有突出的優(yōu)勢。

然而，大多數(shù)硫化物材料的空氣穩(wěn)定性較差，會與水反應形成刺激性硫化氫氣體。可以說，它的發(fā)展?jié)摿κ亲畲蟮?，也是最困難的。

在生產(chǎn)過程中，需要涂層+多次熱壓和添加緩沖層來提高界面性能。

此外，不斷引進新材料。幾個月前，中國科學技術(shù)大學教授馬成團隊設計并合成了一種用于鋰電池的新型固體電解質(zhì)材料氯化鋯鋰。

據(jù)介紹，氯化鋯鋰的問世成功地將厚度為50微米的原材料成本降低到每平方米1.38美元，而在此之前最便宜的氯化物固體電解質(zhì)的相應成本為每平方米23.05美元。

據(jù)報道，每平方米10美元的原材料成本是固體電解質(zhì)具有競爭力的極限。當然，這個問題也是存在的。穩(wěn)定性差是制約其工業(yè)化發(fā)展的關(guān)鍵。該團隊目前正在努力克服這一聯(lián)系。

從固態(tài)鋰電池行業(yè)未來的發(fā)展方向來看，行業(yè)的認知沒有太大區(qū)別，基本上與液態(tài)鋰電池半固態(tài)不同；首先完成電解質(zhì)隔膜的更換，然后更換正極和負極。

 

為了解決全固態(tài)電池內(nèi)部的界面接觸問題，同時充分利用現(xiàn)有的液體鋰離子電池生產(chǎn)工藝和設備，降低制造成本。目前固態(tài)電池的技術(shù)路線是優(yōu)先發(fā)展固液混合鋰電池，逐步降低液體電解質(zhì)的含量，最終實現(xiàn)全固態(tài)鋰電池。

可以說，固態(tài)電池的工藝路線還不成熟，工業(yè)化還需要時間，降低成本之路還很長。

 

但另一方面，在資本推動、技術(shù)路徑廣闊、人才聚焦的趨勢下，預計將加速生產(chǎn)學習曲線，縮短工藝訣竅時間，工業(yè)化的到來可能超出預期。

據(jù)預測，從2020年到2030年，固態(tài)電池出貨量將迅速增長，預計2020年、2025年和2030年全球需求將分別達到1.7 GWh、44.2 GWh和494.9 GWh。預計到2030年，全球市場空間將達到1500億元。在上面

 

總結(jié)

在新能源汽車需求旺盛的背景下，動力電池的競爭尤為激烈。盡管液態(tài)鋰電池目前占據(jù)主導地位，但鈉電池、鋁電池、氫燃料電池和固態(tài)鋰電池都面臨著挑戰(zhàn)。

然而，正如百家爭鳴帶來學術(shù)繁榮一樣，各種技術(shù)路徑在儲能、商用車和乘用車領(lǐng)域也找到了自己的應用方向。

可以肯定的是，多種技術(shù)路徑的競爭有利于行業(yè)的發(fā)展，有望縮短行業(yè)的認知時間，促進行業(yè)的健康發(fā)展。