固態(tài)電池是一種電池科技。與現(xiàn)今普遍使用的鋰離子電池和鋰離子聚合物電池不同的是，固態(tài)電池是一種使用固體電極和固體電解質(zhì)的電池。由于科學(xué)界認(rèn)為鋰離子電池已經(jīng)到達(dá)極限，固態(tài)電池于近年被視為可以繼承鋰離子電池地位的電池。固態(tài)鋰電池技術(shù)采用鋰、鈉等制成的玻璃化合物為傳導(dǎo)物質(zhì)，取代以往鋰電池的電解液，大大提升鋰電池的能量密度，其能量密度是鋰離子電池的2倍。

市場預(yù)計(jì)，自2021年起固態(tài)電池技術(shù)研發(fā)有望取得突破性進(jìn)展，在成本、能量密度和生產(chǎn)過程等方面進(jìn)一步趕超鋰離子電池技術(shù)。目前日本就宣稱固態(tài)電池研發(fā)成功, 可為新能源汽車提供高達(dá)1000公里里程續(xù)航。有行業(yè)分析樂觀稱，至2030年固態(tài)電池將是電動汽車電池的主流，鋰離子電池將不再是電動汽車電池的主流，但鋰離子電池在某些電子原件領(lǐng)域仍有一席之地。

相較傳統(tǒng)鋰離子電池，固態(tài)電池具有四大優(yōu)勢

優(yōu)勢一 輕。使用了全固態(tài)電解質(zhì)后，鋰離子電池的適用材料體系也會發(fā)生改變，其中核心的一點(diǎn)就是可以不必使用嵌鋰的石墨負(fù)極，而是直接使用金屬鋰來做負(fù)極，這樣可以明顯減輕負(fù)極材料的用量，使得整個(gè)電池的能量密度有明顯提高。

優(yōu)勢二 薄。傳統(tǒng)鋰離子電池中，需要使用隔膜和電解液，它們加起來占據(jù)了電池中近40％的體積和25％的質(zhì)量。而如果把它們用固態(tài)電解質(zhì)取代（主要有有機(jī)和無機(jī)陶瓷材料兩個(gè)體系），正負(fù)極之間的距離（傳統(tǒng)上由隔膜電解液填充，現(xiàn)在由固態(tài)電解質(zhì)填充）可以縮短到甚至只有幾到十幾個(gè)微米，這樣電池的厚度就能大大地降低——因此全固態(tài)電池技術(shù)是電池小型化，薄膜化的必經(jīng)之路。

優(yōu)勢三 柔性化的前景。即使是脆性的陶瓷材料，在厚度薄到毫米級以下后經(jīng)常是可以彎曲的，材料會變得有柔性。相應(yīng)的，全固態(tài)電池在輕薄化后柔性程度也會有明顯的提高，通過使用適當(dāng)?shù)姆庋b材料（不能是剛性的外殼），制成的電池可以經(jīng)受幾百到幾千次的彎曲而保證性能基本不衰減。

優(yōu)勢四 更安全。傳統(tǒng)鋰電池可能發(fā)生以下危險(xiǎn)：（1） 在大電流下工作有可能出現(xiàn)鋰枝晶，從而刺破隔膜導(dǎo)致短路破壞 （2）電解液為有機(jī)液體，在高溫下發(fā)生副反應(yīng)、氧化分解、產(chǎn)生氣體、發(fā)生燃燒的傾向都會加劇。采用全固態(tài)電池技術(shù)，以上兩點(diǎn)問題就可以直接得到解決。

不過，固態(tài)電池雖然將實(shí)現(xiàn)電解質(zhì)全固態(tài)及負(fù)極金屬鋰的蛻變，但電導(dǎo)率，安全性，穩(wěn)定性及高成本等問題仍需解決。總的說來，隨著固態(tài)電池技術(shù)路線逐步發(fā)展之際，行業(yè)分析普遍認(rèn)為高鎳正極，碳酸鋰，硅碳負(fù)極等領(lǐng)域企業(yè)將因固態(tài)電池而產(chǎn)生新機(jī)遇，而電解液及隔膜企業(yè)將因此產(chǎn)生沖擊。

從電解質(zhì)上看二者的主要差異
1、能量密度不同  鋰離子的電解質(zhì)是液態(tài)的，以凝膠體、聚合物的形式存在，讓電池的重量難以下降。固態(tài)電池的整體結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)鋰離子電池相似，充放電方式也大同小異，但因?yàn)闆]有液體，所以電池內(nèi)部更緊密，體積更小，能量密度增加。

2、充電速度不同  固態(tài)電池的充電速度比鋰離子電池快。
3、壽命不同 鋰離子電解質(zhì)會腐蝕電池的內(nèi)部組件，充放電的過程也會產(chǎn)生晶枝（dendrites），降低電池的容量、性能與壽命。固態(tài)電池沒有腐蝕性的問題，壽命更長。
4、熱穩(wěn)定性不同  鋰離子電解質(zhì)也具有可燃性，在高溫下不穩(wěn)定，有熱失控的問題，若發(fā)生車禍，可能會導(dǎo)致嚴(yán)重火災(zāi)。電解質(zhì)在低溫也容易凍結(jié)，降低電池的續(xù)航力。固態(tài)電池具有熱穩(wěn)定性，也不會在低溫凍結(jié)，對生活在中高緯度的使用者，這能確保電動車的續(xù)航力。
5、成本不同  固態(tài)電池成本高昂且不易量產(chǎn)。

固態(tài)電池成熟量產(chǎn)所面臨的難題

從一窺日產(chǎn)汽車實(shí)驗(yàn)室，就可以想象通往固態(tài)電池的道路將是多么漫長和艱難。日產(chǎn)汽車負(fù)責(zé)創(chuàng)新電池生產(chǎn)工藝的副總經(jīng)理Kenzo Oshihara說，目前這個(gè)實(shí)驗(yàn)室每月只能生產(chǎn)大約50個(gè)這樣的四層電芯。Oshihara估計(jì)，一輛電動車就需要大約5000個(gè)這樣的電芯。“要在這個(gè)試制房間里為汽車制造電池還需要很長時(shí)間。大規(guī)模生產(chǎn)的設(shè)備必須更加精密。”O(jiān)shihara補(bǔ)充說。

更大的挑戰(zhàn)在于技術(shù)和制造。目前，日產(chǎn)汽車仍在尋找陰極和陽極的正確化學(xué)材料。該公司與美國國家航空航天局（NASA）有合作關(guān)系，可以在NASA龐大的電池?cái)?shù)據(jù)庫中搜索有效的材料組合。利用人工智能篩選方式，日產(chǎn)汽車相信它可以將研究時(shí)間縮短一半以上，從5到20年縮短到2到3年。Kazuhiro Doi說，日產(chǎn)汽車還在專注于無鈷陰極化學(xué)成分，可能會使用硫或錳，因?yàn)檫@些材料相對豐富且價(jià)格低廉。在陽極方面，日產(chǎn)汽車考慮硅基或鋰金屬化合物。

精度高于一切 下一步，是制造這些電池的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)。首先，漿液必須攪合得很細(xì)，必須把所有的結(jié)塊都清理出來，以[敏感詞]限度地提高電池的導(dǎo)電性。陰極－電解質(zhì)－陽極層需要[敏感詞]精確地排列。在此過程中，日產(chǎn)汽車必須完善如何將所有這些程序提升到大規(guī)模量產(chǎn)的狀態(tài)。“這一切都與精度有關(guān)，但精度與成本和速度有關(guān)。”Kazuhiro Doi說，“與傳統(tǒng)的鋰離子電池相比，這是一套復(fù)雜得多的工藝。” 日產(chǎn)汽車表示，它已經(jīng)克服了一些障礙。陰極上采用了粘合劑，降低電阻的同時(shí)，改善了鋰離子的移動。工程師們還發(fā)現(xiàn)了一種材料，可以抑制會導(dǎo)致電池短路的枝晶形成。他們還發(fā)明了一種設(shè)計(jì)，使得電解質(zhì)和電極層重復(fù)擴(kuò)張和收縮而不分離。更重要的是，該團(tuán)隊(duì)表示，他們已經(jīng)破解了在低溫下快速充電的秘訣。

自主研發(fā) 盡管有越來越多的初創(chuàng)公司和供應(yīng)商試圖進(jìn)入固態(tài)電池領(lǐng)域，但日產(chǎn)汽車認(rèn)為，單干和自主研發(fā)比合作更有優(yōu)勢，至少在初期階段是這樣。在談到外部供應(yīng)商時(shí)，Kazuhiro Doi表示：“他們沒有成熟的技術(shù)，無法與我們這樣的汽車制造商合作。”日產(chǎn)汽車希望控制電池設(shè)計(jì)和制造等領(lǐng)域的技術(shù)訣竅，而不一定是原材料本身的化學(xué)成分。“這將是我們競爭力的來源。”他說。但日產(chǎn)汽車只有幾年的時(shí)間來解決這個(gè)問題，并在2028年之前實(shí)現(xiàn)成本目標(biāo)。該公司希望通過使用更便宜的材料和簡化生產(chǎn)流程來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。“當(dāng)然，我們目前談?wù)摰氖茄邪l(fā)過程，所以沒有百分之百的信心。但只要我們努力，我們就可以做到。”Kazuhiro Doi說。

固態(tài)電池≠全固態(tài)電池

我們注意到自2021年起東風(fēng)、蔚來都先后發(fā)布過自家采用了“固態(tài)電池”及新能源車的示范運(yùn)營項(xiàng)目。但后來被業(yè)內(nèi)分析為這些也并非完全意義上的固態(tài)電池，而是一種半固態(tài)電池。更為準(zhǔn)確的說法，是固液混合鋰離子電池。與三元鋰電池相同，這一電池的正負(fù)極材料同樣為三元材料和石墨，只是電解質(zhì)為固液混合。而全固態(tài)電池，電解質(zhì)全部為固態(tài)。

換句話說，宣傳未免有打“擦邊球”的嫌疑。事實(shí)上作為一項(xiàng)還未成熟的新技術(shù)，固態(tài)電池在宣傳話術(shù)上似乎還缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。

2021年4月時(shí)，寧德時(shí)代董事長曾毓群曾公開表示，“3-5年內(nèi)能做到車?yán)锏模疾皇侨虘B(tài)電池”。豐田、大眾、日產(chǎn)等車企發(fā)布的研發(fā)進(jìn)程也證明了這一點(diǎn)。以豐田為例，作為全世界擁有最多固態(tài)電池專利的企業(yè)，在一再推遲量產(chǎn)時(shí)間之后，最近，豐田將固態(tài)電池的量產(chǎn)時(shí)間定在了2025年。而此前，中國電動汽車百人會副理事長歐陽明高也曾直言，中國的固態(tài)電池技術(shù)與日本最少相差五年，到2030 年中國固態(tài)電池的商業(yè)化應(yīng)用規(guī)模才能達(dá)到 1% 左右。

全固態(tài)電池，“比登月還難”

作為公認(rèn)的下一代電池技術(shù)，固態(tài)電池在提升續(xù)航能力、縮短充電時(shí)間、減少起火風(fēng)險(xiǎn)、降低車輛成本方面擁有其他技術(shù)路線無可比擬的優(yōu)勢：

例如，在能量密度方面，液體鋰離子電池[敏感詞]只能達(dá)到300Wh/kg，而固態(tài)電池可以輕松做到400Wh/kg，甚至500Wh/kg； 

在成本上，目前的液體鋰離子電池平均每千瓦時(shí)100至150美元，而日產(chǎn)曾表示，到 2028 年，固態(tài)電池將使電池包的成本降至每千瓦時(shí)75美元，甚至65美元以下。

“電動車的競爭最終將成為電池的競爭”，固態(tài)電池的廣闊前景也使得不少當(dāng)下相對落后的海外車企將這一技術(shù)作為了彎道超車的發(fā)力點(diǎn)，紛紛加大了在這一領(lǐng)域的投資：大眾集團(tuán)投資了固態(tài)電池企業(yè)Quantum Scape；寶馬、福特、現(xiàn)代投資了Solid Power；奔馳、Stellantis則投資了Factorial Energy。

不過，盡管企業(yè)們對固態(tài)電池的研發(fā)付出了大量真金白銀，但這一技術(shù)在短期內(nèi)卻似乎沒有突破的可能。以至于有行業(yè)人士調(diào)侃稱，“固態(tài)電池比登月還難，登月都成功了，固態(tài)電池的長征不知到何時(shí)”。于是，在不放棄這一路線的同時(shí)，也有不少企業(yè)將目光放到了半固態(tài)電池（固液混合鋰離子電池）上，選擇將這一過渡技術(shù)率先進(jìn)行量產(chǎn)。而半固態(tài)電池也擁有固態(tài)電池的部分優(yōu)點(diǎn)。以贛鋒鋰業(yè)的[敏感詞]代固態(tài)電池為例，其能量密度在與三元鋰電池相當(dāng)?shù)耐瑫r(shí)，

安全性也相對更高。

孚能科技董事長王瑀就曾直言，“誰也不愿意在生產(chǎn)電池過程當(dāng)中有隱患，用了半固態(tài)電池，你的工廠再不會出現(xiàn)起火的問題。”此外，從孚能科技、贛鋒鋰業(yè)、衛(wèi)藍(lán)新能源等多個(gè)電池企業(yè)發(fā)布的數(shù)據(jù)來看，有望在2022及2023年量產(chǎn)的半固態(tài)電池，能量密度還能更進(jìn)一步達(dá)到360 Wh/kg左右。

當(dāng)然，這也并非意味著半固態(tài)電池已經(jīng)是當(dāng)下動力電池領(lǐng)域的完美解決方案。它面臨的[敏感詞]問題在于成本上較磷酸鐵鋰電池、三元鋰電池等成熟的技術(shù)路線仍然沒有優(yōu)勢。對于當(dāng)下的電池企業(yè)來說，生產(chǎn)半固態(tài)電池，就必須要進(jìn)行工藝設(shè)備的改造，而這也意味著成本的大幅增加。

對此，蜂巢能源董事長兼CEO楊紅新認(rèn)為，雖然目前半固態(tài)電池量產(chǎn)的技術(shù)問題可以解決，但是大規(guī)模商業(yè)化，還有相當(dāng)?shù)牟淮_定性。在楊紅新看來，未來十年，動力電池的主流還會是三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池。

從一些電池企業(yè)發(fā)布的規(guī)劃來看，從2022年開始，半固態(tài)電池將逐步走向市場：

據(jù)贛鋒鋰業(yè)透露，除已經(jīng)裝車的[敏感詞]代固態(tài)電池外，能量密度將達(dá)到360Wh/kg的第二代固態(tài)電池在2021年一季度也已經(jīng)完成了B樣開發(fā)，2022年一季度將完成C樣開發(fā)，2023年一季度完成SOP階段；

國軒高科表示，其半固態(tài)電池預(yù)計(jì)將在2022年四季度開始小批量量產(chǎn)裝車，在2023年實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化；

蔚來的固態(tài)電池供應(yīng)商衛(wèi)藍(lán)新能源也曾透露，其研發(fā)的高安全車用固液混合動力電池2022年下半年就會給客戶提供批量驗(yàn)證；

而接下來，半固態(tài)電池和三元鋰電池、磷酸鐵鋰電池哪個(gè)將成為主流，市場的檢驗(yàn)即將開始。

當(dāng)然半固態(tài)電池也有著自身的缺點(diǎn)，最直觀的就是制造成本較高。相比傳統(tǒng)液態(tài)電池，半固態(tài)電池制造工藝更復(fù)雜，所使用的液態(tài)鋰價(jià)格也更高，所以在制造成本上也明顯高于傳統(tǒng)液態(tài)電池。這就導(dǎo)致半固態(tài)電池目前只能使用在價(jià)格較高的高端車型上，普及的難度較大。此外，因?yàn)榘牍虘B(tài)電池內(nèi)阻較大，在充電過程中會造成能量的損失，再加上本身能量密度高，所以用戶花在充電上的時(shí)間也會大大增加。

雖然目前半固態(tài)電池才剛剛批量進(jìn)入市場，且自身存在著一定的缺點(diǎn)，但各動力電池企業(yè)對它都非常看好的。除了上面我們提到的國軒高科和衛(wèi)藍(lán)新能源外，贛鋒鋰電、寧德時(shí)代、孚能科技等動力電池企業(yè)都有自己的半固態(tài)電池產(chǎn)品。而且除了半固態(tài)電池外，像固態(tài)電池、鈉離子電池、氫燃料電池等新型電池，都是當(dāng)下各動力電池企所研發(fā)的新方向。當(dāng)下以三元鋰和磷酸鐵鋰電池為主的新能源市場局勢并不會持續(xù)太久，半固態(tài)電池半固態(tài)電池為代表的各款新型電池將會很快以百花齊放的姿態(tài)占領(lǐng)市場。

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