文章转自： JIC投资观察
人类文明不断进步，能源的应用也在不断改进，向更加安全、高效的方向发展。目前，能源应用正从化石能源不断向绿色能源过渡，电动汽车销量和保有量迅速增长，不断替代燃油车。随之而来的，是电池使用量和使用场景的空前广泛。
现阶段电动汽车、储能系统使用的大多是锂离子电池，它们能量密度较高、充电速度较快，但也存在一定的安全性等问题，且其能量密度等指标，尚不能完全满足当前需求。因此，新能源产业界正积极开发固态电池，期待它能逐渐完善，并形成对传统的锂离子电池有益的补充，甚至替代。
01密集发布，固态电池有望迈出重要一步
近日，小米宣布固态电池技术，通过将电解液替换为固态电解质，不仅能量密度突破1000Wh/L，同时可以更大幅提升低温放电性能和安全性能。小米官方称，在小米实验室环境下，固态电池相比普通电池在-20℃下放电性能提升20%以上。此外，小米称固态电池对抗针刺能力有了飞跃式改善。
今年2月，赣锋锂电发布消息称，搭载赣锋锂电三元固液混合锂离子电池的纯电动SUV赛力斯SERES-5计划于2023年上市。赛力斯官方表示，该款新车搭载的90kWh半固态电池最大续航里程为530km。年初在蔚来汽车媒体沟通会上，蔚来汽车总裁秦力洪表示，搭载150kWh半固态电池的蔚来ET7将于今年上半年推出。岚图汽车也在旗下首款轿车追光的发布会上宣布，追光搭载82kWh电池包，将成为行业首个量产装车的半固态电池。
近日，国轩高科在投资者互动平台表示，公司开发的半固态电池基于高安全和高性能优势，单体能量密度可以做到360Wh/kg，可以满足整车1000公里以上的续航里程，有望从根本上解决续航里程焦虑。目前正在加快推进产品验证，预计今年实现装车交付。
除此之外，国内的清陶能源、卫蓝新能源等企业均已公开表示公司覆盖相关产品，有多家公司预计其产品将在2023年批量交付。中创新航、孚能科技等企业也表示已布局固态电池赛道，固态电池量产已提上企业发展日程。
在国外，日产负责欧洲研发的高级副总裁David Moss表示，日产研发的全固态电池和现在的液体电解液锂离子电池相比，成本会降低50%，能量密度提高1倍，并且可提供比现在电池快3倍的充电速度。日产正在和英国牛津大学合作开发这项技术，已经从纽扣电池开发到10cm的方形电池。日产计划在2025年建立并运行全固态电池试点生产厂，到2026年完成初始技术的工程设计，然后在2028年首次应用在汽车上，逐步实现量产。
日产也并不是唯一一家致力于将固态电池推向大众市场的公司，StoreDot、SolidPower、QuantumScape、Factorial 以及其他一些大的车厂都在研究固态电池技术。
进入2023年，固态电池正在迎来大规模量产和装车上市。
02技术与政策叠加，固态电池产业化有望加速发展
2020年10月，我国发布的《新能源汽车产业发展规划（2021-2035）》提出，实施电池技术突破行动，开展正负极材料、电解液、隔膜、膜电极等关键核心技术研究，加强高强度、轻量化、高安全、低成本、长寿命的动力电池和燃料电池系统短板技术攻关，加快固态动力电池技术研发及产业化。将固态电池上升到国家政策支持的层面。
近期，国家对新能源和电池技术的鼓励政策也不断出台。《关于组织开展公共领域车辆全面电动化先行区试点工作的通知》提出，在全国范围内启动公共领域车辆全面电动化先行区试点工作。在完善公共领域车辆全面电动化支撑体系，促进新能源汽车推广、基础设施建设、新技术新模式应用、政策标准法规完善等方面积极创新、先行先试，探索形成一批可复制可推广的经验和模式，为新能源汽车全面市场化拓展和绿色低碳交通运输体系建设发挥示范带动作用。工业和信息化部等六部门发布的《关于推动能源电子产业发展的指导意见》强调，要研究突破超长寿命高安全性电池体系、大规模大容量高效储能、交通工具移动储能等关键技术，加快研发固态电池、钠离子电池、氢储能/燃料电池等新型电池。
随着国家和企业在新一代动力电池研发领域的重视和不断投入，预期未来动力电池将加速向安全、绿色、智能方向发展。
基于安全性和能量密度上的优势，固态电池已成为未来锂电池发展的一条重要路径。未来，随着技术的不断突破，行业成长曲线将获指数级增长。根据中商产业研究院预测，到2030年，中国固态电池出货量将达251.1GWh。
数据来源：中商产业研究院
根据SNE Research的测算数据预测，至2025年，我国固态电池市场有望达到30亿元，2030年有望达到200亿元。
光大证券预测，2024年至2025年，半固态电池将会率先迎来商业化转折点，实现量产或装车。后续，随着技术的进一步突破，固态电池产业化应用的时间不会太长。固态电池将优先从高端应用市场开始商业化，例如无人机、医用等领域，逐步向动力及消费电池领域扩展。
从长期来看，固态电池的主要应用场景与液态电池类似。消费电子、新能源汽车、储能等领域均为锂电池的主要应用场景，包括现在主流的液态电池，也包括固态电池。固态电池在突破产业化挑战之后将平稳快速增长。
03传统锂电发展遇到瓶颈，固态电池能否接力
目前新能源市场热度持续上升，但当下主流的液态电池普遍遇到了性能瓶颈，即使目前主流车企使用的能量密度较好的三元锂电池，受到电解液和材料本身上限的限制，其能量密度也难超过300Wh/kg这一液态电池的极限。
当前常用的电池正负极材料的实际能量还比较低，电解液等材料限于本身材料特性，其安全性较差。现阶段传统液态电池的电解液都属于易燃物，在受到剧烈冲击或者电池温度过高时容易发生燃烧，造成电池起火等安全事故。
结合目前锂电池的天花板，新能源汽车在接下来的发展中，还是要解决动力电池的一些问题，以不断接近和超越目前燃油车的一些性能，让车辆续航更持久，低温表现更好，更安全。
为了解决目前锂电的安全性、能量密度和快充等问题，并在其中找到合适的平衡点，各大车企以及电池企业的研发人员除了持续对现有液态电池进行技术攻关和工艺改进外，还将目光投向了固态电池。希望借助固态电池的固有特性，在现有条件下，找到更优的平衡点，从而提高电池安全性和能量密度，解决目前动力电池仍面临的一些问题，或者做出优化。
据相关研发人员介绍，理想状态下全固态锂电池的能量密度可达现有液态电池的2-3倍，相比现在的液态电池，能量密度和续航能力成倍提升。
固态电池，顾名思义，是将液态电池的电解液与隔膜替换成固态电解质。理论上，由于没有了液态电解液，电池包的保护系统、冷却系统、电池管理系统等均可得到简化。
锂金属固态电池结构更简单，采用的材料更少，这为进一步简化生产工艺流程提供了空间。因此，从材料和固定资产投入成本看，当固态电池有能力进行量产时，有望进一步降低电池生产成本，以更低的电池成本获得更高的电池效率平衡点。
与传统液态电池相比，固态电池在一些方面拥有较大优势，比如：
- 能量密度高。
- 可达到目前三元锂电池两倍至三倍的能量密度。也就是说，同等条件下，在实际使用中可实现双倍的续航里程。例如卫蓝新能源推出的半固态电池，能量密度360Wh/kg，或可实现单次充电续航1000公里。而全固态电池理论上能量密度更高，大大提高了目前锂电能量密度的上限，以为新能源汽车提供更长的续航或者更轻的车重。
- 安全性能好。
- 固态电解质替代液态电解质，不会造成电解液的渗漏，出现内部短路。固态电解质也能更好的抑制锂枝晶，对锂金属具有化学稳定性。
- 循环寿命强。
- 锂离子电池使用固态电解质后，解决了液态电解质在充放电过程中形成的SEI膜的问题，以及抑制了锂枝晶的出现，从而提升了锂离子电池的循环充放电次数和使用寿命。同时因为电解质为固态，一定程度解决了电池在低温时续航下降的问题。
但是，固态电池技术路线也存在一些固有的或者亟待技术解决的问题。固态电池无论使用聚合物、氧化物还是硫化物材料技术路线，其电导率均与传统液态电解质存在较大差距。虽然在这方面也已经有了一些研究和突破，但尚在研究和试验阶段。
电极与电解质接触的界面，传统液态电解质与正、负极的接触方式为液-固接触，界面润湿性和接触性良好，界面之间产生的阻抗较低。而固态电解质与正负极之间以固-固界面的方式接触，接触面积小，接触紧密性较差，电解质、电极两者之间的有效接触能力较弱，从而导致锂离子在界面之间的传输受阻，界面阻抗较高。
离子电导率低，界面阻抗高，使得锂离子在固态电池内部传输效率低，直接影响电池的续航和快充，尤其快充性能。这些也是固态电池技术尚未实现商业化的重要技术限制，各国也因此在不同的电解质材料技术路线上不断探索和创新，以试图进一步降低固态电池这种特性带来的负面效应。
04理想与现实，技术创新还有很长的路
固态电池从提出到发展到现在，已经过了很多年，但却一直未能打破技术瓶颈，在实验研发阶段的路上走了很长一段时间。从目前全球各相关企业的研发进度，以及已宣布的量产计划来看，业内普遍认为，固态电池量产时间大约在2025年左右，且真正得到市场验证还需要时间。
依据液态电解质含量，锂电池可分为液态、半固态和全固态四大类，其中半固态和全固态目前都经常被宽泛的称为固态电池。液态电池向固态电池的迭代过程中，液态电解质含量不断降低，直至降至0。随着从纯液态向纯固态电解质的这一过程，电池能量密度会相应的提高，电池工作的温度范围也将随之扩大。
未来动力电池发展的一条非常重要的技术路径即为固态电池，其拥有着对三元锂和磷酸铁锂能量密度成倍提升的优异性能，在安全性方面更享有得天独厚的优势。但因业内共识认为固态电池量产还需一段时间，所以现阶段，半固态电池成了各企业不约而同的选择。
目前国内企业已经实现量产的半固态电池，虽然名字上跟固态电池很相似，可实际上与当下主流的液态锂离子电池更相似。其仍需要电解液和隔膜，产品形态上并没有本质上的创新，仍属于改良型的方案。
比如前面提到搭载赣锋锂电三元固液混合锂离子电池的纯电动SUV赛力斯SERES-5、蔚来ET7、岚图汽车的追光，包括东风风神 E70，因目前固态电池的技术所限，均采用半固态电池。
虽说半固态电池严格意义只能算是对传统液态电池的改进，但在目前技术条件下，一定程度体现了固态电池技术的进步，电池续航也一定程度上得到了提升。此外，值得注意的是赣锋锂电宣称，第二代半固态电池单体能量密度将会达到360Wh/kg，计划在2023年上半年实现量产。
据统计，至2030年，预计有超过1000万辆电动汽车使用的锂离子电池将达到使用寿命。这些动力电池需要进行回收，一方面减少危险废物对环境的污染，另一方面回收锂以降低原材料成本。
动力电池的回收并不是无污染的。固态电池比锂离子电池寿命更长一些，按普通家用新能源汽车的使用习惯，充放电寿命可达10年以上，这一定程度上降低了回收成本，也更加环保。
总结来看，虽然当下固态电池潮热度提升，但限于技术性能和成本因素，固态电池离大规模在电动汽车和储能等领域应用，仍有很长的路要走。目前看，固态电池可以看作未来电池发展的一种方向，但不能指望其短期内一统天下并完全替代传统锂电，更多程度上它是锂电池未来发展的一种重要技术选择。
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