【摘要】

(資料圖)

固態電池與現今普遍使用的鋰電池不同的是：固態電池使用固體電極和固體電解質。固態電池的核心是固態電解質，主要分為三種：聚合物、氧化物與硫化物。與傳統鋰電池具有不可燃、耐高溫、無腐蝕、不揮發的特性。

固態電池指使用固態電解質代替電解液的鋰電池。根據固態電解質用量的關系，可以將其細分為半固態電池和全固態電池兩大類：

1）半固態電池：電解質采用固液混合形態，電池中液體（電解液）質量占比5-10%左右。本質上是液態鋰電池和全固態電池的折中方案。一般將“電池內液體質量占比10%”作為半固態電池和液態電池的分界線。

2）全固態電池：完全使用固態電解質代替電解液。

預計第一代半固態/固態動力電池仍將采用現有的三元+石墨（或硅碳）材料體系。

從液態電池向固態電池的轉化，從長期來看是電池技術發展的大趨勢。推動這一轉化的原因主要有安全性、能量密度兩點，其中安全性為短期驅動因素，能量密度為中長期驅動因素。

需要注意的是，安全性和能量密度之間也存在聯系，例如應用金屬鋰負極后，鋰枝晶問題更加嚴重，對電池安全性也提出更高的要求。

1）熱穩定性：即隔膜熔化導致正負極短路的問題。液態鋰電池隔膜材料PP/PE聚合物的玻璃化轉變溫度約為140-160度，經過涂覆處理后可提升至160-180度。但超過此溫度后，聚合物會轉化為流動態，導致正負極直接短路。

2）鋰枝晶：即鋰枝晶刺穿隔膜導致電池短路起火的問題。鋰離子在充放電過程中會部分還原，沉積在極片上形成鋰枝晶，鋰枝晶生長到一定程度將刺穿隔膜，導致電池短路起火。

短期來看，安全性是車廠采用半固態/固態電池的主要考量因素。液態鋰電池由于短路起火概率較高，在威脅車內乘客安全的同時，也增加了車輛因安全問題召回的概率，為車廠帶來額外成本負擔。

目前應用高鎳三元+硅碳負極的液態電池（例如4680）能量密度約為300wh/kg，但固態電池在應用新型材料后，能量密度可提升至500wh/kg以上。但新型材料的電壓較高，超出電解液適配的極限，因此必須配合固態電解質才能應用于電池中。

各國政府近年來為實現節能減排目標，不斷收緊乘用車碳排放政策，促使車企電動化轉型。多個國家明確固態電池發展目標和產業技術規劃，現階段發展之路明晰，2020-2025年著力提升電池能量密度并向固態電池轉變，2030年研發出可商業化使用的全固態電池。

企業層面，雖然比亞迪、蘋果等企業早早開始固態電池研發規劃布局，但多數企業直到2018年才開始投資研發固態電池。

在海外市場上，日韓企業大多在保有獨立研發團隊的基礎上抱團研發。日本由于較早進行固態電池產業化規劃布局，目前在全球范圍內處于技術領先地位。韓國擁有領先技術的三大電池企業也選擇聯合研發固態電池。歐美各大車企企圖通過投資Solid Power、Solid Energy Systems、Ionic Materials、Quantum Scape等初創公司以獲得技術儲備，謀求在固態電池領域翻盤。

固態電池領域市場參與者眾多，車企、電池企業、投資機構、科研機構等在資本、技術、人才三方面進行博弈。隨著越來越多的企業加入，固態電池產業化進程不斷加速。

從液態電池到固態電池的技術迭代路徑大致遵循“固態電解質-->新型負極-->新型正極”的順序，如下表所示：

Step1:引入固態電解質，保留少量電解液，正負極仍為三元+石墨（或硅碳），但可能采用負極預鋰化技術提高能量密度。

Step2:用固態電解質完全取代電解液，正負極仍為三元+石墨（或硅碳），但可能采用負極預鋰化技術提高能量密度。

Step3:在Step2的基礎上，用金屬鋰取代石墨負極，正極仍為三元材料。

Step4:在Step3的基礎上，用硫化物/層狀碳/層狀富鋰錳等材料取代正極。

全固態電池通常采用軟包的方式集成，不需注液化成。固態電池生產工藝需要在電極、電解質、界面工程及封裝技術等方面進行突破，前段工序基本與液態鋰離子電池相同，中、后段工序上有區別，固態電池需要加壓或者燒結，不需要注液化成。

20230206-光大證券-動力電池新技術展望系列報告六：半固態電池應運而生，搶占下一代鋰電技術制高點

20221128-浙商證券-汽車零部件行業專題報告：固態電池電解質分類對比

本報告由研究助理協助資料整理，由投資顧問撰寫。投資顧問：于鑫（登記編號：A0740622030003）

關鍵詞： 能量密度 的基礎上