噱頭還是黑科技？固態電池究竟為何物

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新年伊始，不少車企紛紛推出續航1000公里的電池，但隨后又被中科院院士炮轟“夸大營銷”。其實目前業界主流觀點認為鋰離子電池已經到了極限，固態電池是未來電池技術的發展方向。那么，固態電池到底是什么？電池安全問題解決了嗎？用戶還得擔心里程嗎？什么時候可以量產等等？這篇文章將為你一一解答。

快速學習全文:

★固態電池最大的優點是安全性高，能量密度高；缺點是成本高，很難快速充電；

★預計2025-2030年后固態電池大規模商用；

★目前三元鋰電池能量密度接近極限，全固態鋰電池有望成為下一代主流產品；

★豐田在固態電池領域有著深厚的積累。近年來，中國企業正在奮力追趕。

★蔚來推出的“固態電池”是半固態鋰離子電池，與全固態鋰電池有本質區別。

1.什么是固態電池？

其實固態電池的工作原理和傳統鋰電池差不多。)也是如此，兩者都是依靠鋰離子在電池正負極之間的反復轉移，從而實現充放電功能。在業內也被形象地稱為“搖椅電池”。像運動員一樣，鋰離子在搖椅的兩端來回運行。兩者的區別在于固態電池的電解液為固態，而傳統鋰電池的電解液為液態。

眾所周知，傳統鋰離子電池由正極、負極、電解液和隔膜組成。運行中，除了液體電解質傳導鋰離子外，還需要隔膜隔離正負極，避免系統短路。

另一方面，固態鋰電池用固體電解質代替電解液和隔膜，結構更簡單，絕緣更好，能有效避免正負極接觸造成的短路。當然，固態電池并不是更換電解液那么簡單，其正負極材料會根據化學特性進行重新匹配，從而達到更高的綜合性能。

需要注意的是，根據液體電解質的質量百分比，固態電池可以分為三類:半固態、準固態和全固態。由此可見，“固態電池”和“全固態電池”之間存在包容關系，就像“鋰電池”和“鋰離子電池”一樣。

進一步細分，全固態電池分為“全固態一次鋰電池”和“全固態鋰二次電池”，其中前者已投入商用；后者是目前業界研究的重點。其中，全固態鋰二次電池根據正負極材料的不同分為全固態鋰離子電池和全固態鋰金屬電池。一般來說，固態電池是一個很大的范疇，不能一概而論。

2.固態電池有什么優勢？

在了解固態電池的優勢之前，我們先來回顧一下目前鋰離子電池的“痛點”。我相信脫口而出一定是“里程焦慮”和“不安全”。事實上，傳統鋰離子電池的能量密度和熱失控一直是其發展道路上的“攔路虎”，而固態電池在這兩方面都有了質的提升。

●安全性高:液體電解質中含有易燃的有機溶劑，當系統發生短路時，容易造成安全隱患。但固體電解質不可燃、無腐蝕性、不揮發、不漏液、絕緣性好，在高溫下不會發生副反應，因此其安全性較傳統鋰電池有質的提高。

●高能量密度:由于固態電池沒有隔膜和電解液，節省了近40%的體積和25%的質量，從而提高了電池組的能量密度。此外，以鋰金屬為負極等新型正負極材料，理論上電池的比能量可以輕松突破350Wh/kg的上限，甚至有望達到500Wh/kg。

●更長的循環壽命:在液體電解質充放電過程中，界面膜和鋰枝晶會刺穿隔膜，而固體電解質可以有效避免上述問題，從而大大提高電池的循環次數和使用壽命。

●適用范圍更廣:由于采用固體電解質，電池的形狀將不再受到嚴格限制；而且工作溫度范圍更廣，可以應用于更多的場景。此外，固體電解質的電化學窗口更寬，可應用于高壓電極材料，有利于進一步提高能量密度。

3.固態電池有哪些缺點？

●電導率低難以快速充電:由于固體電解質與正負極材料固-固接觸，電極與電解質的有效接觸面積小，大大降低了鋰離子的傳輸效率，因此電導率比液體電解質低10倍以上。低電導率也使得固態電池很難快速充電，當車輛需要大功率放電時，可能會出現供電不足的情況。

●成本相對較高:成本是目前固態電池技術商業化面臨的最大挑戰，主要是因為固態電池的制備工藝還處于研發階段，產業化還不完善，導致成本較高。整體來看，固態電池技術仍處于從技術成熟到產業化的過渡階段，仍需要材料降價、工藝改進和更穩定的供應鏈體系。

★本章總結:

可見，固態電池的優缺點非常鮮明，安全性更好，能量密度更高，靈活性更強，這些都是傳統鋰電池無法突破的瓶頸。固態電池的缺點也是非常致命的，它的電導率低，很難快速充電，成本高，短期內很難商業化。一般來說，從短期來看，固態電池和傳統鋰離子電池各有利弊，可能并行發展。但從長遠來看，一旦快速充電和成本問題得到解決，固態電池將擁有傳統鋰離子電池無法比擬的優勢。

4.固態電池的發展現狀

如前所述，固態電池的安全性相比傳統鋰電池有了質的提升，這是與消費者關系最密切的特性。另外，目前大力發展固態電池的另一個原因是為了提高能量密度。一方面是用戶對續航里程的需求不斷增加，另一方面是政策引導。

近年來，雖然新能源汽車補貼政策經歷了多次調整，但仍大力支持高續航、高能量密度的產品。但有專家指出，三元鋰離子動力電池已經可以看到能量密度的“天花板”。未來要突破瓶頸，在2025年達到400Wh/kg，可能需要把希望寄托在固態電池上。

可見，固態電池幾乎可以算是傳統鋰電池的繼承者，這也是國家和企業大力研發的原因。據國家知識產權戰略網統計，截至2021年12月31日，全球固態鋰電池領域專利申請量為9232件，其中日本在該領域專利申請量最多，占申請總量的41%。其次是中國和美國，分別占23%和18%；韓國占11%。

在產業化進展方面，目前中國、日本、韓國、歐美共有53家企業布局固態電池研發，其中9家專注于硫化物固態電池。其中，日本與豐田、松下等公司和大學聯手開發硫化物固態電池。預計到2025年和2030年，硫化物固態電池在日本動力電池市場的滲透率將分別達到50%和95%。韓國也開發了60℃下循環1000次以上的硫化物全固態電池。

國內固態電池的研發主要依托中科院等科研機構，是氧化物固態電池技術的全球領導者。值得一提的是，近年來，一些企業開始嘗試科研成果產業化，其中包括惠能科技、陶青能源、京衛蘭、贛鋒鋰業等。已經推出了商業產品。

5.固態電池的未來展望

雖然中國在固態電池領域的積累與日本等國家還有一定差距，但得益于巨大的市場需求，中國近年來一直在追趕日本。此外，政策還對固態電池給予了高度重視。在2021年底發布的《新能源汽車產業發展規劃》中，固態電池首次被提升到國家級。

中國科學院院士高指出:“正極材料由高鎳三元向高容量富鋰錳基材料轉變，可以實現2025年的目標，但基本達到極限；為了實現2030年的目標，突破固體電解質水平是必由之路。”

正是因為巨大的潛力，全球很多車企都增加了固態電池領域。其中，豐田技術儲備最深，擁有1000多項固態電池相關專利，計劃在2021年東京奧運會上推出固態電池商用車型；大眾汽車也早在2021年就開始布局固態電池。此外，寶馬、雷諾日產聯盟、現代等海外車企也在積極部署。

據SNE Researchd測算，2025年全球固態電池市場規模有望達到60億元空，中國市場價值有望達到30億元；2030年全球固態電池需求有望接近500GWh，總產值將達到200億元。總的來說，從長遠來看，固態電池很有可能成為未來的主流電池。

6.蔚來的固態電池是“真固態”嗎？

看完以上固態電池的介紹，我們再來看看，判斷一下蔚來在2020 NIO Day發布的固態電池是否是“真固態”。據官方介紹，該電池正極采用高鎳材料，負極采用硅碳材料，電解液為“固化過程的固液電解質”。從單一的“固液電解質”和硅碳陽極來看，首先可以排除的是全固態鋰電池。

據蔚來汽車電池系統助理副總裁曾世哲介紹，電池還需要電解液和隔膜。事實上，半固態鋰電池的內部結構與傳統鋰電池相似，但與全固態電池有本質區別。此外，蔚來創始人兼CEO李斌也表示:“全固態電池的量產還很遙遠，因為目前市場對固態電池的需求非常低。”因此，也從側面證實了該產品是“半固態電池”。

此外，近期備受關注的智己汽車石墨烯基電池、硅負極電池、摻硅可充電鋰電池，原則上不在固態電池范疇。它們都是在現有三元鋰電池的基礎上，對電極材料進行了優化，以提高電池的整體性能，但沒有本質的創新。

★全文總結:

總的來說，固態電池的技術路線是正確的，但目前還不具備商業化的條件。主流觀點認為，要到2025-2030年才能量產。所以各大汽車公司已經開始提前布局固態電池領域，這本身無可厚非。但是，如果用“固態電池”的噱頭來混淆概念，誤導消費者，這樣的做法是絕對不可取的。你認為固態電池能成為革命性的“黑科技”嗎？不妨在評論區討論。