中國粉體網訊 大到歷史進程,，小到產業(yè)發(fā)展,，從來都不是一蹴而就的。 新技術的應用落地需要漫長的時間去沉積精進,。光伏如此,、風電如此、鋰電池也是如此,。
長期來看,，在認知的層面上，股票二級市場顯然屬于后知后覺者,。產業(yè)在二級市場上真正迎來高光時刻明顯落后于產業(yè)實際發(fā)展情況,，需要具備代表性的公司成長起來走上二級市場的交易舞臺,。歷經建瓴者、先驅者,、推銷員,、定價者、跟隨者的推動從而廣為流傳,。
故此,，要想成為先知先覺者，就必須時刻關注產業(yè)層面的發(fā)展狀況,。
而眼下,，固態(tài)鋰電池的發(fā)展正處于產業(yè)破殼期。（我們常說的鋰電池是指使用液態(tài)電解質(也稱電解液)材料的鋰電池,，稱為液態(tài)鋰電池,，使用固態(tài)電解質材料的鋰電池稱為固態(tài)鋰電池，簡稱固態(tài)電池,。）
相較于在二級市場的沉悶,，固態(tài)鋰電池在場外資本市場上受追捧的程度絲毫不亞于液態(tài)鋰電池。每隔幾天便有重大的產能規(guī)劃,、參股合作等方面的報道,。
譬如近期，大眾集團董事會成員Thomas Schmall表示,，公司將在計劃中的歐洲電芯工廠和確保重要原材料方面花費高達300億歐元（約合人民幣2162億）,。
不僅于此，海外企業(yè)紛紛拋出大手筆投資,。包括寶馬,、奔馳、大眾,、現代,、豐田、本田,、日產在內的汽車集團,，均將固態(tài)鋰電池領域作為其下一代電動車的電池技術方向。
無獨有偶,，國內各大龍頭也開始了固態(tài)鋰電池的推進,。
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)電池已經在東風E70電動車上裝車,。
恩捷股份在江蘇立項投資13億研發(fā)固態(tài)電解質涂層隔膜,。小米華為共同投資半固態(tài)電池供應商衛(wèi)藍新能源。
在應用端更是傳來了喜訊,，蔚來新款轎車ET7將搭載能量密度達360Wh/kg的150kWh半固態(tài)電池,，續(xù)駛里程將超過1000公里,。
這意味著在原有基礎上大幅提升了能量密度延長了行駛里程。據悉,，國軒高科正在積極籌備量產的半固態(tài)電池續(xù)航超1000公里,。
固態(tài)鋰電池的競爭不光體現在企業(yè)層面上，也上升到了政府層面的博弈,。世界各國都在大力支持固態(tài)鋰電池技術的研發(fā)與產業(yè)布局,。
在歐洲，德國政府投資10億歐元支持固態(tài)電池技術研發(fā)與生產,，多家汽車龍頭紛紛加入該聯盟,。
此外，歐盟多國共同出資32億歐元,，同時從私人投資商中籌集50億歐元,，用于發(fā)展固態(tài)電池。美國,、日本,、韓國均提出了發(fā)展固態(tài)鋰電池相應的補貼,、支持政策,。
國外大力推進固態(tài)鋰電池發(fā)展的原因除了順應未來的發(fā)展方向外，還有一層便是在現有液態(tài)鋰電池賽道上,，中國的地位難以撼動,。
為了改變這個局面，國外政府需要做到先人一步,。
在固態(tài)電池的推進上,，中國政府層面沒有盲目地較早地頒布相應政策。
中國在目前鋰電池領域建立起的領先優(yōu)勢在一定時期內仍會享受較大的邊際收益,，現有的產業(yè)結構兼顧成本性和落地性,，是最適當的選擇。
然而,，緩行不代表忽視,。未來的鋰電池必然朝著高性能的方向前行，而固態(tài)電池愈發(fā)清晰地成為確定性的發(fā)展路徑,。因此,，在享受液態(tài)鋰電池產業(yè)紅利的同時也要積極發(fā)展新技術。
2020年11月,，國務院辦公廳印發(fā)的《新能源汽車產業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021~2035年）》中,，明確要求“加快固態(tài)動力電池技術研發(fā)及產業(yè)化”。
那么,，問題隨之而來,，固態(tài)電池究竟有何優(yōu)勢,？使得下至企業(yè)上至國家，全部發(fā)力固態(tài)電池賽道,。
目前發(fā)展的狀況如何,？要知道當前液態(tài)鋰電池技術可是發(fā)展地如火如荼。未來前景又將怎樣,？
為了弄清楚這些問題,，便免不了將液態(tài)鋰電池和固態(tài)鋰電池進行各方面的對比研究。
首先二者都是鋰電池,，原理也相近,，區(qū)別在于電池構成不同
目前液態(tài)鋰電池的構成包括正極、負極,、電解液,、隔膜四大材料。而固態(tài)電池的構成包括正極,、負極,、電解質三大材料。差別顯而易見,，固態(tài)鋰電池是將原本的電解液,、隔膜換成固態(tài)電解質。
而影響鋰電池推廣應用的核心要素無非三方面,，安全,、性能、成本,。
首先我們從安全入手,，現有的液態(tài)鋰電池在安全方面長期受人詬病。液態(tài)鋰電池的工作原理很清晰地解釋了為什么,。
其的工作原理便是住在負極的鋰離子,，想去正極家玩。于是,，它跳入電解液中,，游著游著擠過隔膜中的小孔來到正極家中。
過了一段時間,，它玩累了,，想要回家，可是卻沒力氣了,，這時候需要充電,，充上電便有了精神游回自己在負極的家。
但是，要回家不能耽誤太久,，就需要快點充電,，快充的時候溫度明顯上升，這使得更多的鋰離子都想要回家,。
然而負極家的床位不夠了,，無家可歸的鋰離子只能睡在外面，在負極表面析出,，逐步形成枝晶鋰,，便可能刺穿電解液，造成短路,，從而引發(fā)事故,。
想必各位讀者對于新能源車著火事件并不陌生。
據市場監(jiān)管總局數據統(tǒng)計,，2020年新能源汽車召回45次,，涉及車輛35.7萬輛，占全年召回總數量的5.3%,，其中因三電系統(tǒng)缺陷召回11.2萬輛,，占新能源汽車召回總數量的31.3%。
由此可見,，動力電池是汽車安全的重要隱患,。固態(tài)電池的晉級之路便從這里開始。
固態(tài)鋰電池同液態(tài)鋰電池有一個很明顯的區(qū)別便是不使用易燃的電解液,，電解液往往是造成新能源車起火的主要原因,。
電解液是目前階段性使用的傳導介質,，但不意味著最優(yōu),，其構造原理存在著對溫度敏感，高溫下產物極易分解,，腐蝕性強,、易燃易泄露等問題。
發(fā)生短路后,，由于局部溫度大幅上升導致點燃鋰電池內部的液態(tài)電解液,。
即便現階段采用添加阻燃劑，采用耐高溫的薄膜的方法,，但是電池的安全性問題仍舊沒有得到有效解決,。
而固態(tài)鋰電池是使用不可燃的固態(tài)電解質作為傳導介質。
最突出的優(yōu)點便是安全性,，并且降低了電池組對溫度的敏感性,，杜絕了析出導致的高低溫問題引發(fā)的短路。憑借良好的絕緣性有效地將正負極阻隔開來。
收之東偶,，失之桑榆,，電解質依靠形態(tài)和材質解決了易燃的問題，也帶來了導電率低和抗阻較高的困繞,。
不難理解,，液態(tài)環(huán)境下，鋰離子運動更為暢快,，固態(tài)材質和正負極的接觸不如液態(tài)材質緊密,，快充性能不佳。
好比一個瓶子里灌滿了水,，另一個瓶子里塞滿了紙,，前者瓶子的空隙顯然比后者少。
顯而易見,，電解質的替換不單單是液態(tài)固態(tài)的轉換,，除了安全性，還要實現更高能力密度的提升,。這時對材料性能有著更嚴格的要求,，是對穩(wěn)定性、導電率,、成本,、工藝等綜合方面的考量。
目前已經在使用或接近商用的固態(tài)電池的電解質有：聚合物,、硫化物和氧化物三種,。
聚合物由于在4V以上電壓工作下容易被電解，即便與正負極接觸性較好但也難當大任,。
硫化物克服了固態(tài)電解液導電率不好的瓶頸,，但是抗阻較高。容易與空氣,、水等發(fā)生副反應,，工藝上仍需要克服諸多挑戰(zhàn)。
氧化物性能在二者之中,，憑借綜合性能成為目前階段是較為理想的材料,。
由于對技術理解、掌握,、發(fā)展的不同,，對技術路徑的選擇上頗有百家爭鳴的味道。
贛鋒鋰業(yè),、臺灣輝能,、清陶能源等紛紛布局氧化物固態(tài)電池技術路線。
日韓企業(yè)多采用硫化物固態(tài)電解質技術路線；中國企業(yè)多以氧化物路線為主,；歐美企業(yè)選擇則呈多樣化,，如Solid Power主要走硫化物路線，Quantum Scape則選擇了氧化物路線,。
打破能量密度瓶頸 ,。談及性能方面，液態(tài)鋰電池的表現也不盡如人意,。
隨著新能源車的逐步滲透,，在假期遠程出行中開始扮演重要的角色。然而,，表現得結果卻是很不給力,。今年十一長假的一則新聞很好地說明了問題。
據央視財經報道,，10月1日,，一位從深圳回湖南的新能源車車主，在耒陽服務區(qū)給車充電時,，花費了五個多小時的時間,。
“這四個小時里，我連洗手間都不敢上,，因為怕被插隊,。當時在排隊的車有二十幾輛，我算了,，至少要排隊三個小時以上,，把我后面好多車都勸退了�,！�
長期以來,，續(xù)航和快充問題是液態(tài)鋰電池美而尷尬的事實，如何提升續(xù)航和快充能力是進一步加快滲透率的癥結所在,。
按照國家2020年10月發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車技術路線圖2.0》,，2025我國純電動汽車動力電池的能量密度年目標為400Wh/kg,，2030年目標為500Wh/kg,。
可是，目前國內的三元鋰電池能量密度正在努力突破300Wh/kg以上,，而磷酸鐵鋰電池能量密度上限約為180Wh/kg,。
這樣看來，在現有鋰電技術下,，單憑高鎳的路徑實現未來的能量目標需求是存在困難的,，即便9*等更高效的電池推出，受材料所限，想要積累起質變任務著實艱巨,。
那么,，是否具備提升能量密度更好的解決方案呢？在我們進一步研究影響能量密度的因素后發(fā)現了答案,。
鋰電池理論能量密度主要取決于正負極材料克容量和工作電壓,。通過研究可以發(fā)現，電壓越大則能量密度越大,。
不難理解,，鋰電池在工作的時候，電池電壓會隨著電量的降低而下降,。假設其它條件不變,，同等電流下，高電壓的工作時間就顯然比低電壓長,。
打個比方：一個高一點的蓄水池可以裝更多的水,，使用相同的水龍頭排水，時間肯定更長,。
那么,，便意味著可以通過提升工作電壓來增強鋰電池的能量密度。
然而,，基于目前液態(tài)鋰電池的材料和使用安全性所限,，正負極之間的電壓差一般在4.2V以內，因此,，依靠現階段的材料難以實現,。
另外一個關鍵指標就是比（克）容量，顧名思義,，其意義便是每克鋰電池材料含多少mAh（毫安時）電量,。
比容量越大則能量密度越高。
簡單而言,，也就是同等重量攜帶更多的鋰離子,，參與化學反應的鋰離子數量越多，那么能量就越大,。但現有的液態(tài)鋰電池正負極材料同樣對未來的需求形成了一定的制約,。
固態(tài)電池除了安全性能的提升外，也打破了制約鋰電池能量密度的瓶頸,。
從電壓上來看,，負極在未來采用金屬鋰后可以有效提升電壓差至5V，這無疑帶來續(xù)航能力的提升,。
從比容量上來看,，金屬鋰的比容量能達到3860mAh/g,。
這相當于給鋰離子安排了一套五星級別墅，而現有的石墨僅僅365mAh/g,，只能勉強維持居住條件,，回來晚了還有可能沒有鋪位。對比二者的差別一目了然,。
在未來,，正極的開發(fā)中也會使用到富鋰錳基這類高比容量的材料。顯而易見,，高比容量材料的應用是進一步提升能量密度的必經之路,。
最后，就是成本,。
這一環(huán)節(jié)往往決定著成敗,，再好的技術如果不能有效降低成本的話，替代全是空談,。
據日產的規(guī)劃稱2028全固態(tài)電池能夠將電池組的成本降至每千瓦時75美元（折合人民幣約478元）,，未來會將成本進一步降低至每千瓦時65美元（折合人民幣約413元）。
而當前三元鋰電池的成本超過了1000元/千瓦時,，未來原材料較為緊缺的情形下,，降本空間不容樂觀。
如此來看,，如果固態(tài)電池按照預期規(guī)劃發(fā)展,，那么便存在著廣闊的替代市場。那么,，接下來問題便來到了具體技術路徑的選擇上,。
目前這一階段，固態(tài)電池仍會采用液態(tài)鋰電池的正負極,，替換的是電解液和隔膜,。那么，決定技術路徑的差異的便是對電解質選擇帶來的差異,。
前文提到,，目前主要的電解質技術路徑中，由于聚合物在4V以上電壓工作下容易被電解,，并且需要超過室溫條件下才能正常工作的特點,，即便目前已經量產但是也并非未來的技術選擇。
氧化物主要分為薄膜型和非薄膜型,。
薄膜型主要采用LiPON（鋰磷氧氮）這種非晶態(tài)氧化物作為電解質材料,，而非薄膜型則指除LiPON以外的晶態(tài)氧化物電解質，其中,，以LLZO(鋰鑭鋯氧）為主流,。
薄膜型產品性能優(yōu)異，已在微型電子,、消費電子領域實現較初級,、小范圍應用。但是,，薄膜型電池容量很小,，往往不到mAh級別，在微型電子,、消費電子領域勉強夠用,，到了乘用車Ah級別時缺點則暴露無遺。
業(yè)界有嘗試將其串并聯增加電池組實現提升電池容量的方法,，卻存在著高昂的成本和工藝困難等問題,。
而非薄膜型氧化物產品綜合性能出色，是當前開發(fā)熱門,。已成為中國企業(yè)重點開發(fā)的方向,，臺灣輝能與江蘇清陶都是此賽道的領跑企業(yè)。已經有部分產品投放市場,，但也存在著離子電導率低于薄膜型的缺點,。
資本聚焦的另外一條技術路徑便是硫化物電池。
硫化物主要包括thio-LISICON,、LiGPS,、LiSnPS、LiSiPS,、Li2S-P2S5,、Li2S-SiS2、Li2S-B2S3等,，其電導率接近甚至超過有機電解液,。
同時具有熱穩(wěn)定高、安全性能好,、電化學穩(wěn)定窗口寬(達5V以上)的特點,，在高功率以及高低溫固態(tài)電池方面優(yōu)勢突出。
可是,，大部分硫化物材料空氣穩(wěn)定性差,，會與水反應形成刺激性的硫化氫氣體�,？梢哉f其開發(fā)潛力最大,，同時也是最困難的。
在生產工藝上,，需要涂布+多次熱壓,、添加緩沖層改善界面性能,。
此外，新材料也在不斷面世,。幾個月前,，由中國科學技術大學教授馬騁團隊設計并合成的一種鋰電池固態(tài)電解質新材料——氯化鋯鋰。
據報道,，氯化鋯鋰的問世,，成功將50微米厚度的原材料成本降低至1.38美元/平方米，而此前最廉價的氯化物固態(tài)電解質相對應的成本為23.05美元/平方米,。
據悉,，原材料成本達到10美元/平方米是固態(tài)電解質具備競爭力的界限。當然,，問題同樣存在,，穩(wěn)定性較差是限制其產業(yè)化發(fā)展的關鍵，目前該團隊正在努力攻克這一環(huán)節(jié),。
從未來固態(tài)鋰電池產業(yè)的發(fā)展方向上來看,，業(yè)界認知相差不大，基本上是從液態(tài)鋰電池-半固態(tài)-固態(tài),；先完成對電解液隔膜的替代,，而后進行正極負極的替代。
為解決全固態(tài)電池內部的界面接觸難題,，同時充分利用現有液態(tài)鋰離子電池的生產工藝和設備,，降低制造成本。目前固態(tài)電池技術路線為優(yōu)先發(fā)展混合固液鋰電池,，逐步降低液態(tài)電解質的含量,，最后實現全固態(tài)鋰電池。
可以說,，固態(tài)電池的工藝路線尚不成熟,，產業(yè)化仍需時間，降本之路長路漫漫,。
但另一方面在資本推動,，技術路徑廣鋪，人才聚焦的趨勢下有望加快生產學習曲線,，縮短工藝know-how時間,，產業(yè)化的到來可能超出預期。
據預測,，2020~2030年固態(tài)電池出貨量將高速增長,，全球需求量在2020年、2025年,、2030年分別有望達到1.7GWh,、44.2GWh,、494.9GWh，2030年全球市場空間有望達到1500億元以上,。
尾聲
新能源車需求高企的背景下,，對于動力電池的爭奪尤為激烈,，雖然目前液態(tài)鋰電池獨霸一方,，可是，鈉電池,、鋁電池,、氫燃料電池、固態(tài)鋰電池等均發(fā)起了挑戰(zhàn),。
然而,，正如諸子百家爭鳴的帶來了學術上的繁榮局面一樣，各種技術路徑相應地在儲能,、商務車,、乘用車等領域找到了自己的應用方向�,？梢源_定的是,，多種技術路徑的競爭對于產業(yè)的發(fā)展是有益的，有望縮短產業(yè)的認知時間,，促進產業(yè)良性發(fā)展,。
即便遙遠，有些事是注定要發(fā)生的,，這是事物發(fā)展的規(guī)律使然,。過程可能步履蹣跚，艱難困苦,，錯綜復雜,，但本著第一性原則，站在終點向后看,，一切看起來都是必將發(fā)生的事,，順其自然。
新技術的變革需要完成從研發(fā)到落地,，從推廣到替代的過程,。
這一切，需要的是時間,。
（中國粉體網編輯整理/青黎）
