群雄逐鹿锂电终局，谁能称霸固态电池时代？

过去三年中，新能源车市需求的膨胀式发展，让动力电池行业的“话语权”掌握在了最上游的锂矿企业手中，而锂矿价格也像坐上了过山车一般，从20年的不足4万元/吨，一路飙涨至最高超57万元/吨，成为了新能源时代的“白色石油”。

而新年伊始，一路狂奔向前的锂矿市场却接连遭遇失速。

以澳大利亚为代表的锂矿石开采产能已经提速，加之涨价使得电池材料回收产业迎来机遇，回收资源很大程度上替代了原始的资源需求。同时，下游需求在第一轮新能源车热潮过后，出现了一定程度的萎靡。

在需求与供给的双重打击之下，锂矿也迎来了“雪崩”，其价格在短短三个月中便下跌到了15万元/吨。

在锂矿价格下跌的同时，锂离子动力电池的经济性也重新凸显了出来，在过去两年中不被看好的锂离子固态电池，在市场与技术的双重利好之下，重新被人们所认知。

4月18日，在上海车展中，长安深蓝首款搭载半固态电池系统的中型SUV深蓝S7亮相，其优异的续航与极高的安全性受到了参展人的广泛关注。而东风汽车、蔚来、赛里斯等车机厂，也纷纷抛出了自己的固态电池制造计划。

而在国家层面，韩国政府于4月20日宣布，将由政府及其头部电池公司牵头，在2030年之前共同投资20万亿韩元，以开发包括固态电池在内的先进电池技术，并在2025年开始商业化生产，进而维持韩国在动力电池领域的绝对实力。

可以说，全球范围内的尖端车机厂商与政府都加入了这场固态电池领域的“军备竞赛”，那么，固态电池究竟是什么？为何在锂离子电池经济性重新出现后便如此受到车机厂、政府与技术人员的关注？

本文将通过研究分析当前固态电池相关技术的推进程度，以及对产业链上相关公司的分析，来为读者展现固态电池行业及公司的发展状况。

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固态电池或将取代传统锂电池

固态电池有哪些优点？在回答这个问题之前，我们需要了解锂离子电池的分类。

锂离子电池自出现至今已有近40年的历史，自1976年锂电池之父”斯坦利·惠廷汉姆提出最早的锂二次电池雏形：正极材料使用硫化钛，负极使用金属锂并且使用含锂盐的电解液后，锂离子电池便正式出现了。

但由于电池的安全性、稳定性、电容量等各项指标均不理想，导致其始终无法商用。

而在1980年古迪纳夫开发了钴酸锂、磷酸铁锂以及锰酸锂三大正极材料后，便奠定了现在主流正极材料体系。1991年吉野彰摆脱负极锂金属限制，创新性使用石墨作为负极，才真正突破理论性研究，进而开发了第一个商用锂离子电池。

但是，伴随着科技的快速发展与消费者对锂离子电池容量、安全性的要求不断提高，我们急需一种新型的锂离子电池，此时，与电池容量与安全性息息相关的电解质部分，便被科学家们盯上了。

如果按电解质的形态对锂离子电池进行分类的话，可以按照其中液体含量的多少分为液态电池与固态电池，而固态电池又能分为半固态电池、准固态电池与全固态电池三种类型。

液态电池中的电解质都是由液体组成，而半固态液体电解质质量百分比<10%，准固态液体电解质质量百分比<5%，全固态则不含有任何液体电解质。

那么，固态电池与液态电池在具体表现上究竟有哪些不同？

首先，液态电池即将到达能量密度瓶颈，而固态电池能量密度上限更高。

《中国制造2025》提出的电池技术目标是2020、2025年分别达300Wh/kg、400Wh/kg；而据中科院研究院吴娇杨等统计，1991-2015年锂离子电池的能量密度已提升3倍，GAGR约3%，按线性推算2020、2025年能量密度仅能达到300Wh/kg、320Wh/kg。

而从实际技术来看，由于锂金属负极活性极强、稳定性差导致极难与液态电解液兼容，进而无法发挥其具有最低电化学电势与极高的电容量的优点，直接限制了整个电池能量密度的发展。

此外，电解液也很难匹配高电压正极，目前主流的电解液电压窗口不超过4.5V，这直接制约了正极材料的可选范围，从而限制了能量密度的发展。

也就是说，现在的锂离子电池能量密度增速明显放缓并接近理论极限，在不更新材料的前提下，再难取得新的突破。

而固态电解质便很好地解决了这些问题。

相较于液态电解质，固态电解质的电化学性能更稳定，能兼容活性极强的锂金属负极；同时固态电解质可抑制锂枝晶析出，满足锂金属负极应用的必要条件。

同时，部分固态电解质电压窗口更大，可适配高电压的正极材料；若采用锂金属负极，则理论上正极可用不含锂材料，能量密度、降本空间都有望得到巨大提升，体积能量密度更有望超过100Wh/L。

次之，液态电池难以解决安全性的问题，固态电池却从根本上杜绝了问题的发生。

电解液是造成液态锂离子电池安全事故的最大推手。锂电池的热失控主要是因内部短路或工作温度过高的原因导致初始温度上升，导致SEI膜分解，同时电解液持续升温释放多种可燃气体与氧气，进而出现燃烧的情况。

目前锂电池产业主要依靠缓解热失控来应对安全事故，如在电芯内添加阻燃剂、惰性气体等；在Pack层面可增加反穿刺设计、热屏障等。但是高危的电解液是LIB安全问题的本质，而其作为LIB的必需材料，理论上无法解决安全性问题。

而固态电解质的失控初始温度均超过液态电解质（120℃），而氧化物固态电解质的安全性最高，热失控温度均超过600℃，从理论上杜绝了电池燃烧等安全问题。

最后，便是液态电池的工艺优化空间远不如固态电池大。

目前，液态电池的电信制造流程主要包括电极制备（湿法为主）→卷绕→封装→注液→化成→分选→组装，而高速率混浆、涂覆和卷绕/叠片技术以及大容量电芯技术推动单线产能不断扩大。

资料来源：高工锂电，中国银河证券

但由于湿法电极制备环节中涉及低效率的涂覆、烘干，卷绕环节需要停线插入极片等因素，即使是特斯拉升级后的4680技术，仍涉及复杂的激光焊接环节，因此电芯制造效率提升仍存在较大瓶颈。

此外，传统组装CTM为电芯-模组-电池包-车身的过程，会使用大量零部件并增加整体质量，同时涉及复杂连接、电池管理系统的配合。

而固态电池则可以采用干法电机工艺。干法电极技术是一种无溶剂的生产技术，方法是将正负极材料与粘结剂等混合，然后直接通过压延、喷涂、挤出或气相沉积的方式形成片状、薄膜状电极。

与湿法电极制备相比，干法技术的优势主要体现在：①省去了浆料搅拌、干燥、有害溶剂回收等环节，节省了材料、时间、厂房和人工等生产成本；②性能方面，电极更厚能量密度更高；③无有毒溶剂更环保。

数据来源：中国银河证券

此外，在组装环节中，固态电池使用多层双极结构的电芯本身就可视为“成组”过程，通过串联式的致密堆积可以大大提升空间利用率，实现更低的内阻、更高的能量密度与电流输出，在后续封装过程中也无需复杂的连接，在量产后有着极大的提效空间与降本空间。

也正是打破能量密度瓶颈、有效优化传统锂电池缺陷、可以进一步突破工艺空间，成为了固态电池加速发展，替代液态电池的三大推力。