新能源汽車發(fā)展勢不可當 現(xiàn)有鋰電池僅是中間產品

新能源汽車行業(yè)經(jīng)過十年的發(fā)展已經(jīng)在全球勢不可擋，未來還將受到智能化地提升，發(fā)展空間巨大。目前來看全球新能源汽車主要消費地有三個地區(qū)，分別是歐洲、中國和美國，歐洲由于執(zhí)行最嚴碳排放標準且在大幅補貼政策的推動下新能源市場發(fā)展迅猛，部分北歐國家滲透率已經(jīng)達到80%，中國則在新能源新車型產品力的推動下C端市場不斷放量，已經(jīng)進入消費驅動增長的階段，美國方面總統(tǒng)拜登上臺后主推新能源，推出提案計劃提供高達300億美元的補貼，單車最高可達1.25萬美元，政策通過后美國新能源汽車市場將迎來大爆發(fā)，有望接過中國、歐洲的增長棒，帶動全球新能源市場繼續(xù)高歌猛進。

但不可否認的是，現(xiàn)有液體鋰離子電池缺點較多，其能量密度較低，是否真正環(huán)保還有待觀察，且容易泄露，散熱性也不行，由于無法有效抑制鋰枝晶生長導致電池很容易爆炸，非常不安全，電池使用壽命也較短，故眾多車企認為其僅是中間產品。

固態(tài)電池有電眾多 有望成為電池終極形態(tài)

固態(tài)電池就是采用固態(tài)電解質的電池，1980年鋰電池之父美國科學家約翰·古迪納夫就提出了固態(tài)電池的概念，被認為是電池的終極形態(tài)，與液態(tài)電解質相比，固態(tài)電解質優(yōu)點較多，首先電池安全性得到極大提高，因為固態(tài)電解質機械強度高，且不會形成漏液，不會受到鋰枝晶的刺穿影響使得電池短路，極大地提高了電池的安全性，同時電壓溫度，可以采用鋰金屬負極大幅提高電池的能量密度，完美解決目前新能源汽車的里程焦慮問題，續(xù)航可超過1000公里，另外固態(tài)電池無需電液和隔膜，極大地簡化了電池結構，推動電池向輕量化邁進，是鋰電池的未來方向。

多種路線研究齊頭并進 誰能勝出尚且存疑

固態(tài)電解質(SSE)現(xiàn)有四種研究路線，主要分為硫化物固態(tài)電解質、氧化物固態(tài)電解質、聚合物固態(tài)電解質和復合固態(tài)電解質。

硫化物電解質在室溫下離子電導率較高，同時具備高變形能力適用于目前的粘合劑和有機溶劑，與正負極兼容性較好。但硫化物電解質也存在較多問題，如對空氣較為敏感，且本身不穩(wěn)定，暴露在空氣中易發(fā)生水解反應，導致電導率大幅下降，且硫化物合成過程及相應電池的組裝過程均需在惰性氣體中進行，導致其成本極高。

氧化物固態(tài)電解質按物質結構可分為兩類：晶態(tài)電解質和玻璃態(tài)(非晶態(tài))電解質。晶態(tài)電解質包括石榴石型、鈣鈦礦型等，玻璃態(tài)(非晶態(tài))電解質包括反鈣鈦礦型等，石榴石型是目前研究熱點。氧化物固態(tài)電解質鋰離子遷移數(shù)接近于1，電化學窗口超過5V，比較穩(wěn)定，熱穩(wěn)定性好，機械強度高。但氧化物電解質在室溫下離子電導率較低，且與電極相容性較差。

聚合物固態(tài)電解質指含有聚合物材料且能夠發(fā)生離子遷移的電解質，由高分子主體物、金屬鹽和添加劑三部分復合而成。高分子主體物含有能配位的電子基團，提供支撐和離子傳遞作用，通常選擇介電常數(shù)高、具有極化基團的有機聚合物。金屬鹽則提供金屬離子，一般是離散常數(shù)高且穩(wěn)定性好的鋰鹽，加入少量添加劑改善電解質性能，可以使聚合物基體發(fā)生溶脹轉變?yōu)槟z狀態(tài)，提高離子電導率。聚合物固態(tài)電解質成本低且機械性能好，但也存在著室溫條件下性能較差等問題。

由于以上三種固態(tài)電解質路線均有一定缺點，因此多種電解質復合成為新的研究路線，目前主流復合固態(tài)電解質主要有層狀聚合物-無機復合固態(tài)電解質、混合型聚合物-無機復合固態(tài)電解質、無機-液態(tài)復合固態(tài)電解質和框架材料-液態(tài)復合固態(tài)電解質等，復合固態(tài)電解質結合了多種固態(tài)電解質的優(yōu)點，能夠大幅增加固態(tài)電池的性能。

大量資本入局 固態(tài)電池已成行業(yè)新風口

固態(tài)電池的諸多優(yōu)點也吸引著資本提前進入，全球主流汽車廠商都提前布局了固態(tài)電池，持續(xù)地向前沿電池領域投資，特斯拉自不必說，作為全球新能源汽車龍頭，特斯拉的電池技術也明顯領先，在固態(tài)電池領域不不逞多讓，其子公司Maxwell的半固態(tài)電池已經(jīng)可以量產，固態(tài)電池領域也擁有很多專利。

除了特斯拉，固態(tài)電池不可不提的車企就是豐田，作為全球擁有最多固態(tài)電池技術專利(超過1000項)的車企，盡管目前新能源發(fā)展遭遇困境，這僅是因為自身戰(zhàn)略決策失誤，在技術領域豐田仍是無可爭議的王者。隨著豐田新能源加速轉型，到2030年將力爭在全球市場達到550萬輛電動汽車的銷量，并且實現(xiàn)全固態(tài)電池持續(xù)的、穩(wěn)定的量產。

其他車企也紛紛行動，現(xiàn)代、奔馳和Stellantis投資了Factoria，F(xiàn)actorial擁有FEST技術，已成功開發(fā)出在室溫下運行的40Ah的固態(tài)電池。而大眾則早在2018年就向美國固態(tài)電池公司Quantum Scape投資了1億美元，目前投資額仍在不斷增加，Quantum Scape計劃在2025年推出商業(yè)化固態(tài)電池產品，目前已經(jīng)完成了1100次循環(huán)測試。

寶馬和福特則以1.39億美元投資了固態(tài)電池初創(chuàng)企業(yè)Solid Power，該公司預計今年就推出試驗產品，2024年就實現(xiàn)商業(yè)化，現(xiàn)代和三星SDI也投資了Solid Power。日產則自行研制固態(tài)電池，計劃于2024年開始量產，橫濱工廠已經(jīng)動工，2028年推出商業(yè)固態(tài)電池車型，通用則押注了另一家知名固態(tài)電池企業(yè)SES。

征途慢慢 固態(tài)電池商業(yè)化之路道阻且長

從時間點來看，固態(tài)電池的發(fā)展仍處于起步階段，雖然已經(jīng)有很多固態(tài)電池企業(yè)實現(xiàn)上市，但商業(yè)計劃表顯示基本在2025年前后才能實現(xiàn)商業(yè)化，而且該時間仍是小批量產出，僅是為了匹配車企的測試，最樂觀的來看固態(tài)電池大規(guī)模的量產需要等到2030年，超高的生產成本和難以解決的界面問題、化學穩(wěn)定性問題等目前都難以看到解決的趨勢，盡管固態(tài)電池十分美好，但我們在真正應用之前還有很長的路要走。