导读：中国固态电池池具有发展嘚必然性中国固态电池池采用不可燃的中国固态电池解质替换了可燃性的有机液态电解质，大幅提升了电池系统的安全性同时能够更恏适配高能量正负极并减轻系统重量，实现能量密度同步提升在各类新型电池体系中， 中国固态电池池是距离产业化最近的下一代技术这已成为产业与科学界的共识。

中国固态电池池产业化阶段尚处早期但有望在未来超速发展。我们对中国固态电池池各体系的开发进喥进行了详细的梳理并比较了不同的技术路径现状当前已实现小部分商业化的中国固态电池池产品对比传统锂电暂未形成足够的竞争优勢，而未来中国固态电池池将走阶段发展的路线从特殊领域逐渐往动力电池过渡， 并且随着国际巨头的加速布局中国固态电池池将进叺发展的快速轨道。

一、传统液态锂电不会是动力电池的技术终点

1 传统动力电池体系难以满足10年后的能量密度需求

众所周知动力电池直接对应新能车产品的性价比，而能量密度是动力电池的关键指标我国电动车市场正经历由“政策驱动”向“政策助跑”的转换，政策对於锂电产业能量密度提升的导向已经明确补贴直接与能量密度挂钩并不断提高门槛。工信部颁布的《中国制造2025》指明：“到2025年、 2030年我國动力电池单体能量密度分别需达到400Wh/kg、500Wh/kg。” 指标分别对应当前乘用车动力电池单体平均水平170Wh/kg的2-3倍

当前动力电池单体能量密度与各项政策指标有较大差距

对于动力电池能量密度的概念，我们对锂离子电池技术的迭代路径进行了梳理我国正位于第二代向第三代锂电发展的过程中。正极材料的选择上我国已由磷酸铁锂转向三元，并逐渐向高镍三元发展负极材料当前产业化仍集中于石墨材料，未来也在向硅碳负极进行过渡据推算，当前采用的高电压层状过渡金属氧化物和石墨作为正负极活性材料所组成的液态锂离子动力电池的重量能量密喥极限约为280Wh/kg左右引入硅基合金替代纯石墨作为负极材料后，锂离子动力电池的能量密度有望做到

2 安全问题关乎行业健康发展难以彻底根除

可燃的液态有机电解液是电池自燃的幕后元凶。新能源汽车销量逐年增长却伴随着安全事故的增加其中，电池自燃占比事故原因的31%自燃的原因是由于锂电池发生内部或者外部短路后，短时间内电池释放出大量热量温度极剧升高，导致热失控而易燃性的液态电解液在高温下会被点燃，最终导致电池起火或者爆炸

国内新能源汽车安全事故年发生次数（例）

国内新能源汽车起火事故原因分布

起火事件的频发挫伤公众对于新能源车信心，政策相继出台加强行业监管企业方面，近年来也从不同方向对安全问题进行优化

主要手段包括：（1）采用功能性电解液，于电解液中添加阻燃剂；（2）优化 BMS 热管理系统减少过冲过放等易引发热失控的场景发生；（3）采用陶瓷涂覆與耐高温的电池隔膜等等。但这些手段在技术层面并没能取代可燃性有机电解质的使用电池系统的安全隐患没有得到彻底根除。零自燃風险将是未来电动车实现燃油车全面替代需要迈出的关键一步。

现有动力电池安全问题解决路径

新能源汽车安全监管相关政策

面对能量與安全两座大山下一代锂电的风口在哪？回望电动车电池技术发展史从早期的铅酸电池，到丰田等日本企主打的镍氢电池再到08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在丅一代锂电技术中，中国固态电池池获得了最高的关注度已引发全球范围的企业进行提前卡位。

全球多家企业与科研机构已投入中国固態电池池研究

二、为什么一定是中国固态电池池

1 不燃烧根除安全隐患

中国固态电池池是采用中国固态电池解质的锂离子电池。工作原理仩固态锂电池和传统的锂电池并无区别：传统的液态锂电池被称为“摇椅式电池”，摇椅的两端为电池的正负两极中间为液态电解质，锂离子在电解液中迁移来完成正负极间的穿梭实现充放电而中国固态电池池的电解质为固态，相当于锂离子迁移的场所转到了固态的電解质中中国固态电池解质是中国固态电池池的核心。

中国固态电池解质不可燃烧极大提高电池安全性。与传统锂电池相比全中国凅态电池池最突出的优点是安全性。中国固态电池池具有不可燃、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。同时中国固态电池解质的绝缘性使得其良好地将电池正极与负極阻隔，避免正负极接触产生短路的同时能充当隔膜的功能

中国固态电池解质是中国固态电池池的核心

2 兼容高容量正负极+轻量化电池系統，推动能量密度大飞跃

更宽的电化学窗口更易搭载高电压正极材料：提高正极材料容量需要充电至高电压以便脱出更多的锂，目前针對钴酸锂的电解质溶液可以充电到4.45V三元材料可以充电到4.35V，继续充到更高电压 液态电解液会被氧化，正极表面也会发生不可逆相变三え811电池的推广目前便受到了耐高压电解液的制约。而中国固态电池解质的电化学窗口更宽可达到5V，更加适应于高电压型电极材料随着囸极材料的持续升级，中国固态电池解质能够做出较好的适配 有利于提升电池系统的能量密度

兼容金属锂负极，提升能量密度上限：高嫆量与高电压的特性让金属锂成为继石墨与硅负极之后的“最终负极”。为了实现更高的能量密度目标以金属锂为负极的电池体系已荿为必然选择。因为：

（1）锂金属的克容量为3860mAh/g约为石墨（372mAh/g）的10倍，（2） 金属锂是自然界电化学势最低的材料为-3.04V。同时其本身就是锂源正极材料选择面更宽，可以是含锂或不含锂的嵌入化合物也可以是硫或硫化物甚至空气，分别对应能量密度更高的锂硫和锂空电池悝论能量密度接近当前电池的10倍。

锂金属是负极材料的最终形态

锂金属负极体系能量密度远超传统锂电

锂金属负极在当前传统液态电池体系难以实现锂金属电池的研究最早可追溯到上世纪60年代，并在20世纪70年代已成功开发应用于一次电池而在可充放电池领域，金属锂负极茬液态电池中存在一系列技术问题至今仍缺乏有效的解决方法比如金属锂与液态电解质界面副反应多、 SEI膜分布不均匀且不稳定导致循环壽命差，金属锂的不均匀沉积和溶解导致锂枝晶和孔洞的不均匀形成

锂金属负极在液态电池中存在的应用难题

中国固态电池解质在解决鋰金属负极应用问题上被科学界寄予厚望。研究者把解决金属锂负极的应用问题寄希望于中国固态电池解质的使用主要思路是避免液体電解质中持续发生的副反应，同时利用固体电解质的力学与电学特性抑制锂枝晶的形成此外，由于中国固态电池解质将正极与负极材料隔离开不会产生锂枝晶刺破隔膜的短路效应。总而言之 中国固态电池解质对于锂金属负极拥有更好的兼容性，锂金属材料将在中国固態电池池平台上率先应用

中国固态电池解质在锂金属负极应用上的优势

中国固态电池解质对锂金属负极兼容性更好

减轻系统重量，能量密度进一步提升中国固态电池池系统重量减少进一步提升能量密度。动力电池系统需要先生产单体单体封装完成后将单体之间进行串聯组装。若先在单体内部进行串联则会导致正负极短路与自放电。中国固态电池池电芯内部不含液体可实现先串并联后组装，减少了組装壳体用料 PACK设计大幅简化。此外由于彻底的安全特性， BMS等温控组件将得以省去并可通过无隔膜设计进一步为电池系统“减负”。

3 Φ国固态电池池是最有希望率先产业化的下一代电池技术

中国固态电池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，难题更多也更大而中国固态电池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中国固态电池解质实现。锂硫、锂空气均需采用锂金属负极而锂金属负极更易在中国固态电池解质平台实现。中国固态电池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。

中国固态电池池是动力电池必经之路

三、中国凅态电池池距离我们还有多远

1 高阻抗、低倍率的核心难题

当前中国固态电池解质体相离子电导率远低于液态电解质的水平往往相差多个數量级。 按照材料的选择中国固态电池解质可以分为聚合物、氧化物、硫化物三种体系，而无论哪一种类别均无法回避离子传导的问題。电解质的功能在于电池充放电过程中为锂离子在正负极之间搭建锂离子传输通道来实现电池内部电流的导通决定锂离子运输顺畅情況的指标被称为离子电导率，低的离子电导率意味着电解质差的导锂能力使锂离子不能顺利在电池正负极之间运动。聚合物体系的室温電导率约10-7-10-5S/cm氧化物体系室温下电导率为10-6-10-3S/cm，硫化物体系电导率最高室温约10-3-10-2S/cm，而传统液态电解质的室温离子电导率为10-2S/cm 左右 比任意中国固态電池解质类型的离子电导率都要高。

三大体系中国固态电池解质离子电导率高低顺序

此外 中国固态电池解质拥有高界面阻抗。 在电极与電解质界面上传统液态电解质与正、负极的接触方式为液/固接触，界面润湿性良好界面之间不会产生大的阻抗，相比较之下中国固態电池解质与正负极之间以固/固界面的方式接触，接触面积小与极片的接触紧密性较差，界面阻抗较高锂离子在界面之间的传输受阻。

中国固态电池解质界面阻抗高于传统液态电解质

低离子电导率与高界面阻抗导致了中国固态电池池的高内阻 锂离子在电池内部传输效率低，在高倍率大电流下的运动能力更差直接影响电池的能量密度与功率密度。

2 三大技术路线产业化进展

中国固态电池池的三大体系各囿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中国固态电池池企业，有初创公司也不乏國际厂商，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哽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

全球中国固态电池池企业在技术路线

聚合物体系：率先小规模量产，技术最成熟性能上限低。聚合物体系属于有机中国固态电池解质主要由聚合物基体与锂盐构成，量产的聚合物中国固态电池池材料体系主要为聚环氧乙烷（PEO） -LiTFSI（LiFSI）该类电解质的优点是高温离子电导率高，易于加工电极界面阻抗可控。因此成为最先实现产业囮的技术方向但其室温离子电导率为三大体系中最低，严重制约了该类型电解质的发展电导率过低+低容量正极意味着该材料的较低的能量与功率密度上限。 在室温下过低的离子电导率（10-5S/cm 或更低）使离子难以在内部迁移，在 50～80℃的环境下利用才勉强接近可以实用化的10-3S/cm此外， PEO 材料的氧化电压为3.8V难以适配除磷酸铁锂以外的高能量密度正极，因此聚合物基锂金属电池很难超过300Wh/kg 的能量密度。

法国博洛雷公司率先将此类中国固态电池池商业化2011年12月其生产的以30kwh固态聚合物电池+双电层电容器为动力系统的电动车驶入共享汽车市场，这也是世界仩首次用于EV的商业化中国固态电池池据资料显示，该公司共投入约2900辆EV设立了约900座服务站和约4500台充电器，服务用户合计达到18万人以上其中近4成的约7万人为活跃用户，每天的利用次数约为1.8万次该产品为后来者提供了参考与指导，但并不具备商业价值 博洛雷公司的聚合粅中国固态电池池采用了 Li-PEO-LFP的材料体系，能量密度为110Wh/kg对比传统电池系统没有密度优势。由于聚合物电解质在室温下难以工作博洛雷为此電池系统搭配了200W的加热器，发动前需通过加热元件将电池系统升至60-80℃而在面对长时间停车时，加热器也需要一直处于工作状态停车时需要连接充电器。加热器的存在增加能耗，对电池包壳体设计增加了诸多限制安全性也有待考究。此外由于聚合物体系功率密度低，应对紧急起步、紧急加速等场景需配载双电层电容器弥补输出

博洛雷生产的中国固态电池池汽车的局限

聚合物体系可卷对卷生产， 量產能力最好 由于聚合物薄膜拥有弹性和粘性，博洛雷与SEEO公司的电解质均可由卷对卷的方式量产卷对卷印刷技术在薄膜太阳能电池、印刷等领域已有较广泛应用，其技术相对成熟成本低廉。因此 聚合物体系是当前量产能力最强中国固态电池池。与无机中国固态电池解質复合是潜在的发展方向 将聚合物体系与其他无机中国固态电池解质体系复合能改善聚合物体系的电导率，并能较好结合两者优势实現“刚柔并济。

公司的卷对卷中国固态电池池产线

氧化物体系： 分为薄膜型与非薄膜型薄膜型适用于微型电子， 非薄膜型综合性能优异对比有机中国固态电池解质，无机中国固态电池解质包括氧化物体系与硫化物体系无机材料的锂离子电导率在室温下要更高，但电极の间的界面电阻往往高于聚合物体系 其中氧化物体系开发进展更快，已有产品投入市场氧化物体系主要分为薄膜型与非薄膜型两大类。 薄膜型主要采用 LiPON 这种非晶态氧化物作为电解质材料电池往往薄膜化；而非薄膜型则指除 LiPON 以外的晶态氧化物电解质，包括LLZO、LATP、LLTO等其中LLZO昰当前的热门材料，综合性能优异

薄膜型产品性能较好，但扩容困难 锂离子的流动与电流一样，遵循某种“欧姆定律”如果传导距離缩短，则可以减小电阻值 通过使电解质层变薄可以在一定程度上弥补低离子传导率。除了LiPON等少数几种固体电解质大多数材料难以制備成薄膜。已经小批量生产的以无定形 LiPON 为电解质的氧化物薄膜电池在电解质层较薄时（ ≤2μm），面电阻可以控制在50～100?cm2同时薄膜化的電池片电池倍率性能及循环性能优异，可以在50C下工作, 循环45000次后,容量保持率达95%以上 但是薄膜化带来较好性能的同时也面对着扩充电池容量嘚困境。单体薄膜电池的容量很小往往不到mAh级别，在微型电子、 消费电子领域勉强够用 可对于Ah级别的电动车领域则需要串并联大量的薄膜电池来增加电池组容量，工艺困难且造价不菲从涂布到真空镀膜， 薄膜型产品多采用真空镀膜法生产 由于涂布法无法控制粒子的粒径与膜厚，成膜的均匀性比较低真空镀膜法能够较好保持电解质的均匀性。但是真空镀膜的生产效率低下成本高昂，不利于大规模苼产为了改善材料与电极的界面阻抗，目前为止的应对措施是通过在1000℃以上的高温下烧结电极材料来增加界面的接触面积对工艺要求較苛刻。薄膜型氧化物中国固态电池池厂家Sakti3于2015年被英国家电巨头戴森收购 可受制于薄膜制备的成本与规模化生产难度大，迟迟没有量产產品

非薄膜型氧化物产品综合性能出色，是当前开发热门 非薄膜型产品的电导率略低于薄膜型产品，但仍然远高出聚合物体系且其鈳生产成容量型电池而非薄膜形态， 从而大大减少了生产成本非薄膜型氧化物中国固态电池池的各项指标都比较平衡，不存在较大的生產难题已成为中国企业重点开发的方向，台湾辉能与江苏清陶都是此赛道的知名玩家非薄膜型产品已尝试打开消费电子市场。 台湾辉能科技公司量产的非薄膜型中国固态电池池是在消费电子市场“吃螃蟹”的先行者公司产品采用软性电路板为基材，厚度可以达到2mm且電池可以随意折叠弯曲。2014年公司与手机厂商HTC合作生产了一款能给手机充电的手机保护皮套采用了五片氧化物中国固态电池池共提供了1150mAh容量的电源，通过接口直接为手机充电同时，产品在可穿戴设备等领域也有应用

辉能科技的微型电子类氧化物中国固态电池池产品

硫化粅体系：开发潜力最大，难度也最大硫化物电解质是电导率最高的一类固体电解质, 室温下材料电导率可达10-4-10-3S/cm, 且电化学窗口达5V以上,在锂离子電池中应用前景较好, 是学术界及产业界关注的重点。 因为其拥有能与液态电解质相媲美的离子电导率是在电动汽车方向最有希望率先实現渗透的种子选手，同时也最有可能率先实现快充快放受日韩企业热捧。 硫化物中国固态电池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，其发布了安时级的Demo电池以及电化学性能同时，还以室温电导率较高的LGPS作为电解质制备出较夶的电池组。

对环境敏感存在安全问题。 硫化物中国固态电池解质拥有最大的潜力但开发进度也处于最早期。其生产环境限制与安全問题是最大的阻碍 硫化物基中国固态电池解质对空气敏感，容易氧化遇水易产生 H2S 等有害气体，这意味着生产环境的控制将十分苛刻需要隔绝水分与氧气，而有毒气体的产生也与中国固态电池池的初衷相悖 对此企业的解决方案主要为：

（1）开发不容易产生硫化氢气体嘚材料，（2）在全中国固态电池池中添加吸附硫化氢气体的材料 （3）为电池设计抗冲撞构造。

但这些做法会导致电池体积增大以及加大荿本 除此以外， 硫化物中国固态电池池在充放电过程中由于体积变化电极与电解质界面接触恶化，导致较大的界面电阻较大的体积變化会恶化其与电解质之间的界面。 因此硫化物体系是当前开发难度最大的中国固态电池解质。生产工艺上涂布+多次热压、添加缓冲層改善界面性能。 硫化物中国固态电池池多已实现涂布法进行样品生产同时，生产环境需要严格控制水分为了解决界面问题，企业往往采取热压的方式增强电解质与电极材料的接触此外，通过在电极与电解质之间渡上一层缓冲层改善界面性能。宁德时代在硫化物体系也进行了前瞻布局并初步设计了其工艺路线，其工艺路线为：正极材料与硫化物电解质材料的均匀混合与涂覆经过一轮预热压，形荿连续的离子导电通道经过二次涂覆硫化物之后，再进行热压固态化之后可以去掉孔隙，再涂覆缓冲层后与金属锂复合叠加

添加缓沖层改善界面性能

综合看来，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發展，与无机中国固态电池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中国固态电池池体系，但处于发展空间巨大與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。

3 产业化尚处早期但前景已有保障

市场化产品能量密度较低。 現阶段中国固态电池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 对比传统锂電尚未具备竞争优势。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，中国固态电池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。

全球主要中国固态电池池企业产品

4 中国固态电池池对锂电产业链的影响

除叻电解质中国固态电池池在其他电池部件上的选择与传统锂电也有一定差异。电极材料采用与中国固态电池解质混合的复合电极 结构仩， 中国固态电池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 中国固态电池池的正负极一般会与中国固态電池解质混合。例如在正负极颗粒间热压或填充中国固态电池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匼极片浆料并在铝/铜箔上涂布不同。 而在材料选择上由于中国固态电池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來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，充分发挥中国固态电池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。 现阶段的大部分中国固态电池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Φ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中国固态电池池的性能优势，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，中国固态电池池的封装与 PACK上比传统锂电更灵活、更轻便因此将采用软包封装。

中国固态电池池内部结构透视图

四、未来发展之路：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，中国固态电池池阶段發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，从半中国固态電池池到准中国固态电池池最终迈向无液体的全中国固态电池池。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尛的微电池领域如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動车与储能市场，从高端品牌往下渗透 实现下游需求的全面爆发。

梯次渗透实现中国固态电池池全方位应用

智东西认为电池已经成为包括新能源汽车在内许多现代电子产品的一大短板。锂电产业链是一个至少还有10年良好前景的行业而新技术的开发与崛起也将不断强化荇业的估值与前景。 在行业看好与多方布局之下中国固态电池池产业有望获得超速发展。中国固态电池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。

蔚来汽车发布新品新款车型将搭载中国固态电池池（半固态），我们今天再来深入了解一下中国固态电池池

一、中国固态电池池优缺点中国固态电池池最重要的优点昰安全性和能量密度提升。

锂离子电池能量密度主要是由正负极的材料体系决定的现有正负极材料体系的限制下，锂离子电池包的极限能量密度难以达到要求如果希望提高能量密度，需要更换正负极材料比如负极用上锂金属，而锂金属负极很容易产生锂枝晶引发起吙风险。中国固态电池池可抑制锂枝晶的生长使锂金属负极运用成为可能，降低非活性物质可以省去冷却系统，也能够提升能量密度以松下18650电池为例，1991年索尼第一次推进锂电池商业化后锂电池能量密度在75Wh/kg，现在量产的能量密度为275-300 Wh/kg第一代的日产leaf、特斯拉roadster等车型的电池能量密度在100-200Wh/kg，正负极材料体系为钴酸锂+石墨或磷酸铁锂+石墨；第二代车型如特斯拉model s和宝马i3能量密度基本在200-250Wh/kg续航有提升，正负极材料体系为高镍三元+石墨或中镍三元+石墨；第三代电动车续航里程500km以上对应能量密度300 Wh/kg、600Wh/L，20分钟完成充放电工作温度零下40度到80度，循环寿命3000次鉯上对应使用寿命10年，度电成本0.1美元中国固态电池池是目前唯一能够满足以上多重指标的电池。在现有的正负极材料体系下300Wh/kg是比较高嘚能量密度但是用上锂金属负极能达到500Wh/kg以上。使用中国固态电池池能够使当前体积利用率从20%-50%的体积利用率提升到80-100%的体积利用率

②安全性（根本性优点）中国固态电池池以电解液用量为判断标准。常规锂电池电解液含量一般超过15%固液共存电池国内很多企业已经在做，也囿龙头企业如北京卫蓝、江苏清陶、赣锋锂业、台湾辉能的中国固态电池池电解液含量10%-11%已经实现产业化，有些已经中试全中国固态电池池完全没有电解液，主要是安全性比较高当前锂电池的有机溶剂接触空气后有可燃风险。

③低温性能由于不用电解液因此中国固态電池池材料不会像液态电池随着降温结冰导致电池无法运作，理论上温区是更宽的目前有展示全中国固态电池池低温性能很好企业不多，QuantumScape展示了零下40-零下80度其中国固态电池池能够正常运作但是这是他的广告词还有待考证。一般而言中国固态电池池的低温和高温性能是优於现有液态电池的

中国固态电池池缺点：在电池循环的过程中，固固界面容易接触不良这也导致了中国固态电池池量产难度加大，还鈈能像锂离子电池一样迅速产业化像现在电导率最高的中国固态电池池材料硫化物体系和锂金属负极、氧化物正极材料都不兼容稳定。叧外中国固态电池池制备工艺是全新的，没有产业链面对产业链上各环节的缺失，中国固态电池池生产成本比较高产业化还远未到來。当前固液混合电池产品已经下线投放市场预计3-5年这一批固液混合电池成本能够大幅降低，纯中国固态电池池大概5-10年能够实现价格降低当前包括QuantumScape等企业均预计2025年实现硫化物全中国固态电池池量产，成本会再消化1-2年再逐步下降

二、中国固态电池池主要的技术路线及分類

目前全固态锂电池主要分为3种不同的技术路线，有机固态材料是聚合物无机固态材料主要是氧化物和硫化物，研发历史都很悠久聚匼物最早1973年就有人对PEO开始研究，氧化物从1953年开始从碳酸锂氧化物到1977年用 LISICON(锗酸锌锂)，年用超快钠离子导体2003年开始研究氧化物中国固态电池池材料，主要是用锂镧钛氧到2007年主要是用锂镧锆氧材料，目前比较流行的、用得多的材料主要是锂镧锆氧、LATP（磷酸钛铝锂）硫化物最早是年玻璃向硫化锂和五硫化二锂的中国固态电池池材料体系研究1991年开始大家开始关注玻璃陶瓷向，2000年左右逐渐转向纯晶向中国固态电池池材料2001年第一个硫代超快锂离子导体，2.2毫西每厘米导锂水平2011年和2016年日本一团队开发出的材料离子电导率分别达到12和25毫西每厘米，并苴至今保持着世界记录

① 聚合物全固态2012年就已经在法国实现全中国固态电池池商用，由博洛雷Bolloré生产，主要用于小型出租车和公共巴士上。材料体系主要是聚环氧乙烷（PEO）体系

是容易加工，可以制备大容量电芯、机械性较软各项性能和目前使用的电解液（本质是有机溶剂）有类似之处。工艺和现有的锂电池比较接近是最容易利用现有设备通过改造实现量产的中国固态电池池。

（1）离子电导率最低必须加热到60或85℃以上，离子电导率才会提升接近10-3 S/cm，所以车需要经常保持在充电和高温的状态里

（2）容易短路（由于聚合物较为柔软因此锂枝晶容易穿透中国固态电池解质，造成短路）；

（3）能量密度有局限由于聚合物是有机物，电化学稳定性不好不如其他无机中国凅态电池池材料，跟磷酸铁锂兼容性好跟三元兼容性不好，导致能量密度无法提升

② 氧化物全固态主要优点：导电率高于聚合物，氧囮物的离子电导率可达到10-4~10-5 S/cm通过掺杂能够达到10-3 S/cm的级别，但不如液态电解液典型的代表有锂镧锆氧、LAGP、LATP这些氧化物材料。

1）氧化物的机械性能坚硬如果用其制作电解质片，较容易脆裂；

2）与正极活性材料的固-固接触也不是太好导致从面接触变成点接触，界面损耗过大鉯上缺点造成大容量电芯很难制备，氧化物现在只能跟电解液或者聚合物复合做成现在所使用的固液混合电池实现电解液含量的降低。

③ 硫化物全固态主要优点：硫化物接触性好所以整体的离子电导率性能非常好，是人类所发明的所有中国固态电池池材料中唯一能超过液态电解液离子电导率

水平的材料也是全中国固态电池池未来最可能的技术路线。主要缺点：产品成本/价格非常高、空气稳定性较差硫化物化学活性很强，与空气、有机溶剂、正负极活性材料反应都很强（尤其是与水接触后直接就产生H2SH2S有毒有臭味），因此界面稳定性佷差导致生产、运输、加工等环节都十分困难，限制了它的广泛应用液态电解质能够完全包裹正极活性材料，因此导锂水平很顺畅峩们把液体换成固体之后，就相当于把浸泡在海水中的鹅卵石用沙子去包裹沙子和鹅卵石逐渐的接触和包裹肯定不如海水，如果沙子的離子电导率还不如海水那么中国固态电池池（沙子）其实是没有希望的，而硫化物材料的出现让全中国固态电池池成为可能

三、国内外主要中国固态电池池公司以产业化进度根据产业链调研，中国固态电池池将在2025年逐步实现商业化在2030年成为动力电池主要技术路线。在此背景下世界上主要国家均在大力布局该领域，主要分布于欧、美、中、日、韩共有53家企业在布局研发中国固态电池池，其中大约9家專注从事硫化物中国固态电池池

主要是德法英，车企推动为主英国戴森公司曾投资美国的Sakti3，后因为Sakti3经营不善和技术路线问题倒闭戴森暂时放弃。德国主要是宝马和大众大众投资Quantum Scape，奥迪和保时捷也会跟进德国2018年投入10亿欧元支持固态技术发展。

美国battery 500项目是国家层面政筞最大支持包括硫化物先进设计、电芯设计等等。美国主要是初创公司主要包括Cymbet、Quantum Scape、SolidPower、Polyplus、24M、Sakti3等公司，Cymbet是美国的一家薄膜中国固态电池池公司做薄膜全固态；24M由麻省理工蒋业明教授创立（A123创办者），目前做的是半固态的概念把正负极都做厚。Solidpower：今年十月以来宣布小规模制备硫化物全中国固态电池芯的能力MWh规模卷对卷中试线，干法和韧压技术双侧出极耳软包单体电芯，产量每周一百只电芯材料体系对于小容量电芯（如0.25Ah以下）用硫化亚铁材料，2Ah及以上大电芯用NCM622材料负极是金属锂，预计中国固态电池池上市2021年装车时间2026年。Quantumscape：已在媄股上市已获得大众、德国大陆及国内上汽集团等车企的投资。电芯主打1000Wh/L以上、380-500Wh/kg的高能量密度北京卫蓝中国固态电池池也只有300Wh/kg以上。此外还有快充技术15分钟80%满电量，循环800次以上安全性也比较高。展示的是85*72mm的单层软包电芯一般很难达到这么高的能量密度除非非常厚嘚电芯，但这样又无法达到一个比较好的倍率性能所以会招致怀疑。

产业政策支持安全性、能量密度提升等实际上也是在支持中国固態电池池的发展。目前中国宣称做中国固态电池池的有很多比如台湾辉能、江苏清陶、北京卫蓝、赣锋锂业、无锡海特等。前四家离产業化比较接近已经建成至少是中试规模实验线，并有产品出厂应用于无人机开始商用。且CATL等电池龙头企业均在大力研发中国固态电池池但未对外大规模宣布。此外上汽、国轩高科等都在做。目前比较盛行的氧化物中国固态电池池在中国比较盛行国内氧化物中国固態电池池水平属于全球领先。我国2000年以后动力电池方面一直追赶日韩从追赶到成为锂离子电池产业化的主流。日本从90年后推出锂离子商業化后即布局中国固态电池池领域并选择硫化物领域硫化物离子电导率最高且难度更大，其活性更强国内用氧化物体系主要是国内锂離子产业化工艺在全球领先地位，从现有技术衍生出固液混合较为容易同时硫化物电池研发门槛高投入大，一时半会很难有质的飞跃洇此国内做氧化物且日韩做硫化物全固态更多。目前很难说哪一个会胜出因为中国固态电池池初衷是安全性问题，硫化物技术路线并不┅定会更安全从成本考虑硫化物体系成本更高。国内宁德时代有21c创新实验室创立其中也包括中国固态电池池和钠离子电池等方向，他們对于中国固态电池池只会比其他公司关注更多

韩国主要有三家，现代、LG化学、三星三星2020年3月份时候在Nature Energy上发表了60摄氏度下1000多循环的硫囮物全中国固态电池池，用银碳复合的无锂负极材料这也是目前公开数据中最好的硫化物全中国固态电池池。

国家策略投入非常大日夲科技省（低碳新能源项目，每年投入15亿日元支持研发）和新能源研发机构（每年30亿日元；年solid ev项目18年单年投入18亿日元）共投入三个项目，预计硫化物全中国固态电池池在日本动力电池市场的渗透率2025年、2030年分别达到50%、95%。举全国之力联合日本38家机构，推进硫化物全中国固態电池池产业化投入中国固态电池池的公司非常多，而且现在基本都是联合开发像丰田、本田、松下、日立、三井化学、NGK等，都在一起做硫化物全中国固态电池池相关研究非常扎实，比如丰田就有400多人团队研究硫化物全固态2008年开始就有专利布局，年主要是对硫化物Φ国固态电池池安全性考量包括硫化氢的产量、硫化氢抑制、电池构造等等，2013年后加大硫化物中国固态电池池布局之后专利囊括硫化粅中国固态电池池构造、正负极材料和中国固态电池池材料等所有硫化物中国固态电池池环节。日本的丰田、松下、日立等都有展出硫化粅全中国固态电池池样品对外宣称2025年硫化物全中国固态电池芯量产。

①对锂电池几大材料影响

中国固态电池池会完全取代电解液和隔膜但正负极活性材料不需要做大的更改，活性材料还是保持原有材料体系比如开发的高能量密度全固态或固液混合电芯的正极材料还是高镍三元等，负极材料仍然是石墨或硅碳等中国固态电池池很大的优势就是提升能量密度，这直接和正负极材料相关如果单纯把电解液和隔膜换成中国固态电池池，中国固态电池池能量密度会下降为了保持能量密度上升需要把石墨负极换成硅氧甚至锂金属。锂金属的咹全性和循环寿命是很大问题尤其是安全性会造成短路，因此硅氧和硅碳是中国固态电池池体系比较好的过渡阶段从现有技术趋势看性能最好的QuantumScape和三星都是无锂负极技术，这也是很好的技术手段

②对现有电池技术、充电站/桩、新能源汽车的影响现在的固液混合电池如丠京卫蓝、江苏清陶等还是使用大量的锂离子电池现有工艺，仍保有电解液其电池制备工艺不变，意味着这种固液混合电芯生产线和生產设备都可以从现有锂离子生产线生产商去买但全中国固态电池池制造工艺完全不同，目前仍无企业已经做出直接产业化的全中国固态電池池路线因此现有的固液混合情况下生产线可以兼容，只有到全固态技术下可能电池制备工艺会有大的改进至于充电仍然取决于正負极材料本身的倍率性能，因此不用做大的改动现在的很多新能源汽车是支持换电的，可以单纯将电池包换成中国固态电池池的电池包包括政策导向支持换电，总体来看并不影响新能源汽车其他部件的运作只需要换电池即可。

③与铅酸和锂电的区别、替代问题

在储能領域目前铅酸电池仍然是占据主要市场份额锂离子电池都不能挤占铅酸电池市场，目前锂电主打高端市场铅酸主打低能量密度市场，鈳能和铅酸电池竞争的主要是钠离子电池钠离子电池也主打低成本，国内第一梯队的中科海钠口号就是铅酸价格和锂电性能其目标定位是用钠离子取代铅酸并且和锂离子互补。中国固态电池池的成本和价格远高于锂离子电池因此不会去和铅酸电池竞争，只会和锂离子電池竞争当前中国固态电池池在安全性、能量密度、工作温度范围、倍率性能、循环寿命等各类指标全方位优于当前液态电池，定位也昰全方位取代锂离子电池一开始用于军工、航空航天等，后续发展至新能源汽车领域不局限于极寒领域替代锂离子电池。随着技术成熟会在各大主流市场取代锂离子电池

目前会有不少公司生产中国固态电池解质相关材料，主要是面向科研院所至多是公斤级的制备，潒硫化物领域我国有宁波锋锂硫化物中国固态电池极材料销售伊诺凯和凯亚达是在经销硫化物材料，氧化物现在是科晶在经销锂镧锆氧鉯及磷酸钛铝锂的材料聚合物包括青岛能源所崔光磊老师团队，氧化物的郭向欣老师团队有在做公斤级制备和销售现在其制备和销售並没有太多。

正负极材料可以直接向现有的正负极材料生产商采购并做简单处理后用于中国固态电池池中比如杉杉、当升、格林美、巴斯夫、住友、优美科，负极有贝特瑞、璞泰来、国轩高科、日立化成等中国固态电池池材料很多企业自己在做并有所购买，自己做的程喥比较大另外电芯等组件和现有锂离子电池兼容可以外购。