過去三年中，新能源車市需求的膨脹式發(fā)展，讓動力電池行業(yè)的“話語權(quán)”掌握在了最上游的鋰礦企業(yè)手中，而鋰礦價格也像坐上了過山車一般，從20年的不足4萬元/噸，一路飆漲至最高超57萬元/噸，成為了新能源時代的“白色石油”。

而新年伊始，一路狂奔向前的鋰礦市場卻接連遭遇失速。

(相關(guān)資料圖)

以澳大利亞為代表的鋰礦石開采產(chǎn)能已經(jīng)提速，加之漲價使得電池材料回收產(chǎn)業(yè)迎來機遇，回收資源很大程度上替代了原始的資源需求。同時，下游需求在第一輪新能源車熱潮過后，出現(xiàn)了一定程度的萎靡。

在需求與供給的雙重打擊之下，鋰礦也迎來了“雪崩”，其價格在短短三個月中便下跌到了15萬元/噸。

在鋰礦價格下跌的同時，鋰離子動力電池的經(jīng)濟性也重新凸顯了出來，在過去兩年中不被看好的鋰離子固態(tài)電池，在市場與技術(shù)的雙重利好之下，重新被人們所認(rèn)知。

4月18日，在上海車展中，長安深藍(lán)首款搭載半固態(tài)電池系統(tǒng)的中型SUV深藍(lán)S7亮相，其優(yōu)異的續(xù)航與極高的安全性受到了參展人的廣泛關(guān)注。而東風(fēng)汽車、蔚來、賽里斯等車機廠，也紛紛拋出了自己的固態(tài)電池制造計劃。

而在國家層面，韓國政府于4月20日宣布，將由政府及其頭部電池公司牽頭，在2030年之前共同投資20萬億韓元，以開發(fā)包括固態(tài)電池在內(nèi)的先進電池技術(shù)，并在2025年開始商業(yè)化生產(chǎn)，進而維持韓國在動力電池領(lǐng)域的絕對實力。

可以說，全球范圍內(nèi)的尖端車機廠商與政府都加入了這場固態(tài)電池領(lǐng)域的“軍備競賽”，那么，固態(tài)電池究竟是什么？為何在鋰離子電池經(jīng)濟性重新出現(xiàn)后便如此受到車機廠、政府與技術(shù)人員的關(guān)注？

本文將通過研究分析當(dāng)前固態(tài)電池相關(guān)技術(shù)的推進程度，以及對產(chǎn)業(yè)鏈上相關(guān)公司的分析，來為讀者展現(xiàn)固態(tài)電池行業(yè)及公司的發(fā)展?fàn)顩r。

固態(tài)電池或?qū)⑷〈鷤鹘y(tǒng)鋰電池

固態(tài)電池有哪些優(yōu)點？在回答這個問題之前，我們需要了解鋰離子電池的分類。

鋰離子電池自出現(xiàn)至今已有近40年的歷史，自1976年鋰電池之父”斯坦利·惠廷漢姆提出最早的鋰二次電池雛形：正極材料使用硫化鈦，負(fù)極使用金屬鋰并且使用含鋰鹽的電解液后，鋰離子電池便正式出現(xiàn)了。

但由于電池的安全性、穩(wěn)定性、電容量等各項指標(biāo)均不理想，導(dǎo)致其始終無法商用。

而在1980年古迪納夫開發(fā)了鈷酸鋰、磷酸鐵鋰以及錳酸鋰三大正極材料后，便奠定了現(xiàn)在主流正極材料體系。1991年吉野彰擺脫負(fù)極鋰金屬限制，創(chuàng)新性使用石墨作為負(fù)極，才真正突破理論性研究，進而開發(fā)了第一個商用鋰離子電池。

但是，伴隨著科技的快速發(fā)展與消費者對鋰離子電池容量、安全性的要求不斷提高，我們急需一種新型的鋰離子電池，此時，與電池容量與安全性息息相關(guān)的電解質(zhì)部分，便被科學(xué)家們盯上了。

如果按電解質(zhì)的形態(tài)對鋰離子電池進行分類的話，可以按照其中液體含量的多少分為液態(tài)電池與固態(tài)電池，而固態(tài)電池又能分為半固態(tài)電池、準(zhǔn)固態(tài)電池與全固態(tài)電池三種類型。

液態(tài)電池中的電解質(zhì)都是由液體組成，而半固態(tài)液體電解質(zhì)質(zhì)量百分比<10%，準(zhǔn)固態(tài)液體電解質(zhì)質(zhì)量百分比<5%，全固態(tài)則不含有任何液體電解質(zhì)。

那么，固態(tài)電池與液態(tài)電池在具體表現(xiàn)上究竟有哪些不同？

首先，液態(tài)電池即將到達(dá)能量密度瓶頸，而固態(tài)電池能量密度上限更高。

《中國制造2025》提出的電池技術(shù)目標(biāo)是2020、2025年分別達(dá)300Wh/kg、400Wh/kg；而據(jù)中科院研究院吳嬌楊等統(tǒng)計，1991-2015年鋰離子電池的能量密度已提升3倍，GAGR約3%，按線性推算2020、2025年能量密度僅能達(dá)到300Wh/kg、320Wh/kg。

而從實際技術(shù)來看，由于鋰金屬負(fù)極活性極強、穩(wěn)定性差導(dǎo)致極難與液態(tài)電解液兼容，進而無法發(fā)揮其具有最低電化學(xué)電勢與極高的電容量的優(yōu)點，直接限制了整個電池能量密度的發(fā)展。

此外，電解液也很難匹配高電壓正極，目前主流的電解液電壓窗口不超過4.5V，這直接制約了正極材料的可選范圍，從而限制了能量密度的發(fā)展。

也就是說，現(xiàn)在的鋰離子電池能量密度增速明顯放緩并接近理論極限，在不更新材料的前提下，再難取得新的突破。

而固態(tài)電解質(zhì)便很好地解決了這些問題。

相較于液態(tài)電解質(zhì)，固態(tài)電解質(zhì)的電化學(xué)性能更穩(wěn)定，能兼容活性極強的鋰金屬負(fù)極；同時固態(tài)電解質(zhì)可抑制鋰枝晶析出，滿足鋰金屬負(fù)極應(yīng)用的必要條件。

同時，部分固態(tài)電解質(zhì)電壓窗口更大，可適配高電壓的正極材料；若采用鋰金屬負(fù)極，則理論上正極可用不含鋰材料，能量密度、降本空間都有望得到巨大提升，體積能量密度更有望超過100Wh/L。

次之，液態(tài)電池難以解決安全性的問題，固態(tài)電池卻從根本上杜絕了問題的發(fā)生。

電解液是造成液態(tài)鋰離子電池安全事故的最大推手。鋰電池的熱失控主要是因內(nèi)部短路或工作溫度過高的原因?qū)е鲁跏紲囟壬仙?，?dǎo)致SEI膜分解，同時電解液持續(xù)升溫釋放多種可燃?xì)怏w與氧氣，進而出現(xiàn)燃燒的情況。

目前鋰電池產(chǎn)業(yè)主要依靠緩解熱失控來應(yīng)對安全事故，如在電芯內(nèi)添加阻燃劑、惰性氣體等；在Pack層面可增加反穿刺設(shè)計、熱屏障等。但是高危的電解液是LIB安全問題的本質(zhì)，而其作為LIB的必需材料，理論上無法解決安全性問題。

而固態(tài)電解質(zhì)的失控初始溫度均超過液態(tài)電解質(zhì)（120℃），而氧化物固態(tài)電解質(zhì)的安全性最高，熱失控溫度均超過600℃，從理論上杜絕了電池燃燒等安全問題。

最后，便是液態(tài)電池的工藝優(yōu)化空間遠(yuǎn)不如固態(tài)電池大。

目前，液態(tài)電池的電信制造流程主要包括電極制備（濕法為主）→卷繞→封裝→注液→化成→分選→組裝，而高速率混漿、涂覆和卷繞/疊片技術(shù)以及大容量電芯技術(shù)推動單線產(chǎn)能不斷擴大。

資料來源：高工鋰電，中國銀河證券

但由于濕法電極制備環(huán)節(jié)中涉及低效率的涂覆、烘干，卷繞環(huán)節(jié)需要停線插入極片等因素，即使是特斯拉升級后的4680技術(shù)，仍涉及復(fù)雜的激光焊接環(huán)節(jié)，因此電芯制造效率提升仍存在較大瓶頸。

此外，傳統(tǒng)組裝CTM為電芯-模組-電池包-車身的過程，會使用大量零部件并增加整體質(zhì)量，同時涉及復(fù)雜連接、電池管理系統(tǒng)的配合。

而固態(tài)電池則可以采用干法電機工藝。干法電極技術(shù)是一種無溶劑的生產(chǎn)技術(shù)，方法是將正負(fù)極材料與粘結(jié)劑等混合，然后直接通過壓延、噴涂、擠出或氣相沉積的方式形成片狀、薄膜狀電極。

與濕法電極制備相比，干法技術(shù)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：①省去了漿料攪拌、干燥、有害溶劑回收等環(huán)節(jié)，節(jié)省了材料、時間、廠房和人工等生產(chǎn)成本；②性能方面，電極更厚能量密度更高；③無有毒溶劑更環(huán)保。

數(shù)據(jù)來源：中國銀河證券

此外，在組裝環(huán)節(jié)中，固態(tài)電池使用多層雙極結(jié)構(gòu)的電芯本身就可視為“成組”過程，通過串聯(lián)式的致密堆積可以大大提升空間利用率，實現(xiàn)更低的內(nèi)阻、更高的能量密度與電流輸出，在后續(xù)封裝過程中也無需復(fù)雜的連接，在量產(chǎn)后有著極大的提效空間與降本空間。

也正是打破能量密度瓶頸、有效優(yōu)化傳統(tǒng)鋰電池缺陷、可以進一步突破工藝空間，成為了固態(tài)電池加速發(fā)展，替代液態(tài)電池的三大推力。

“折中”的方案——半固態(tài)電池

那么，既然固態(tài)電池較傳統(tǒng)鋰電池來說有著如此多的優(yōu)勢，那么并未加速普及的背后，自然有著它自身尚未攻克的難題。

而這些難題總結(jié)下來，主要集中于兩個方面：

一方面，全固態(tài)電池尚有技術(shù)難點有待突破，比如固態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率遠(yuǎn)低于液態(tài)電解質(zhì)，這使得電池內(nèi)阻明顯增大、電池循環(huán)性變差、倍率性能變差等；

而另一方面，高昂的成本也是制約全固態(tài)電池商業(yè)化的因素，目前液態(tài)鋰電池的產(chǎn)業(yè)鏈非常成熟，可以用低廉的成本生產(chǎn)出性能較好的鋰電池，而全固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)鏈還不夠完善。

而解決這些問題的最主要著手點，還是推進固態(tài)電解質(zhì)的研發(fā)。

目前，固態(tài)電池有著三條主流路線，分別為聚合物、氧化物、硫化物，三種技術(shù)路線體系不同，各有優(yōu)劣。

首先是聚合物技術(shù)路線，聚合物做電解質(zhì)的優(yōu)點是易加工，與現(xiàn)有的液態(tài)電解液的生產(chǎn)設(shè)備、工藝都比較兼容，并且機械性能較好。但其電導(dǎo)率太低，需要加溫至60℃方可正常工作，也無法適配高電壓的正極材料。

而硫化物則剛好與聚合物相反，硫化物有著最高的電導(dǎo)率與較寬的電化學(xué)穩(wěn)定性，是最有發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)路線，但硫化物的制備工藝十分復(fù)雜，且容易與空氣中的水、氧氣反應(yīng)產(chǎn)生硫化氫劇毒氣體。

而氧化物則兼具兩者的優(yōu)點，有比較好的導(dǎo)電性、穩(wěn)定性和電化學(xué)性能，也是目前推進最快的技術(shù)。

資料來源：信達(dá)證券

氧化物體系因研發(fā)成本和難度相對較低，故國內(nèi)廠商側(cè)重氧化物固態(tài)電解質(zhì)，也有望在半固態(tài)池中實現(xiàn)規(guī)?；宪嚒?/p>

但從長遠(yuǎn)角度看，硫化物固態(tài)電解質(zhì)雖然研發(fā)難度高，但因其優(yōu)異的性能和較大的潛力吸引實力和資本雄厚的電池企業(yè)不斷投入研發(fā)，諸多巨頭選擇其為主要技術(shù)路徑，頭部企業(yè)已有十幾年的技術(shù)積累，一旦實現(xiàn)突破將形成高技術(shù)壁壘。

而在電解質(zhì)的選擇之外，電池能量密度的提升還需要匹配高能電極材料。

固態(tài)電池可以沿用現(xiàn)有的負(fù)極體系，但對提升能量密度的幫助不大。而如果想要大幅度提升電容量，便需要高效應(yīng)用鋰金屬負(fù)極。

鋰金屬負(fù)極具有能量密度高的優(yōu)勢，這直接關(guān)乎電池的容量問題。因此，可以不夸張的說，哪家公司掌握了鋰金屬負(fù)極的應(yīng)用技術(shù)，這家公司便能獲得產(chǎn)品性能、成本的雙重優(yōu)勢，占據(jù)市場戰(zhàn)略高地。

但是，目前鋰金屬負(fù)極亟需解決穩(wěn)定性的問題，且鋰金屬負(fù)極量產(chǎn)降本空間極大，這都是尖端電池技術(shù)企業(yè)需要跟蹤長期研究的課題。

所以說，當(dāng)前全固態(tài)電池的發(fā)展仍然任重道遠(yuǎn)，規(guī)模量產(chǎn)的挑戰(zhàn)極大。

此時，半固態(tài)電池作為一種“折中”的工藝，便是當(dāng)下最好的選擇。

半固態(tài)電池制造工藝流程和裝備與目前鋰電池通用程度高，只是一些關(guān)鍵的工藝環(huán)節(jié)，比如原位固態(tài)化、混料、注液等，操作方式和現(xiàn)在的液態(tài)鋰電池不同。

但其卻擁有能量密度高、體積小、安全性更高、柔性化程度更好等諸多特點，成為了目前車機廠商們下一代主流電池技術(shù)路線的首選。

同時，半固態(tài)電池也被視作全固態(tài)的過渡路線，畢竟沒有哪一項新技術(shù)是一蹴而就，都需要在研究與商業(yè)化之間來回往返，共同進步。

清陶能源、衛(wèi)藍(lán)新能源，突圍固態(tài)技術(shù)制高點

由液態(tài)電池逐漸向固態(tài)電池過渡是鋰電技術(shù)進步的重要趨勢。在全球范圍內(nèi)，各大車企、電池企業(yè)、投資機構(gòu)、科研機構(gòu)等在資本、技術(shù)、人才方面均積極布局，以加速固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化進程。

而從全球范圍來看，大致可分為中國、日韓及歐美三個陣營。

在技術(shù)方向上，日韓起步最早并選擇了硫化物固態(tài)電解質(zhì)路線，目前日韓企業(yè)持有固態(tài)電池專利數(shù)全球領(lǐng)先。歐美選擇氧化物固態(tài)電解質(zhì)路線居多，且均在直接開發(fā)鋰金屬負(fù)極應(yīng)用。

而中國三種固態(tài)電解質(zhì)路線均有布局，在開發(fā)全固態(tài)電池的同時也在大力發(fā)展對現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)更友好的半固態(tài)電池，也有眾多優(yōu)秀的中國公司從快速發(fā)展的行業(yè)中脫穎而出。

其中，衛(wèi)藍(lán)新能源在固態(tài)電池技術(shù)革新上發(fā)揮了自身的價值。

衛(wèi)藍(lán)新能源成立于2016年，是一家專注于全固態(tài)鋰電池研發(fā)與生產(chǎn)、擁有系列核心專利與技術(shù)的國家高新技術(shù)企業(yè)，是中國科學(xué)院物理研究所清潔能源實驗室固態(tài)電池技術(shù)的唯一產(chǎn)業(yè)化平臺。

雖然公司成立較晚，但其由中國工程院院士陳立泉、中科院物理所研究員李泓、原北汽新能源總工俞會根共同發(fā)起創(chuàng)辦，早在上世紀(jì)九十年代便開始進行固態(tài)電池的研發(fā)，具有較為深厚的技術(shù)積累。

圖源：Sensor Tower

衛(wèi)藍(lán)新能源的產(chǎn)品覆蓋面很廣，研發(fā)內(nèi)容包含了正負(fù)極、電解液、隔膜、生產(chǎn)設(shè)備等整個電池生產(chǎn)的全方面。并擁有22Ah、23Ah、27Ah、30Ah 四種固態(tài)鋰離子電芯產(chǎn)品，以及 7 種不同規(guī)格的固態(tài)鋰離子電池包，可用于巡檢、安防、無人機、機器人、醫(yī)療設(shè)施設(shè)備等領(lǐng)域。

資料來源：衛(wèi)藍(lán)新能源公司官方網(wǎng)站

而在前沿技術(shù)推進的同時，公司也在推動固態(tài)電池的量產(chǎn)與商業(yè)化，分別于2020年與2022年，在溧陽、淄博、湖州三地進行了固態(tài)電池產(chǎn)線的開工與投產(chǎn)。

而也就在去年11月，衛(wèi)藍(lán)新能源成功量產(chǎn)了360Wh/kg車規(guī)級固態(tài)電池產(chǎn)品，可以實現(xiàn)電動汽車一次充電續(xù)航里程達(dá)到 1000km。較好地解決了消費者最為關(guān)切的里程焦慮和安全性問題，這就標(biāo)志著2023年，成為了中國車用固態(tài)電池商業(yè)化的開始。

而在公司的背后，也有眾多頭部車廠、產(chǎn)業(yè)資本和政府資金的身影。

2018年，衛(wèi)藍(lán)新能源完成A輪數(shù)億元人民幣的融資，投資方包括三峽資本、中科院創(chuàng)投等多家基金，還在各地政府的扶持下成立了江蘇衛(wèi)藍(lán)新能源電池有限公司、北京衛(wèi)國創(chuàng)芯科技有限公司、溧陽先導(dǎo)固態(tài)電池材料有限公司等三家子公司。

隨后，還與天齊鋰業(yè)合資成立天齊衛(wèi)藍(lán)固鋰新材料有限公司，從事預(yù)鋰化負(fù)極材料與回收、金屬鋰負(fù)極及鋰基合金（復(fù)合）負(fù)極材料、預(yù)鋰化試劑（原材料）、預(yù)鋰化制造設(shè)備等相關(guān)業(yè)務(wù)。數(shù)據(jù)顯示，截止2022年12月，衛(wèi)藍(lán)新能源共完成了八輪融資，老股東蔚來資本、IDG資本繼續(xù)加注。

率先實現(xiàn)規(guī)?；慨a(chǎn)，清陶能源基本領(lǐng)跑了固態(tài)電池行業(yè)新格局。

清陶能源是清華大學(xué)南策文院士團隊領(lǐng)銜創(chuàng)辦的高新技術(shù)企業(yè)，是國內(nèi)固態(tài)鋰電池產(chǎn)業(yè)化的領(lǐng)跑者，建有國內(nèi)首條固態(tài)鋰電池生產(chǎn)線，率先實現(xiàn)了由0.1GWh到1GWh的產(chǎn)能升級，構(gòu)建了完備的自主知識產(chǎn)權(quán)體系。

實際上，早在2018年，清陶在3C數(shù)碼領(lǐng)域便實現(xiàn)了固態(tài)電池的第一代電池的量產(chǎn)；2020年，清陶與合作伙伴共同公開披露了可行駛固態(tài)電池的樣車，也是國內(nèi)固態(tài)電池發(fā)展領(lǐng)域多個第一名的取得者。

目前，清陶能源下設(shè)固態(tài)鋰電池、固態(tài)鋰電池相關(guān)材料、相關(guān)設(shè)備和電池回收利用四個板塊，覆蓋產(chǎn)業(yè)鏈中下游，通過核心材料和設(shè)備創(chuàng)新來共同支撐固態(tài)鋰電池整個產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的發(fā)展。

資料來源：清陶能源官網(wǎng)

在技術(shù)方面，清陶能源背靠清華大學(xué)團隊，主要著重于以氧化物為電解質(zhì)的半固態(tài)電池方向的研發(fā)，通過正負(fù)極、電解液、隔膜、粘接劑、封裝工藝等多項發(fā)明專利，成功減少了電解液中易燃易爆的添加劑，其量產(chǎn)的固態(tài)電池，在提升安全性的同時，還具有能量密度高、長壽命、可柔性化等優(yōu)點。

在產(chǎn)品方面，公司不僅生產(chǎn)固態(tài)電池，還包括許多相關(guān)新材料與自動化設(shè)備，主要包括括固態(tài)電解質(zhì)材料、復(fù)合隔膜材料、凹土新材料與眾多非標(biāo)定制化設(shè)備等，已經(jīng)成為了國內(nèi)眾多固態(tài)電池企業(yè)材料、設(shè)備的供應(yīng)商。

而在固態(tài)電池相關(guān)產(chǎn)能的布局方面，清陶能源也在加速擴張。據(jù)統(tǒng)計，目前公司固態(tài)電池已建、在建和擬建的產(chǎn)能合計達(dá)到 35GWh。擁有三條固態(tài)動力電池項目生產(chǎn)線，并將于2023年全部投產(chǎn)，成為行業(yè)的中“吃螃蟹的人”。

寫在最后

可能再也沒有一種前瞻鋰電池技術(shù)，像“固態(tài)電池”那樣擁有這么高的人氣。

作為傳統(tǒng)鋰電池的升級，固態(tài)電池通過更換電解質(zhì)與負(fù)極材料的方法，獲得了能量密度更高、安全性更好、工藝優(yōu)化空間更大、柔性更強的電池，成為了下一代鋰電池的理想形態(tài)。

但是，一項先進技術(shù)的研發(fā)過程，絕不會是一路坦途，固態(tài)電池的發(fā)展道路也是如此。時至今日，三種固態(tài)電解質(zhì)各有優(yōu)劣，都沒有達(dá)到理論中那么良好的狀態(tài)。此外，尚未形成規(guī)?；纳a(chǎn)，也大大抬升了固態(tài)電池的成本。

但也正是在科研與商業(yè)化不斷交織的過程中，一項新的技術(shù)才能發(fā)展起來。

時至今日，其實在眾多對期望性能高但對經(jīng)濟性沒有過多要求的場景，固態(tài)電池已經(jīng)在悄無聲息的滲透，并正在逐步取得廣泛應(yīng)用。

而我相信，伴隨著時間的推移與技術(shù)的突破，固態(tài)電池一定會逐步普及，并在各個領(lǐng)域中替代掉傳統(tǒng)的液態(tài)鋰電池。而相關(guān)公司，也將在這場事關(guān)所有人的電池替代大潮中快速成長。

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