固态电池是最有希望率先产业化的下一代电池技术

2018 年底到 2019 年至今，固态电池行业陆续出现不少积极消息，有人因此开始提出，2019年可能是固态电池的元年。

比如国内由中国科学院院士南策文团队投资创办的清陶能源，去年底表示启动首条固态电池生产线，产能规模为100MWh，目前可以日产1万颗电芯，主要应用在特种安全领域；另一家获软银中国资本投资的辉能，在2013年量产小容量固态电池后，在今年启动扩产，新厂规划产能为1GWh；在日本，包括FDK、TDK宣布完成全固态电池的产品开发，不久前日立造船（HitachiZosen）宣布将在大坂筑港工厂生产全固态电池。

过去几年，固态电池行业较多是募资信息，初创公司又获得了哪些汽车厂或科技巨头的投资，而近期这一波的信息开始聚焦在试产、量产、甚至是扩产，显示固态电池行业正踏入另一个阶段。这也是元年提法的由来。

但电池行业人士分析，预期到了2021～2022年左右固态电池才有望迎来真正的元年。

图|清陶能源去年底表示启动首条固态电池生产线

材料属性不同，各有其量产挑战固态电池是新一代的电池技术，优点在于安全性高：电池没有漏液问题，损坏、被穿刺时不会产生爆炸或着火；高能量密度：业界认为，固态电池的密度和结构可以让更多带电离子聚集在一端，传导更大的电流与提升电池容量，使重量能量密度（Wh/kg）能提升到400Wh/kg以上；轻薄以及可挠曲性的潜力：使用电解液的传统锂电池，必须在阴极和阳级之间加入隔膜来防止短路，一般来说隔膜的厚度约20～30微米，固态电池不需隔膜，厚度比传统电池轻薄许多，可让电子产品或汽车在外观设计或空间利用上达到更大的效益。

图|TDKCeraCharge固态电池，使用固体陶瓷电解质代替液体电解质（来源：TDK）

固态电池几种电解质材料包括固态聚合物、硫化物（Sulfide）、氧化物（Oxide）、薄膜（ThinFilm）等，以评估电池好坏三大要素：稳定性（体现出来包括安全性、充放电能力等）、量产性、导电性来看，薄膜的稳定性和导电性非常好，但量产难度高，使用半导体溅镀式制程，在真空环境下运用化学气相沉积法或物理气相沉积法等镀膜制程方法，成本偏高，如果要做到像手机、IT应用的话，需要层层堆叠至少100片薄膜。戴森、苹果各自收购的固态电池公司Sakti3和InfinitePowerSolutions皆以此类技术为主，但行业内传出戴森已放弃，目前发展前景不明。

固态聚合物方面，很多特性跟液态电池相近，几乎可以直接套用现有液态电池的制程和设备，故量产性高，但稳定性、导电性较差，整个模组做好到车子上，电池体积能量密度大约只有100～140Wh/L（瓦时/升）。加上高温的稳定性不佳，可运作的温度范围为60～80摄氏度，所以需要搭配使用加热器，将温度提高到60度，如此就得额外增加一个热管理机制及高压系统，并影响体积利用率。

像博世（Bosch）收购的Seeo就是固态聚合物技术，但Bosch买下Seeo一年半后就宣告放弃，电池行业人士向DeepTech透露，先前博世求售Seeo，积极寻找买家接手，不少电池公司都收到了收购意愿询问信。

因此，随着近几年来行业的变化，固态电池目前有两大主要阵营，分别是硫化物：丰田、松下、三星、宁德时代等，其导电度非常好，能量密度较佳，但生产困难，由于硫材料非常怕水气，水气引起化学反应就变成硫化氢，除了危险性高之外，在制造过程需完全在干燥室中，成本较高，由于制造挑战多，目前处于实验室阶段，该类技术领头羊的丰田则对外表示，目标在2020年将自研多年的固态电池商业化。

另一个则是氧化物：如辉能、清陶能源、北京卫蓝新能源、索尼。其优点在于稳定性佳，缺点是导电性较差，另外在生产时，氧化物电解质弯曲很容易脆裂，不过已经有一些业者克服量产问题，比如辉能通过在电解质、正负极里加入陶瓷相关技术，除克服导电性、脆裂问题，电池可弯曲，且实现了卷式生产。

大规模商业应用可能在 2021～2022 年

尽管不同电解质材料有其挑战，如前所述，近来固态电池行业有越来越多业者释出开发完成、进入量产的阶段，不过，距离所谓的元年仍有一段差距，因为电池容量很小，商业应用很小量。像是日本 FDK 宣布完成开发固态电池，其容量大概是 140μAh（微安时），以现行欧洲电动车大多数为 80 度电来计算，是 22857Ah（安时），也就是说，一台车需要的电池，跟FDK所做出来电池容量大小差了一亿多倍。另一家TDK开发的指尖大小的全陶瓷固态电池已进入试产，容量仅为100μAh。

图|FDK的固态电池去年底开始样品出货（来源：FDK）

刚获得今年爱迪生发明奖（EdisonAwards）金牌的辉能科技创始人杨思枏，在接受DeepTech专访时就直言：“日商的策略看起来偏向是补偿被动元件上一些陶瓷电容不足的地方，不完全是要替代现行电池”。不过，这是行业发展必经的过程，大家都是先从小的东西开始做，固态电池开始有更多人进来，有不同的应用，理解、搜寻市场。他进一步指出，不论是用于 IoT 装置，或是像日立造船的固态电池用于航空航天领域，现在的量还是很小，其实讲元年不太有意义，价格必须合理，出货量才会跨过一个量级。一个产业要能成形，至少得达到一年10亿美元的产值才行，如果基于这个商业逻辑来思考，2021、2022年就有机会实现。第一个原因是用于电动车的固态电池届时将开始出货，首先，丰田多次公开表示，将在2020年上半年推出全固态电池，然后于2022年开始销售搭载固态电池的全新电动车。另外，辉能也已经与国内一家国企汽车公司敲定合作，将在2021年开始出货电动车固态电池。而在今年1月中国电动汽车百人会上，天际汽车董事长张海亮也表示，预计到2021年，天际的固态电池电芯的能量密度将达到300Wh/kg以上，电池模组（pack）达到220Wh/kg。所以，综观多家车厂的日程表来看，2021～2022年将会陆续见到由固态电池驱动的电动车问世。除了电动车是推动固态电池发展的主要驱动力之外，工业应用的电池需求其实也被看好，像是油田相关设备，必须在很低温或很高温的环境下运作，要求电池内阻不受影响，固态电池就成了一个好选择。

图|辉能科技创始人杨思枏（来源：Deeptech）

固态电池与三元电池的能量密度竞赛

另一个固态电池有望在 2021、2022 年迎来元年的原因是，“届时，电池能量密度可能跟三元电池出现黄金交叉”。杨思枏以丰田公开放出的固态电池发展进度表（roadmap）以及特斯拉现有的资讯来估算，丰田预计在2022年量产固态电池，其第一代架构技术电池芯为450Wh/L，目前Tesla电池芯为715Wh/L，但是，消费者要的不是单看电池芯，而是整个模组，也就是成组效率。特斯拉的电池模组成组效率只有32.5％，固态电池的成组效率基本上比三元电池来得高，丰田的技术基本上可以达到75%。因此，特斯拉是715x32.5%，大约是230～240Wh/L；Toyota为450×75%，大概330～340Wh/L，赢过了特斯拉。当然，特斯拉不会在未来几年不思进取，液态电池要解决这个问题，就是持续提升电池芯的能量密度。但是，新的问题也随之而来：高利用率的材料供应链是否成熟？目前锂电池行业往镍锰钴（NMC）配比为811的高镍三元电池迈进，供应链尚未非常成熟，所以更高的能量密度的正极材料、负极材料的供应、成本都是未知数。另一个问题就是安全性问题。“因此，三元电池到最后很有可能就升不上来了，发展开始平缓，固态电解质就会开始超过它。所以，2021～2022年很有可能出现一个所谓的黄金交叉”。一旦当固态电池持续超越三元电池，“当年三元系吃掉磷酸铁锂的概念还会再发生一次，大概那个时间点我在猜想应该在2022～ 2025 年，”杨思枏预测。

但是，他也强调，“前提是固态电池必须突破量产问题”，现在行业要走到证明固态电池能够大批量产的阶段。

打入软银周边及半导体检测机台

在现阶段的固态电池领域中，能真正做到量产的还不多，辉能主要锁定氧化物电解质固态电池，其研发的陶瓷固态电池已经量产，并在市场上被使用，像是软银旗下的 SoftBank SELECTION 周边产品品牌，就主打采用固态锂陶瓷电池的“Power Leaf”产品，像是充电皮套、行李挂牌样式的移动电池等，甚至半导体制程重要的检测设备，因必须在非常低的气压跟高温下运作的特殊性，也使用了辉能的固态电池。尽管如此，这些应用仍属于很小量。

图|软银PowerLeaf产品，像是充电皮套、行李挂牌样式的移动电池，采用辉能的固态锂陶瓷电池（来源：SoftBank）

杨思枏指出，辉能已经脱离实验室技术到达工艺选取，并且进入到大量生产的前端阶段，但他也直言，固态电池还有几个问题需要克服，回到氧化物电解质的原始点来看。

第一，它的离子导通能力大约只有硫化物跟液态电解的1/10～1/20，想克服这个问题考验各家电池公司的设计实力。

第二，氧化物材料的有效接触面积小，“固态电解质最重要的瓶颈就在界面，不管是化学界面还是物理界面”，氧化物的化学界面稳定度高，但物理界面不容易形成，所以发展氧化物的业者，必须解决物理接触面积不足的问题。

另外，硫化物本身的界面也相对复杂，如果形成一个不好的界面的话，除了会使离子导动度下降只剩百分之一、甚至是千分之一之外，原子还会迁移、穿透、然后毒化活性材料、固态电解质，造成很不好的影响。

第三，氧化物另一个挑战是在做压合、挤压等集成过程中很容易断裂，硫化物则比较容易压成锭。

第四，有些人觉得固态电池的快充会有问题，但杨思枏认为，如果界面阻抗部分能够被解决的话，那么区域性的极化问题反而就不存在了，以辉能的产品来说，快充已经达到12分钟可充满70％的电量。正因为固态电池的技术困难，光靠一家或两三家公司无法发展成一个产业链，因此，杨思枏的策略是通过技术移转的方式建立生态圈，包括技术授权，销售核心材料、设备等给有需求的客户，像是汽车公司、储能服务商、工业设备商、传统的电池公司等。由于陆续签下车厂、工业应用合作案，辉能正在扩建新厂，预计今年底完成后，固态电池的年产能将达1.5GWh。

固态电池将会成为动力电池的下一个风口，国内外行业巨头已经开始进行相关布局，丰田、三星、大众、宁德时代、本田、戴森、松下、西门子……无论是汽车领域、电池领域、电子电器领域，甚至众多专注于固态电池的初创企业，全都希望能在固态电池领域率先突破。

有报道称，日本初创公司NGK Spark Plug计划将采用陶瓷电解质的固态电池送上月球，以便为后续的其他探月行动提供更好的后备能源方案。

在美国2019 CES消费电子展上，辉能科技发布了其“固态”新能源车电池包设计——在相同整车容量下，该电池包将体积减少到传统电池的50%，重量减少70%，该产品还因此获得2019CES创新奖。

有报道称，***辉能科技股份有限公司在2018年就已经实现固态电池包的整车厂送样，并完成多家整车厂的安全与电性能测试，预计在2019年4月可以正式发布样车。

而美国24M公司则在近日成功向其客户交付了商用半固态锂电池，其能量密度超过280Wh/kg。

华为新鲜发布的折叠屏手机MateX，虽然并未使用柔性电池，隐约中，似乎也让人们窥见了未来固态电池的应用轨迹。3C领域的应用，可能会成为固态电池在车上应用的完美试验场，而未来的电动汽车动力领域，也极有可能被固态电池一匡天下

大众汽车近日宣布向QuantumScape投资约1亿美元，目标在2025年前建立固态电池生产线。QuantumScape目前拥有超过200多项关于固态电池的技术专利。在本轮注资中，大众将会派遣一位高管担任QuantumScape董事会成员，该公司计划在2025年研发并拥有可量产的固态电池。

大众汽车集团研发负责人AxelHeinrich认为，固态电池技术会成为电动汽车行业的一个转折点。通过增加在QuantumScape的股份和成立合资企业，加强和加深与创新伙伴的战略合作，确保达成QuantumScape为大众提供固态电池技术的承诺。

从战略层面，随着整车企业开始选择电气化路线，特别是围绕纯电动为核心的时候，就不得不考虑未来的出路。严格来说，固态电池方面的投入竞争还并不激烈。目前的主要动力电池提供商，都在现有的Gen3a，即从NCM523体系或NCM622体系往NCM811的方向去努力，现在确定的动力电池订单是实实在在的。

图/ 动力电池的化学体系发展

宝马跟宁德时代（CATL）的采购意向并非只从2021年的iNEXT车型开始，宁德时代从2019年就会为纯电动MINI及2020年量产的纯电动iX3供应电芯。这个切换也表明，三星SDI在往811方向走的时候，速度并没有后来居上的CATL快，也没有满足整车企业的诉求。

当整车企业花了数百亿美金大力气去做纯电动汽车平台的时候，对电芯供应商的成本和产品优化提出了更苛刻的要求。

图/宝马动力电池供应商在不同平台切换

因此，电芯企业在供应现在这一代电芯，并往下一代电芯发展的时候，还是有压力的。一个是要满足现有车型平台的开发需求，在电芯开发、优化、制造和采购方面聚焦，同时也需要往难度更大的研发方向走。面对产品跟不上就被切换的威胁，现实来的更重要。

如下图所示，这一代电池（Gen4）往下一代发展过程中，整车企业的角色很重要。对现有产品的开发，整车企业的角色更多的是提出需求，在整个产品验证方向上去做技术和产品管理。而在下一代电池开发上，特别是有关核心专利和难点上面，以下的几个车企，大概能给我们一些思路：

1，具备开发基础的：如丰田，自身持续在研发上投入，再和松下合作固态电池研究，从不同层面去研究和解决问题，准备Gen4a电芯的小规模量产。本田和日产的思路也差不多。

2.投资合作的：以大众和宝马为例，通过美国科技初创公司来做。

图/整车企业需要把时间点提前

宝马宣布将投资2亿欧元在慕尼黑建立电芯研发中心，开始涉及电芯级别的技术验证和开发，这个研发中心会有200名工程师，将在2019年春开幕。研发中心会对电芯不同的化学成分进行研究，验证在极端气候环境下这些电芯性能表现，慢充以及快充的区别、电池的尺寸以及体积等等。之前宝马把大量的测试放在第三方TUV实验室，而这次基本把电芯方面的差异拿回到公司内。

图/ 宝马电池研发中心

这种方式是除依靠大学研究、电芯供应商、材料供应商之外，可以独立在电芯级别做设计开发和验证的快速过程。应该是想依靠高端的研究人员，来做一些IP，彻底搞懂电芯层面的设计和过程差异，并配置一些试制电芯的能力。

宝马还有和SolidPower在固态电池方面的前端合作。SolidPower是科罗拉多州的一家初创公司，成立于2012年，除了科罗拉多大学博尔德分校及国防高级研究计划局的资助外，还获得过美国空军，美国国家科学基金会和美国导弹防御局的资金支持。针对传统全固态电池中固体电解质和LiCoO2之间界面电阻高，接触不良的缺陷，SolidPower公司的科学家们使用ALD(原子层沉积技术)来解决这个问题。SolidPower的电池材料采用100%的无机材料，无易燃和易挥发成分，具有优异的保质期和高温稳定性。放在整个电池系统中看，由于消除了一些与锂离子系统相关的安全特征的潜在消费，使得成本大降低。SolidPower目前拥有一座占地7000平方英尺的先进生产基地，具备新材料合成、小批量中试材料和电池生产，以及原型设备组装和表征能力。

图/宝马对于固态电池的投入也是处在外部依赖和独立开发两方面同时进行

全球动力电池产业供应商资源的高度集中化趋势日益明显，一方面是现有项目的集中化显著，在竞争中被扫出局的企业，可能只能转向下一代电池研发。只有部分企业和现有的研发者投入，形成格局上的分流可能才是比较好的结果。如果全部电池企业都去扩大规模，抢占现有的订单，某种意义上是很困难的。在国外，是通过市场的因素考虑，类似博世放弃锂电池业务，日本的传统锂电池企业逐步放弃跟随，都体现当前时刻做动力锂电池业务的高投入和高风险的回报。这个退出过程是基于市场考虑的。而国内，短期内动力电池企业先期投入这么多，很难说退就退，而且国内的电动汽车的企业明显比国外多，大家都有机会，使得退出期变长，资源（人员、资金）都集中于相对重复的工作。

小结：整车企业目前投资固态电池技术，并不是真正认为固态电池已经具备现实的装车特性，相对于锂电池各个方面的综合特性，还有很多是新技术满足不了的。但是作为技术演进阶段，投入到这个领域获取有限的产出也能带来可能的知识产权收益。这方面的产出，并不会单纯以专利和论文的形式体现，更多的还是公司的内部积累，特别是整车企业对于下一代电芯的理解形式，这可能是这些投资的真正价值所在。

一、固态锂电池概述

顾名思义，固态电池含有固态电极和固态电解质，不同于现有液态形式的电池。按照国家《节能与新能源汽车技术路线图》，到2025年，纯电动汽车动力电池的能量密度目标为400Wh/kg，2030年目标为500Wh/kg。就目前广泛采用的三元电池来说，现阶段存在的技术瓶颈使其很难达到上述目标。

“想要达到2020年及以后的动力电池能量密度发展要求，实现能量密度大于500Wh/kg的目标，现有的液体电解质电池体系恐怕无能为力。作为下一代面向500Wh/kg的电池技术路线，固态电池体系的研发已成为刚需。新能源汽车产业中长期发展需要新的技术储备，固态锂电池则有望成为下一代车用动力电池主导技术路线，它不只是未来二次电池的重要发展方向，也是当前的重要任务。”中国科学院物理研究所研究员陈立泉近日表示。

全固态锂电池，是一种使用固体电极材料和固体电解质材料，不含有任何液体的锂电池，主要包括全固态锂离子电池和全固态金属锂电池，差别在于前者负极不含金属锂，后者负极为金属锂。

在目前各种新型电池体系中，固态电池采用全新固态电解质取代当前有机电解液和隔膜，具有高安全性、高体积能量密度，同时与不同新型高比能电极体系(如锂硫体系、金属-空气体系等)具有广泛适配性，可进一步提升质量能量密度，从而有望成为下一代动力电池的终极解决方案，引起日本、美国、德国等众多研究机构、初创公司和部分车企的广泛关注。

二、固态锂电池的优势及目前存在的技术缺陷

相比于传统的锂离子电池，固态锂电池具有显著优点：

(1)高安全性能：传统锂离子电池采用有机液体电解液，在过度充电、内部短路等异常的情况下，电池容易发热，造成电解液气胀、自燃甚至爆炸，存在严重的安全隐患。而很多无机固态电解质材料不可燃、无腐蚀、不挥发、不存在漏液问题，聚合物固体电解质相比于含有可燃溶剂的液态电解液，电池安全性也大幅提高。

(2)高能量密度：固态锂电池负极可采用金属锂，电池能量密度有望达到300～400Wh/kg甚至更高;其电化学稳定窗口可达5V以上，可匹配高电压电极材料，进一步提升质量能量密度;没有液态电解质和隔膜，减轻电池重量，压缩电池内部空间，提高体积能量密度;安全性提高，电池外壳及冷却系统模块得到简化，提高系统能量密度。

(3)循环寿命长：有望避免液态电解质在充放电过程中持续形成和生长SEI膜的问题和锂枝晶刺穿隔膜问题，大大提升金属锂电池的循环性和使用寿命。

(4)工作温度范围宽：固态锂电池针刺和高温稳定性极好，如全部采用无机固体电解质，最高操作温度有望达到300℃，从而避免正负极材料在高温下与电解液反应可能导致的热失控。

(5)生产效率提高：无需封装液体，支持串行叠加排列和双极机构，可减少电池组中无效空间，提高生产效率。

(6)具备柔性优势：全固态锂电池可以制备成薄膜电池和柔性电池，相对于柔性液态电解质锂电池，封装更为容易、安全，未来可应用于智能穿戴和可植入式医疗设备等。

尽管全固态锂电池在多方面表现出明显优势，但同时也有一些迫切需要解决的问题：

对于全固态电池的研发来说，解决上述问题的核心在于固态电解质材料发展以及界面性能的调控与优化。

三、固态锂电池的技术路径和研究热点

3.1 固态电解质材料技术路径

电解质材料的性能很大程度上决定了电池的功率密度、循环稳定性、安全性能、高低温性能及使用寿命。常见的固态电解质可分为聚合物类电解质和无机物电解质两大类。

聚合物固态电解质

由于聚氧乙烯(PEO)相比于其它聚合物基体具有更强的解离锂盐的能力,且对锂稳定，因此目前研究热点以PEO及其衍生物为主。

聚合物电解质润湿电极能力差,活性材料脱嵌锂必须通过极片传输到电极表面进行,使得电池工作过程中极片内活性物质的容量不能完全发挥，将电解质材料混入电极材料中或者替代粘结剂,制备成复合电极材料,填补电极颗粒间的空隙,模拟电解液润湿过程,是提高极片中锂离子迁移能力及电池容量发挥的一个有效方法。PEO基电解质由于结晶度高，导致室温下导电率低，因此工作温度通常需要维持在60～85℃，电池系统需装配专门的热管理系统。此外，PEO的电化学窗口狭窄，难以与高能量密度正极匹配，因此需对其改性。

目前成熟度最高的BOLLORE的PEO基电解质固态电池已经商用，于英国少量投放城市租赁车，其工作温度要求60~80℃，正极采用LFP和LixV2O8，但目前Pack能量密度仅为100Wh/kg。

无机固体电解质

无机固态电解质主要包括氧化物和硫化物。氧化物固体电解质按照物质结构可以分为晶态和非晶态两类，其中研究热点是用在薄膜电池中的LiPON型电解质。

以LiPON为电解质材料制备的氧化物电池倍率性能及循环性能都比较优异，但正负极材料必须采用磁控溅射、脉冲激光沉积、化学气相沉积等方法制成薄膜电极，同时不能像普通锂离子电池工艺一样加入导电材料,且电解质不能浸润电极,使得电极的锂离子及电子迁移能力较差，只有正负极层都做到超薄,电池电阻才能降低。因此,无机LiPON薄膜固态锂电池的单个电池容量不高，不适合用于制备Ah级动力电池领域。

硫化物固态电解质由氧化物固态电解质衍生而来，由于硫元素的电负性比氧元素小，对锂离子的束缚较小，有利于得到更多自由移动的锂离子。同时，硫元素半径大于氧元素，可形成较大的锂离子通道从而提升导电率。目前三星、松下、日立造船+本田、Sony都在进行硫化物无机固态电解质的研发。但空气敏感性、易氧化、高界面电阻、高成本带来的挑战并不容易在短期内彻底解决，因此距离硫化物电解质的全固态锂电池最终获得应用仍有很远距离。

总之，无机固体电解质发挥单一离子传导和高稳定性的优势，用于全固态锂离子电池中，具有热稳定性高、不易燃烧爆炸、环境友好、循环稳定性高、抗冲击能力强等优势，同时有望应用在锂硫电池、锂空气电池等新型锂离子电池上，是未来电解质发展的主要方向。

3.2 界面性能的调控与优化

固体电解质存在与电极间界面阻抗大，界面相容性较差，同时充放电过程中各材料的体积膨胀和收缩，导致界面容易分离等问题。使用锂金属负极也存在固相接触阻抗大，界面反应，效率低等问题。目前解决的主要方向如下：

固态电池是最有希望率先产业化的下一代电池技术

固态电池体系革命更小。锂硫电池、锂空气等体系需更换整个电池结构框架，难题更多也更大，而固态电池主要在于电解液的革新，正极与负极可继续沿用当前体系，实现难度相对小。

锂金属负极兼容，通过固态电解质实现。锂硫、锂空气均需采用锂金属负极，而锂金属负极更易在固态电解质平台实现。

固态电池作为距离我们最近的下一代电池技术已成为科学界与产业界的共识，是后锂电时代的必经之路。

三大技术路线产业化进展

固态电池的三大体系各有优势，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。

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。

聚合物体系工艺最成熟，率先诞生EV级别产品，其概念性与前瞻性引发后来者加速投资研发，但性能上限制约发展，与无机固态电解质复合将是未来可能的解决路径;

氧化物体系中，薄膜类型开发重点在于容量的扩充与规模化生产，而非薄膜类型的综合性能较好，是当前研发的重点方向;硫化物体系是最具希望应用于电动车领域的固态电池体系，但处于发展空间巨大与技术水平不成熟的两极化局面，解决安全问题与界面问题是未来的重点。

产业化尚处早期，前景已有保障

市场化产品能量密度较低。现阶段固态电池量产产品很少，产业化进程仍处于早期。唯一实现动力电池领域量产的博洛雷公司产品能量密度仅为100Wh/kg，对比传统锂电尚未具备竞争优势。

高性能的实验室产品将为产业化奠基。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。

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。

固态电池对锂电产业链的影响

除了电解质，固态电池在其他电池部件上的选择与传统锂电也有一定差异。

电极材料采用与固态电解质混合的复合电极。结构上，固态电池正负极与传统电极的最大区别在于:为了增加极片与电解质的接触面积，固态电池的正负极一般会与固态电解质混合。

例如在正负极颗粒间热压或填充固态电解质，或者在电极侧引入液体，形成固-液复合体系，这都与传统锂电单独混合极片浆料并在铝/铜箔上涂布不同。

而在材料选择上，由于固态电解质普遍更高的电化学窗口，高镍高压正极材料更容易搭载，未来也将持续沿用新的正极材料体系，负极材料上，多采用硅、金属锂等高容量负极，充分发挥固态电池的优势。

电极与电解质之间存在缓冲层。缓冲层的加入能起到改善电极与电解质界面性能的作用。其成分可以为凝胶化合物、Al2O3等。

隔膜仍然存在，电池实现全固态后消失。现阶段的大部分固态电池企业的产品仍需添加少量液态电解液以缓解电极界面问题、增加电导率，因此隔膜仍然存在与电池中以用来阻隔正负极，避免电池短路。

这种折中的解决方法同时拥有固态电池的性能优势，在技术难度上也更加易于实现。而随着技术推进，未来电解液用量会越来越少，当过渡到完全不含液体或液体含量足够小时，电池将取消隔膜设计，体系已能满足安全需求。

多采用软包的封装技术。除去液态电解液后，固态电池的封装与PACK上比传统锂电更灵活、更轻便，因此将采用软包封装。

▌阶段发展之路:步步为营，梯次渗透

展望未来发展趋势，技术上步步为营，应用上梯次渗透，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。

大环境下，未来几年是国际车企全面进军新能源汽车的关键时期，海外龙头纷纷把发展新能源列入既定战略，其中不乏看好固态电池前景的龙头车企。

丰田已投入200多人进行固态电池开发，目标在2025年前推出产品，宝马正与固态电池公司SolidEnergy合作共同开发固态电池，大众表示看好固态电池前景，并入股研发固态电池的创业公司QuantumScape。

此外，从今年5月起，日本政府将出资16亿日元，联合国内丰田、本田、日产、松下、GS汤浅、东丽、旭化成、三井化学、三菱化学等大型汽车厂商、电池和材料厂商，共同研发固态电池。巨头们的加码布局与资本的加速注入，行业发展进入快车道。

此外，未来有望通过规模效应快速降本。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。

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。

毋庸置疑，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。