近日，蔚來汽車CEO李斌在“2020NIODay”上推出了旗艦級轎車ET7，而且宣布在2022年Q4裝備150kWh的固態(tài)電池。這也讓固態(tài)電池概念再次成為關注的焦點。

固態(tài)電池被認為是電動汽車鋰電技術(shù)的制高點，是未來擁有廣闊發(fā)展前景的動力電池。如果固態(tài)電池能夠?qū)崿F(xiàn)量產(chǎn)并具有經(jīng)濟性，那么不僅是電動汽車行業(yè)，整個汽車行業(yè)都將迎來顛覆。

固態(tài)電池的優(yōu)勢：

1、能量密度高，主流的三元鋰電池技術(shù)的能量密度上限為300Wh/kg，目前的電動車搭載的動力電池能量密度基本只有170-180Wh/kg。而固態(tài)電池的能量密度的理論上限能達到700Wh/kg，而做到300Wh/kg是很容易的事情。固態(tài)電池的能量密度基本高出液態(tài)三元鋰電池一倍。

2、質(zhì)量輕、體積小。使用固態(tài)電解質(zhì)后，固態(tài)電池的結(jié)構(gòu)與液態(tài)鋰電池已經(jīng)不同，可以直接用金屬鋰做負極，而不是像三元鋰電池一樣用嵌鋰的石墨做負極。這這樣可以明顯減輕電池的重量，也間接提升了電池的能量密度；在三元鋰電池中，需要使用電解液和隔膜，二者能占電池體積的40%。而如果用固態(tài)電解質(zhì)替代電解液，電池正負極之間的距離能夠大幅縮小，這樣可以大大減小電池的體積和質(zhì)量。

3、更安全。固態(tài)電池使用脆性的陶瓷材料，厚度下降到微米級后可以彎曲，材料會變得有柔性。同時全固態(tài)動力電池在輕、薄化后安全性也會有明顯的提高，能夠避免三元鋰電池在大電流工作時析出的鋰枝晶刺破薄膜而導致的自燃和爆炸。

目前固態(tài)電池的技術(shù)路線：

1、固態(tài)聚合物

隨著液態(tài)聚合物的發(fā)展，固態(tài)聚合物電池的技術(shù)也不斷進步，固體聚合物電解質(zhì)（SPE）由聚合物骨架和鋰鹽組成，聚合物的單體中含有O、N等原子，能和陽離子形成高分子鹽。現(xiàn)在被廣泛研究的固態(tài)聚合物電解質(zhì)（SPE）有含鋰離子的陶瓷、玻璃等無機材料。固體電解質(zhì)不需要隔膜，所以需要有一定的機械穩(wěn)定性。

最近幾年在材料分析、聚合物骨架設計調(diào)控、新型鹽、單體和粘結(jié)劑的研究方面都有了進展。目前先進的合成和加工方法、開發(fā)界面和相間層的調(diào)控技術(shù)十分關鍵，實現(xiàn)SEI和CEI層的控制對于更持久、成本低、可持續(xù)、工業(yè)化的電池生產(chǎn)過程至關重要。

2、氧化物薄膜

薄膜電池厚度可達微米等級，曾被視為醫(yī)療及穿戴市場的最佳解決方案，但其類似半導體濺鍍式生產(chǎn)工藝，設備費用高昂，對環(huán)境要求極高，因此量產(chǎn)不易且成本十分高昂。氧化物薄膜電池的量產(chǎn)商用化路程尚待觀察。

3、硫化物

硫化物體系的特點是具有較高的電導率，部分電解質(zhì)可達到接近液態(tài)電解液的量級。但缺點在于穩(wěn)定性不好。由于硫化物電解質(zhì)對正極的適配性差，而且對水和空氣高敏感，反應有可能產(chǎn)生有毒物質(zhì)，另外氧化和還原的穩(wěn)定性也偏低，導致硫化物體系制作工藝復雜、投放資源極高。

4、氧化物

氧化物包含NASICON、LISICON、Garnet等幾類無機氧化物，該體系整體的特點為較高的電化學穩(wěn)定性、機械強度、高窗口電壓，可在一般大氣環(huán)境下以相對低廉的工藝設備及廠務設施生產(chǎn)。整體的缺點在于界面問題突出，電導率相對較低，大部分體系柔性有限顯著提升了電池制造的難度。

電池企業(yè)紛紛布局固態(tài)電池

近兩年，隨著電動車行業(yè)的發(fā)展，固態(tài)電池量產(chǎn)的呼聲越來越高。國內(nèi)企業(yè)也紛紛開始投資建設固態(tài)電池生產(chǎn)線。目前市場上有固態(tài)電池技術(shù)儲備的有清陶能源、寧德時代、贛鋒鋰業(yè)、輝能科技等公司。其中布局固態(tài)電池發(fā)展規(guī)劃如下：

輝能科技：

輝能科技成立于2006年，在2013年實現(xiàn)了固態(tài)鋰電池的商業(yè)化量產(chǎn)，早期應用于消費電子領域，近年來重點布局電動汽車領域。

輝能科技同時提供固態(tài)鐵鋰和固態(tài)三元兩種產(chǎn)品方案。針對高續(xù)航的高端車型，提供兼顧安全性和能量密度的固態(tài)三元方案，針對不追求續(xù)航的平價車型，則提供固態(tài)鐵鋰＋風冷的方案，可以實現(xiàn)更簡化的設計和更低的成本，其固態(tài)鐵鋰系統(tǒng)成本可低至85美元/kWh。

在產(chǎn)能規(guī)劃及布局上，在臺灣輝能科技已經(jīng)于2017年建成了40MWh的中試線，并實現(xiàn)自動化的卷式生產(chǎn)。2019年，輝能科技與蔚來合作，為蔚來生產(chǎn)“MAB”固態(tài)電池包。2020年預計完成1GWh固態(tài)電池產(chǎn)線的試車，2021年開始量產(chǎn)，2023年全固態(tài)電池試產(chǎn)。

輝能結(jié)合車企和零部件企業(yè)在產(chǎn)業(yè)鏈上的價值分工、與地方政府的政策和資金支持、再搭配輝能的電池技術(shù)，可以籌劃建立固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)集群。預計到2025年將建成35GWh固態(tài)電池產(chǎn)能。此外，還將進一步規(guī)劃全球產(chǎn)能布局。

寧德時代：

2016年，寧德時代正式宣布在硫化物固態(tài)電池上的研發(fā)路徑。目前容量為325mAh的聚合物鋰金屬固態(tài)電池能量密度達300Wh/kg，可實現(xiàn)300周循環(huán)以容量保持率82%。全固態(tài)電池還在開發(fā)中，預計2030年后實現(xiàn)商品化。

寧德時代表示目前全固態(tài)電池還在開發(fā)中，也制作了樣品，但要實現(xiàn)商品化，恐怕要到2030年以后。

國軒高科：

2017年，國軒高科開始著手研發(fā)固態(tài)電池及固態(tài)電解質(zhì)。2018年3月，宣布半固態(tài)電池技術(shù)目前已處于實驗室向中試轉(zhuǎn)換階段。2019年，推出半固態(tài)電池的試生產(chǎn)線。預計2022年開始進行固態(tài)電池技術(shù)的迭代升級，生產(chǎn)高安全固態(tài)電池；2025年后生產(chǎn)出能量密度超過400Wh/kg、循環(huán)800次的全固態(tài)電池。

清陶新能源：

清陶新能源是國內(nèi)較早開展全固態(tài)鋰電池技術(shù)研發(fā)的團隊之一，由清華大學南策文院士團隊創(chuàng)辦，在固態(tài)鋰電池領域申報的專利已近100項。目前，清陶能源開發(fā)的全固態(tài)電池，單體能量密度可達到430Wh/kg，量產(chǎn)階段可達到300Wh/g以上。

2018年11月，清陶新能源建成的全國首條固態(tài)鋰電池產(chǎn)線正式投產(chǎn)，產(chǎn)能規(guī)模為0.1GWh，總投資1億元，已經(jīng)量產(chǎn)出第一批固態(tài)電池產(chǎn)品，目前可日產(chǎn)1萬顆電芯，產(chǎn)品主要應用于特種電源、高端數(shù)碼等領域。

2019年7月，清陶新能源年產(chǎn)10GWh固態(tài)鋰電池項目在江西省宜春市簽約。該項目將分兩期建設，總投資約55億元。其中項目一期投資5.5億元，將建設年產(chǎn)1GWh的固態(tài)鋰電池項目，計劃今年年底投產(chǎn)；項目二期投資49.5億元。

贛鋒鋰業(yè)：

2017年，贛鋒鋰業(yè)與中科院寧波材料所的許曉雄團隊合作，正式開始固態(tài)電池板塊研究。2018年，固態(tài)電池的研發(fā)取得新突破，同年8月份正式啟動2億Wh固態(tài)鋰電池中試生產(chǎn)線建設項目。

2018年6月，贛鋒鋰業(yè)第一代固態(tài)鋰電池單體容量已達到10Ah，能量密度大于240Wh/kg，可實現(xiàn)1000次循環(huán)后容量保持率大于90%，同時，電池單體具備5C倍率的充放電能力，目前電池研制品已通過第三方機構(gòu)安全檢測。

2019年1月，完成1.5億美元D輪融資，主要投資方為軟銀中國資本。2019年8月，發(fā)布2019年半年度報告，第一代固態(tài)鋰電池研制品通過多項第三方安全測試和多家客戶送樣測試。2019年11月，年產(chǎn)億瓦時級第一代固態(tài)鋰電池研發(fā)中試生產(chǎn)線已建成試產(chǎn)，不久將正式投產(chǎn)。

衛(wèi)藍新能源：

衛(wèi)藍新能源成立于2016年，目前完成了300Wh/kg以上高鎳三元正極的混合固態(tài)電池設計開發(fā)，已經(jīng)給多家國際國內(nèi)整車廠送樣測試，評價結(jié)果良好，成功通過針刺、擠壓、過充、短路等濫用試驗，循環(huán)壽命達到1200次以上。

目前衛(wèi)藍新能源在固態(tài)電池復合正極、固態(tài)電解質(zhì)、隔膜和負極等核心材料和技術(shù)方面都有深入研究并獲得了多項專利。2018年衛(wèi)藍獲得了國高新和村高新認證，也是科學院科技成果轉(zhuǎn)化的特等獎項目。

2017-2019年衛(wèi)藍新能源掌握原位固態(tài)化的工程工藝，初步完成核心技術(shù)體系，形成知識產(chǎn)權(quán)體系。2019年3月29日，衛(wèi)藍新能源固態(tài)電池一期項目落地，投資1.8億元，建成后預計形成年產(chǎn)1億瓦時固態(tài)電池的生產(chǎn)規(guī)模。

對鋰電行業(yè)的影響

蔚來本次發(fā)布的ET7所搭載固態(tài)電池其實是半固態(tài)電池，只是固液態(tài)過渡技術(shù)。半固態(tài)電池所采用的固液電解質(zhì)相較于液態(tài)電解質(zhì)提升了安全性能，但固態(tài)物質(zhì)的離子電導率低于液體，因此固液電解質(zhì)的鋰離子電導率可能會有所下降，帶來倍率性能的下降。

對于隔膜環(huán)節(jié)，半固態(tài)電解質(zhì)在有效阻隔正負極接觸方面仍有失效風險，因此仍需要隔膜。對于負極材料環(huán)節(jié)而言，硅碳負極本就是負極材料企業(yè)的技術(shù)儲備之一；對于電解液環(huán)節(jié)而言，僅是物理形態(tài)的改變，原有溶質(zhì)和溶劑技術(shù)并未發(fā)生重大改變。即使半固態(tài)電池規(guī)模化量產(chǎn)，預計對現(xiàn)有鋰電產(chǎn)業(yè)不會形成太大沖擊。

而全固態(tài)電池在理論上仍有很多難題，一是常溫下固體電解質(zhì)的鋰離子電導率低，二是固體電解質(zhì)與電極材料之間的固相界面阻抗大。此外，新技術(shù)因為材料體系的更新、生產(chǎn)工藝不成熟度原因，成本降低還需要一段時間。因此，全固態(tài)電池在倍率性能、成本等方面競爭力不強，產(chǎn)業(yè)化仍需時日。