根據(jù)第一性原理，替代現(xiàn)有液體鋰電池的技術路線一定會出現(xiàn)。過程可能步履蹣跚，但站在終點向后看，一切都是必然。
大到歷史進程，小到產(chǎn)業(yè)發(fā)展，從來都不是一蹴而就的。
新技術的應用落地需要漫長的時間去沉積精進。光伏如此、風電如此、鋰電池也是如此。
長期來看，在認知的層面上，股票二級市場顯然屬于后知后覺者。
產(chǎn)業(yè)在二級市場上真正迎來高光時刻明顯落后于產(chǎn)業(yè)實際發(fā)展情況，需要具備代表性的公司成長起來走上二級市場的交易舞臺。歷經(jīng)建瓴者、先驅者、推銷員、定價者、跟隨者的推動從而廣為流傳。
故此，要想成為先知先覺者，就必須時刻關注產(chǎn)業(yè)層面的發(fā)展狀況。
而眼下，固態(tài)鋰電池的發(fā)展正處于產(chǎn)業(yè)破殼期。(我們常說的鋰電池是指使用液態(tài)電解質(zhì)(也稱電解液)材料的鋰電池，稱為液態(tài)鋰電池，使用固態(tài)電解質(zhì)材料的鋰電池稱為固態(tài)鋰電池，簡稱固態(tài)電池。)
相較于在二級市場的沉悶，固態(tài)鋰電池在場外資本市場上受追捧的程度絲毫不亞于液態(tài)鋰電池。每隔幾天便有重大的產(chǎn)能規(guī)劃、參股合作等方面的報道。
譬如近期，大眾集團董事會成員Thomas Schmall表示，公司將在計劃中的歐洲電芯工廠和確保重要原材料方面花費高達300億歐元(約合人民幣2162億)。
不僅于此，海外企業(yè)紛紛拋出大手筆投資。包括寶馬、奔馳、大眾、現(xiàn)代、豐田、本田、日產(chǎn)在內(nèi)的汽車集團，均將固態(tài)鋰電池領域作為其下一代電動車的電池技術方向。
無獨有偶，國內(nèi)各大龍頭也開始了固態(tài)鋰電池的推進。
贛鋒鋰業(yè)(002460.SZ)11月30日在投資者互動平臺表示，贛鋒固態(tài)電池已經(jīng)在東風E70電動車上裝車。
恩捷股份在江蘇立項投資13億研發(fā)固態(tài)電解質(zhì)涂層隔膜。小米華為共同投資半固態(tài)電池供應商衛(wèi)藍新能源。
在應用端更是傳來了喜訊，蔚來新款轎車ET7將搭載能量密度達360Wh/kg的150kWh半固態(tài)電池，續(xù)駛里程將超過1000公里。
這意味著在原有基礎上大幅提升了能量密度延長了行駛里程。據(jù)悉，國軒高科正在積極籌備量產(chǎn)的半固態(tài)電池續(xù)航超1000公里。
固態(tài)鋰電池的競爭不光體現(xiàn)在企業(yè)層面上，也上升到了政府層面的博弈。世界各國都在大力支持固態(tài)鋰電池技術的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)布局。
在歐洲，德國政府投資10億歐元支持固態(tài)電池技術研發(fā)與生產(chǎn)，多家汽車龍頭紛紛加入該聯(lián)盟。
此外，歐盟多國共同出資32億歐元，同時從私人投資商中籌集50億歐元，用于發(fā)展固態(tài)電池。美國、日本、韓國均提出了發(fā)展固態(tài)鋰電池相應的補貼、支持政策。
國外大力推進固態(tài)鋰電池發(fā)展的原因除了順應未來的發(fā)展方向外，還有一層便是在現(xiàn)有液態(tài)鋰電池賽道上，中國的地位難以撼動。
為了改變這個局面，國外政府需要做到先人一步。
在固態(tài)電池的推進上，中國政府層面沒有盲目地較早地頒布相應政策。
中國在目前鋰電池領域建立起的領先優(yōu)勢在一定時期內(nèi)仍會享受較大的邊際收益，現(xiàn)有的產(chǎn)業(yè)結構兼顧成本性和落地性，是最適當?shù)倪x擇。
然而，緩行不代表忽視。未來的鋰電池必然朝著高性能的方向前行，而固態(tài)電池愈發(fā)清晰地成為確定性的發(fā)展路徑。
因此，在享受液態(tài)鋰電池產(chǎn)業(yè)紅利的同時也要積極發(fā)展新技術。
2020年11月，國務院辦公廳印發(fā)的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2021~2035年)》中，明確要求“加快固態(tài)動力電池技術研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化”。
那么，問題隨之而來，固態(tài)電池究竟有何優(yōu)勢?使得下至企業(yè)上至國家，全部發(fā)力固態(tài)電池賽道。
目前發(fā)展的狀況如何?要知道當前液態(tài)鋰電池技術可是發(fā)展地如火如荼。未來前景又將怎樣?
本篇報告便旨在解釋以上縈繞在投資者心中的問題。
01 消失的電解液
為了弄清楚這些問題，便免不了將液態(tài)鋰電池和固態(tài)鋰電池進行各方面的對比研究。
首先二者都是鋰電池，原理也相近，區(qū)別在于電池構成不同
目前液態(tài)鋰電池的構成包括正極、負極、電解液、隔膜四大材料。而固態(tài)電池的構成包括正極、負極、電解質(zhì)三大材料。
差別顯而易見，固態(tài)鋰電池是將原本的電解液、隔膜換成固態(tài)電解質(zhì)。
而影響鋰電池推廣應用的核心要素無非三方面，安全、性能、成本。
首先我們從安全入手，現(xiàn)有的液態(tài)鋰電池在安全方面長期受人詬病。液態(tài)鋰電池的工作原理很清晰地解釋了為什么。
其的工作原理便是住在負極的鋰離子，想去正極家玩。于是，它跳入電解液中，游著游著擠過隔膜中的小孔來到正極家中。
過了一段時間，它玩累了，想要回家，可是卻沒力氣了，這時候需要充電，充上電便有了精神游回自己在負極的家。
但是，要回家不能耽誤太久，就需要快點充電，快充的時候溫度明顯上升，這使得更多的鋰離子都想要回家。
然而負極家的床位不夠了，無家可歸的鋰離子只能睡在外面，這邊是析鋰，逐步形成枝晶鋰，便可能刺穿電解液，造成短路，從而引發(fā)事故。
想必各位讀者對于新能源車著火事件并不陌生。
據(jù)市場監(jiān)管總局數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2020年新能源汽車召回45次，涉及車輛35.7萬輛，占全年召回總數(shù)量的5.3%，其中因三電系統(tǒng)缺陷召回11.2萬輛，占新能源汽車召回總數(shù)量的31.3%。
由此可見，動力電池是汽車安全的重要隱患。固態(tài)電池的晉級之路便從這里開始。
固態(tài)鋰電池同液態(tài)鋰電池有一個很明顯的區(qū)別便是不使用易燃的電解液，電解液往往是造成新能源車起火的主要原因。
電解液是目前階段性使用的傳導介質(zhì)，但不意味著最優(yōu)，其構造原理存在著對溫度敏感，高溫下產(chǎn)物極易分解，腐蝕性強、易燃易泄露等問題。
發(fā)生短路后，由于局部溫度大幅上升導致點燃鋰電池內(nèi)部的液態(tài)電解液。
即便現(xiàn)階段采用添加阻燃劑，采用耐高溫的薄膜的方法，但是電池的安全性問題仍舊沒有得到有效解決。
而固態(tài)鋰電池是使用不可燃的固態(tài)電解質(zhì)作為傳導介質(zhì)。
最突出的優(yōu)點便是安全性，并且降低了電池組對溫度的敏感性，杜絕了析出導致的高低溫問題引發(fā)的短路。憑借良好的絕緣性有效地將正負極阻隔開來。
收之東偶，失之桑榆，電解質(zhì)依靠形態(tài)和材質(zhì)解決了易燃的問題，也帶來了導電率低和抗阻較高的困繞。
不難理解，液態(tài)環(huán)境下，鋰離子運動更為暢快，固態(tài)材質(zhì)和正負極的接觸不如液態(tài)材質(zhì)緊密，快充性能不佳。
好比一個瓶子里灌滿了水，另一個瓶子里塞滿了紙，前者瓶子的空隙顯然比后者少。
顯而易見，電解質(zhì)的替換不單單是液態(tài)固態(tài)的轉換，除了安全性，還要實現(xiàn)更高能力密度的提升。這時對材料性能有著更嚴格的要求，是對穩(wěn)定性、導電率、成本、工藝等綜合方面的考量。
目前已經(jīng)在使用或接近商用的固態(tài)電池的電解質(zhì)有：聚合物、硫化物和氧化物三種。
聚合物由于在4V以上電壓工作下容易被電解，即便與正負極接觸性較好但也難當大任。
硫化物克服了固態(tài)電解液導電率不好的瓶頸，但是抗阻較高。容易與空氣、水等發(fā)生副反應，工藝上仍需要克服諸多挑戰(zhàn)。
氧化物性能在二者之中，憑借綜合性能成為目前階段是較為理想的材料。
由于對技術理解、掌握、發(fā)展的不同，對技術路徑的選擇上頗有百家爭鳴的味道。
贛鋒鋰業(yè)、臺灣輝能、清陶能源等紛紛布局氧化物固態(tài)電池技術路線。
日韓企業(yè)多采用硫化物固態(tài)電解質(zhì)技術路線;中國企業(yè)多以氧化物路線為主;歐美企業(yè)選擇則呈多樣化，如Solid Power主要走硫化物路線，Quantum Scape則選擇了氧化物路線。
02 打破能量密度瓶頸
談及性能方面，液態(tài)鋰電池的表現(xiàn)也不盡如人意。
隨著新能源車的逐步滲透，在假期遠程出行中開始扮演重要的角色。然而，表現(xiàn)得結果卻是很不給力。今年十一長假的一則新聞很好地說明了問題。
據(jù)央視財經(jīng)報道，10月1日，一位從深圳回湖南的新能源車車主，在耒陽服務區(qū)給車充電時，花費了五個多小時的時間。
“這四個小時里，我連洗手間都不敢上，因為怕被插隊。當時在排隊的車有二十幾輛，我算了，至少要排隊三個小時以上，把我后面好多車都勸退了。”
長期以來，續(xù)航和快充問題是液態(tài)鋰電池美而尷尬的事實，如何提升續(xù)航和快充能力是進一步加快滲透率的癥結所在。
按照國家2020年10月發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車技術路線圖2.0》，2025我國純電動汽車動力電池的能量密度年目標為400Wh/kg，2030年目標為500Wh/kg。
可是，目前國內(nèi)的三元鋰電池能量密度正在努力突破300Wh/kg以上，而磷酸鐵鋰電池能量密度上限約為180Wh/kg。
這樣看來，在現(xiàn)有鋰電技術下，單憑高鎳的路徑實現(xiàn)未來的能量目標需求是存在困難的，即便9*等更高效的電池推出，受材料所限，想要積累起質(zhì)變?nèi)蝿罩鴮嵠D巨。
那么，是否具備提升能量密度更好的解決方案呢?在我們進一步研究影響能量密度的因素后發(fā)現(xiàn)了答案。
鋰電池理論能量密度主要取決于正負極材料克容量和工作電壓。通過研究可以發(fā)現(xiàn)，電壓越大則能量密度越大。
不難理解，鋰電池在工作的時候，電池電壓會隨著電量的降低而下降。假設其它條件不變，同等電流下，高電壓的工作時間就顯然比低電壓長。
打個比方：一個高一點的蓄水池可以裝更多的水，使用相同的水龍頭排水，時間肯定更長。
那么，便意味著可以通過提升工作電壓來增強鋰電池的能量密度。
然而，基于目前液態(tài)鋰電池的材料和使用安全性所限，正負極之間的電壓差一般在4.2V以內(nèi)，因此，依靠現(xiàn)階段的材料難以實現(xiàn)。
另外一個關鍵指標就是比(克)容量，顧名思義，其意義便是每克鋰電池材料含多少mAh(毫安時)電量。
比容量越大則能量密度越高。
簡單而言，也就是同等重量攜帶更多的鋰離子，參與化學反應的鋰離子數(shù)量越多，那么能量就越大。但現(xiàn)有的液態(tài)鋰電池正負極材料同樣對未來的需求形成了一定的制約。
固態(tài)電池除了安全性能的提升外，也打破了制約鋰電池能量密度的瓶頸。
從電壓上來看，負極在未來采用金屬鋰后可以有效提升電壓差至5V，這無疑帶來續(xù)航能力的提升。
從比容量上來看，金屬鋰的比容量能達到3860mAh/g。
這相當于給鋰離子安排了一套五星級別墅，而現(xiàn)有的石墨僅僅365mAh/g，只能勉強維持居住條件，回來晚了還有可能沒有鋪位。對比二者的差別一目了然。
在未來，正極的開發(fā)中也會使用到富鋰錳基這類高比容量的材料。顯而易見，高比容量材料的應用是進一步提升能量密度的必經(jīng)之路。
03 技術路徑差異
最后，就是成本。
這一環(huán)節(jié)往往決定著成敗，再好的技術如果不能有效降低成本的話，替代全是空談。
據(jù)日產(chǎn)的規(guī)劃稱2028全固態(tài)電池能夠將電池組的成本降至每千瓦時75美元(折合人民幣約478元)，未來會將成本進一步降低至每千瓦時65美元(折合人民幣約413元)。
而當前三元鋰電池的成本超過了1000元/千瓦時左，未來原材料較為緊缺的情形下，降本空間不容樂觀。
如此來看，如果固態(tài)電池按照預期規(guī)劃發(fā)展，那么便存在著廣闊的替代市場。那么，接下來問題便來到了具體技術路徑的選擇上。
目前這一階段，固態(tài)電池仍會采用液態(tài)鋰電池的正負極，替換的是電解液和隔膜。那么，決定技術路徑的差異的便是對電解質(zhì)選擇帶來的差異。
前文提到，目前主要的電解質(zhì)技術路徑中，由于聚合物在4V以上電壓工作下容易被電解，并且需要超過室溫條件下才能正常工作的特點，即便目前已經(jīng)量產(chǎn)但是也并非未來的技術選擇。
氧化物主要分為薄膜型和非薄膜型。
薄膜型主要采用LiPON(鋰磷氧氮)這種非晶態(tài)氧化物作為電解質(zhì)材料，而非薄膜型則指除LiPON以外的晶態(tài)氧化物電解質(zhì)，其中，以LLZO(鋰鑭鋯氧)為主流。
薄膜型產(chǎn)品性能優(yōu)異，已在微型電子、消費電子領域實現(xiàn)較初級、小范圍應用。
但是，薄膜型電池容量很小，往往不到mAh級別，在微型電子、消費電子領域勉強夠用，到了乘用車Ah級別時缺點則暴露無遺。
業(yè)界有嘗試將其串并聯(lián)增加電池組實現(xiàn)提升電池容量的方法，卻存在著高昂的成本和工藝困難等問題。
而非薄膜型氧化物產(chǎn)品綜合性能出色，是當前開發(fā)熱門。
已成為中國企業(yè)重點開發(fā)的方向，臺灣輝能與江蘇清陶都是此賽道的領跑企業(yè)。已經(jīng)有部分產(chǎn)品投放市場，但也存在著離子電導率低于薄膜型的缺點。
資本聚焦的另外一條技術路徑便是硫化物電池。
硫化物主要包括thio-LISICON、LiGPS、LiSnPS、LiSiPS、Li2S-P2S5、Li2S-SiS2、Li2S-B2S3等，其電導率接近甚至超過有機電解液。
同時具有熱穩(wěn)定高、安全性能好、電化學穩(wěn)定窗口寬(達5V以上)的特點，在高功率以及高低溫固態(tài)電池方面優(yōu)勢突出。
可是，大部分硫化物材料空氣穩(wěn)定性差，會與水反應形成刺激性的硫化氫氣體。可以說其開發(fā)潛力最大，同時也是最困難的。
在生產(chǎn)工藝上，需要涂布+多次熱壓、添加緩沖層改善界面性能。
此外，新材料也在不斷面世。幾個月前，由中國科學技術大學教授馬騁團隊設計并合成的一種鋰電池固態(tài)電解質(zhì)新材料——氯化鋯鋰。
據(jù)報道，氯化鋯鋰的問世，成功將50微米厚度的原材料成本降低至1.38美元/平方米，而此前最廉價的氯化物固態(tài)電解質(zhì)相對應的成本為23.05美元/平方米。
據(jù)悉，原材料成本達到10美元/平方米是固態(tài)電解質(zhì)具備競爭力的界限。當然，問題同樣存在，穩(wěn)定性較差是限制其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的關鍵，目前該團隊正在努力攻克這一環(huán)節(jié)。
從未來固態(tài)鋰電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向上來看，業(yè)界認知相差不大，基本上是從液態(tài)鋰電池-半固態(tài)-固態(tài);先完成對電解液隔膜的替代，而后進行正極負極的替代。
為解決全固態(tài)電池內(nèi)部的界面接觸難題，同時充分利用現(xiàn)有液態(tài)鋰離子電池的生產(chǎn)工藝和設備，降低制造成本。目前固態(tài)電池技術路線為優(yōu)先發(fā)展混合固液鋰電池，逐步降低液態(tài)電解質(zhì)的含量，最后實現(xiàn)全固態(tài)鋰電池。
可以說，固態(tài)電池的工藝路線尚不成熟，產(chǎn)業(yè)化仍需時間，降本之路長路漫漫。
但另一方面在資本推動，技術路徑廣鋪，人才聚焦的趨勢下有望加快生產(chǎn)學習曲線，縮短工藝know-how時間，產(chǎn)業(yè)化的到來可能超出預期。
據(jù)預測，2020~2030年固態(tài)電池出貨量將高速增長，全球需求量在2020年、2025年、2030年分別有望達到1.7GWh、44.2GWh、494.9GWh，2030年全球市場空間有望達到1500億元以上。
04 尾聲
新能源車需求高企的背景下，對于動力電池的爭奪尤為激烈，雖然目前液態(tài)鋰電池獨霸一方，可是，鈉電池、鋁電池、氫燃料電池、固態(tài)鋰電池等均發(fā)起了挑戰(zhàn)。
然而，正如諸子百家爭鳴的帶來了學術上的繁榮局面一樣，各種技術路徑相應地在儲能、商務車、乘用車等領域找到了自己的應用方向。
可以確定的是，多種技術路徑的競爭對于產(chǎn)業(yè)的發(fā)展是有益的，有望縮短產(chǎn)業(yè)的認知時間，促進產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展。
即便遙遠，有些事是注定要發(fā)生的，這是事物發(fā)展的規(guī)律使然。
過程可能步履蹣跚，艱難困苦，錯綜復雜，但本著第一性原則，站在終點向后看，一切看起來都是必將發(fā)生的事，順其自然。
新技術的變革需要完成從研發(fā)到落地，從推廣到替代的過程。
這一切，需要的是時間。
免責聲明：本網(wǎng)站內(nèi)容主要來自原創(chuàng)、合作伙伴供稿和第三方自媒體作者投稿，凡在本網(wǎng)站出現(xiàn)的信息，均僅供參考。本網(wǎng)站將盡力確保所提供信息的準確性及可靠性，但不保證有關資料的準確性及可靠性，讀者在使用前請進一步核實，并對任何自主決定的行為負責。本網(wǎng)站對有關資料所引致的錯誤、不確或遺漏，概不負任何法律責任。任何單位或個人認為本網(wǎng)站中的網(wǎng)頁或鏈接內(nèi)容可能涉嫌侵犯其知識產(chǎn)權或存在不實內(nèi)容時，應及時向本網(wǎng)站提出書面權利通知或不實情況說明，并提供身份證明、權屬證明及詳細侵權或不實情況證明。本網(wǎng)站在收到上述法律文件后，將會依法盡快聯(lián)系相關文章源頭核實，溝通刪除相關內(nèi)容或斷開相關鏈接。
