锂电池“终结者”再突破！固态电池抢占制高点

　　据11月27日报道，澳大利亚迪肯大学的研究人员表示，他们已经设法使用常见的工业聚合物来制造固体电解质，有望使锂离子电池的能量密度增加一倍，这种固态锂电池在过热时不会爆炸或着火。目前团队已经在纽扣电池中进行了测试，他们将寻找商业伙伴将这些固态电池推向市场。

　　这项新技术使用了一种弱结合到锂离子的固态聚合物材料，来代替通常用作当前电池单元电解质的挥发性液体溶剂。

　　据该团队陈芳芳博士在新闻稿中表示：“如果行业采用我们的技术，我可以预见道这样一个未来，例如，可以将电池相关设备安全地装在飞机行李中，或者电动汽车不会像现在这样对乘员或急救人员构成火灾危险。”

　　近年来，动力电池作为电动汽车的“心脏”一直备受关注。随着电池技术的快速发展，当前全球多家巨无霸车企对于固态电池都在投入重金竞相研发。固态电池与传统锂电池相比具有更高的能量密度，同时拥有更大的功率和更长的使用时间，是下一代锂电池发展的大趋势。

　　随着全球知名企业和研究机构的研发布局，预计2030年全球固态电池需求有望接近500GWh。参考SNEresearch的动力电池出货量预测，若固态电池能在2022年实现市场化并逐步提升渗透，到2025年固态电池在动力电池中的市场空间大约能达到60亿元左右。

　　从早期的铅酸电池，到丰田等日企主打的镍氢电池，再到2008年特斯拉roaster使用的锂离子电池，传统液态锂离子电池已统治动力电池市场十年。未来，能量与安全需求与传统锂电技术的矛盾将越来越凸显。

　　再从Fisker宣称开发充电1分钟行驶500公里的固态电池，到宝马已与SolidPower进行合作开发下一代电动车用固态电池，再到丰田又宣称将在2025年前实现全固态电池的实用化。作为下一代电池技术的代表，固态电池日益引发市场高度关注，引发全球范围的企业进行提前卡位。

　　固态电池是采用固态电解质的锂离子电池。固态面临的挑战主要包括降低成本，提高固体电解质的安全性，以及在充电和放电时保持电极和电解质之间的接触。

　　与传统锂电池相比，全固态电池最突出的优点是安全性。固态电池具有不可燃、耐高温、无腐蚀、不挥发的特性，避免了传统锂离子电池中的电解液泄露、电极短路等现象，降低了电池组对于温度的敏感性，根除安全隐患。

　　相比于传统的锂电池来讲，由于固态电解质取代了传统锂离子电池中可能燃爆的有机电解液，这样解决了高能量密度和高安全性能两大难题，在相同能量下用固态电解质取代电解液的电池，更薄且体积更小。

　　许多问题很难在锂离子电池现有技术的参数范围内得到解决：(1)安全性和可靠性；(2)能量密度；(3)运行环境温度；(4)充电速度。固态电池作为下一代很有前途的技术，很有可能解决这些问题，而且其性能的提高也很明显。

　　目前全固态电池尚处在研发早期，研发方向主要包括聚合物、氧化物和硫化物三大固态电解质的典型技术开发方向。三大体系各有优势，其中聚合物电解质属于有机电解质，氧化物与硫化物属于无机陶瓷电解质。

　　其中，聚合物固态锂金属电池的开发主要以Bolloré、宁德时代和东北师大为代表；氧化物锂金属固态电池的开发主要以美国橡树岭国家实验室，QuantumScape，Sakti3以及中科院等为代表；硫化物固态电池的开发主要以丰田、三星、本田以及宁德时代为代表，其中以丰田技术最为领先。

　　对于全固态锂电池来说，当前阶段最大的需求来自于汽车产业，随着新能源汽车的铺开提上日程，各大车企纷纷布局全固态锂电池，期待3-5年后开始全固态锂电池的商业化生产。除此之外，消费电子、智能家居和航天航空等领域也存在一定的全固态锂电池需求。

　　全固态电池有望成为下一代商业化动力电池，募投项目中下一代电池研发方向包括氢燃料电池、锂空气电池和全固态电池，其中全固态电池最有望成为下一代商业化动力电池。

　　目前全球供应商、材料企业、电池企业都在大力推进固态电池的研发。

　　纵览全球固态电池企业，有初创公司，也不乏国际厂商，企业之间独踞山头信仰不同的电解质体系，未出现技术流动或融合的态势。

　　欧美企业偏好氧化物与聚合物体系，而日韩企业则更多致力于解决硫化物体系的产业化难题，其中以丰田、三星等巨头为代表。

　　固态电池领域的第一集团军，日本拥有固态电池专利916件，占比接近一半，领先优势明显；美国和中国分别以398件和362件的专利数位居第二、第三。

　　在全固态电池专利方面，日本具有明显的优势，丰田拥有固态电池专利252件，数量远超其他车企与电池企业。

　　丰田汽车2010年，推出硫化物固态电池；2014年，原型固态电池能量密度已达400Wh/kg；2018年，日本投资100亿日元，丰田、本田、日产、松下，京都大学、日本理化学研究所等参与研究，计划2022年掌握全固态电池技术；2019年，与松下合资，为550多万辆电动汽车供电池，丰田51%股份。

　　固态锂电池前20位专利申请人中，日本企业占11家，其中丰田申请量最多，达1709件，是第二位松下的2.2倍。排名前10均为日韩企业，其中日本8家，韩国2家。

　　日本的丰田汽车、本田研发、日产汽车和雅马哈汽车甚至组织成立LIBTEC，计划共同开发固态电池的基础技术。LIBTEC固态电池的开发目标包括：体积能量密度达600Wh/L，成本达600元/kWh，快速充电时间为10分钟。

　　丰田汽车和松下的联盟（丰田有近300名工程师参与研发固态电池），该联盟表示将在五年内将固态电池商业化。丰田和NEDO所制定的全固态电池的商业化普及方案，首先使用现有LIB的正负极材料开发全固态电池（第一代电芯）。

　　之后再使用新的正负极材料以期进一步提高能量密度（下一代电芯），预计2022年丰田汽车生产固态电动汽车的样车，2025年在部分车型中使用固态电池。2030年实现大规模量产应用，能量密度可达500Wh/kg。

　　随着固态电池技术方面取得新突破，固态电池的落地进程将再进一步。

　　从海外各家企业实验与中试产品来看，固态电池能量密度优势已开始凸显，明显超过现有锂电水平。

　　在我国，固态锂电的基础研究起步较早，在“六五”和“七五”期间，中科院就将固态锂电和快离子导体列为重点课题，此外，北京大学、中国电子科技集团天津18所等院所也立项进行了固态锂电电解质的研究，并在此领域取得了不错的进展。

　　当前国内已有上市公司布局固态电池相关业务，对于下一代电池技术研发和产业化应用，已逐渐进入二级市场视野。国内在进行固态锂电开发的企业包括：宁德时代、赣锋锂业、珈伟股份、江苏清陶能源、台湾辉能、中航锂电、比亚迪、万向、威马汽车等。

　　未来，随着产业投入逐渐加大，产品性能提升的步伐也望加速。

　　回溯传统锂电成本曲线，14年时单位成本接近3元/Wh，而随着产能迅速扩张，目前成本已降至1.2元Wh/kg左右。

　　固态电池作为一项颠覆性技术，技术一旦突围成功，行业成长曲线料将获指数级增长，工业化大批量生产将使成本问题迎刃而解，传统锂电的降本逻辑有望得到复制。

　　展望发展趋势，固态电池阶段发展之路已经明晰。结构上，现阶段电池体系包含部分液态电解质以取长补短。而技术发展过程中将逐渐减少液体的使用，从半固态电池到准固态电池，最终迈向无液体的全固态电池。

　　应用领域上，有望率先发挥安全与柔性优势，应用于对成本敏感度较小的微电池领域，如RFID、植入式医疗设备、无线传感器等；技术进步后，再逐渐向高端消费电池渗透；随着产品的成熟，最终大规模踏入电动车与储能市场，从高端品牌往下渗透，实现下游需求的全面爆发。

　　锂电产业链是一个可以看至少10年的行业，而新技术的开发与崛起也将不断强化行业的估值与前景。

　　在行业看好与多方布局之下，固态电池产业有望获得超速发展。固态电池承载着电池安全与能量全面提升的光荣使命，未来有望成为行业的新爆发点与关键性技术保障，政策在逐渐褪去，市场正回归理性，当新能源汽车回归商品属性时，还有技术在前方保驾护航。