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1】鋰離子電池及液態/固態電池歷程

自1985年鋰離子電池問世以來，大幅推進了可移動電子設備的規模化應用，不斷推動著社會朝著智能化和清潔化方向發展。從1991年索尼公司將含有液態電解質的鋰離子電池帶入電子設備的應用至今，液態鋰電池已經成為目前最為成熟、使用最廣泛的技術路線之一。

在2010年，豐田就曾推出過續航里程可超過1000KM的固態電池。而包括QuantumScape以及Sakti3所做的努力也都是在試圖用固態電池來取代傳統的液態鋰電池。

傳統的液態鋰電池又被科學家們形象地稱為“搖椅式電池”，搖椅的兩端為電池的正負兩極，中間為電解質（液態）。而鋰離子就像優秀的運動員，在搖椅的兩端來回奔跑，在鋰離子從正極到負極再到正極的運動過程中，電池的充放電過程便完成了。

鋰離子電池本身也一直在往體積小、質量輕、安全性高、能量密度高和循環壽命長等更優的方向進化，對正負極、電解質等材料體系和電池本身的形狀進行迭代。

但是當前的液態鋰離子電池體系，逐步發展到了本身材料體系所能達到的瓶頸：1）能量密度難以突破350Wh/kg的極限；有機物液態電解質帶來的安全性問題。電池服役過程中電解液的揮發、干涸、泄露等現象，影響電池壽命。液體電解質成為了鋰離子電池進一步發展最大的制約因素。

采用固態電解質代替液體電解質，有望使用更高比容量的正、負極材料，同時可徹底解決電池的安全性問題，是獲得高能量密度、安全性和長循環壽命的全固態鋰電池的根本途徑。因此固態電池將會是鋰離子電池升級的方向。

2021年1月9日，蔚來汽車發布全新150kWh固態電池包，搭載這項技術的蔚來電動車預計于2022年第四季度交付，續航里程有望超過1000公里。

2】固體電解質三大特點

全固態電池相比于液態電池，采用固態電解質取代液態電解質，是實現固態鋰電池高能量密度、高循環穩定性和高安全性能的關鍵。作為固態電池的核心組件，固態電解質主要由氧化物、硫化物、聚合物三大類。其中氧化物目前進展較快，硫化物未來潛力最大，聚合物性能上限較低。

氧化物：優點：離子電導率居中、有最好的電化學、力學及熱穩定性、可適配高電壓正極材料、可適配金屬鋰負極等。缺點：易碎、長期運行中可能會形成裂紋等。

硫化物：優點：離子電導率最高、晶界電阻小、延展性較好等。缺點：電化學窗口較窄、會與鋰金屬發生反應、易與潮濕空氣發生反應等。

聚合物：安全性好、具備良好的柔韌性和界面接觸性、易成膜等。缺點：室溫下離子電導率低。

3】液態電池的致命缺點

固態電池優勢：高安全性、高能量密度、高循環次數、溫度適應性好、電池模組設計簡化。

（低溫不是事了！從南走到北）

固態電解質電池則不存在電解質低溫凝固問題，同時高溫狀態受影響小、安全性高，因而具有更大工作溫度范圍，可達40°C~150°C，顯著優于液態電池。

4】當前難點

§ 界面接觸問題

§ 電極體積膨脹

§ 穩定性低

固態電池在充電/放電循環過程中電極體積會發生巨大變化，因此容易開裂。而液態電解質由于具有流動性，它們可以適應電極結構的微小體積變化，并緩解由此產生的應力，從而使液態電解質電池對體積變化相對不敏感。

5】固態電池的發展與材料發展密不可分

材料市場空間：正負極/電解質材料未來材料體系正極材料負極材料正極材料除了現有成熟的磷酸鐵鋰和三元材料，可選富鋰錳基材料；而負極材料方面，除現有體系廣泛應用的石墨負極，會逐步轉向硅基負極材料，未來鋰金屬憑借其極高的能量密度或將大放異彩。

碳硅負極未來已來：寧德時代麒麟電池23年4月量產首發極氪009其5C版本9月初官宣搭載理想MEGA；海外，“負極摻硅”的產業化推進同樣進展迅速：特斯拉全力推進應用硅基負極的4680電池，奔馳、寶馬、保時捷、沃爾沃等車企也在積極推進“負極摻硅”電池裝車。

6】誰在賽道上

固態鋰電池體系有著顯著優于當前液態鋰電池的安全性、能量密度等性能優勢。但當前還面臨著許多的科學技術挑戰，還需要從材料/界面/電極等層面取得技術突破。待這些難點逐一突破后，固態電池行業有望得到快速發展，使電池企業、正負極材料企業、固態電解質企業等上下游產業鏈共同受益。

a. 率先布局（半）固態電池產能的企業，如寧德時代、比亞迪、贛鋒鋰業、億緯鋰能等。

b. 正極材料領域，生產高鎳三元、富錳鋰基等企業，如中偉股份、華友鈷業、容百科技等。

c. 負極材料領域，生產硅碳、金屬鋰負極等企業，如贛鋒鋰業、貝特瑞、杉杉股份等。

d. 固態電解質領域，如杉杉股份、東方鋯業等。

7】未來不可預

若當前能源技術出現革命性突破，如核電、氫能等，或導致對鋰電池需求減少。

核能制氫技術就是將核反應堆與采用先進制氫工藝的制氫廠耦合,進行氫的大規模生產。

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