3月12日讯：   固态电池系列之一： 固态电池路线确定？即将装机应用于终端？具体情况到底如何   随着全球能源需求的增长和对环境保护意识的提高，电池技术作为能源储存和转换的核心技术之一，备受关注。在电池技术领域，固态电芯因其具有更高的安全性、更长的寿命、更高的能量密度等优点。 相比目前锂离子电池所使用的液态电解液是可燃的有机碳酸酯溶剂，在电池发生热失控时，有机溶剂迅速燃烧，如果没有有效的散热系统，短时间内容易引起爆炸。另一方面，以石墨为为负极的现有锂电池体系能量密度已逐渐接近能量密度极限（ < 300 Wh kg−1 and 750 Wh L−1 ），为满足个应用场景对能量密度的要求，则需要寻找新的化学体系。如果将固态电解质替代现在锂电池的液态电解液并不能提高电池的能量密度，相反，比能量密度还会下降约 10% 。固态电池搭配新的化学体系，如锂金属，硅负极等，才是实现高能量密度的路线。 图 1 ：不同材料体系搭配带来锂电池电芯能量密度变化   电解液 目前固态电池分类可以参照两个维度： 1 ）液态电解质含量占比； 2 ）不同类型电解液。按照液态电解液含量占比可以分为：全固态电池（ 0% 液态电解液）、准固态电池（ 1% ）、半固态电池（ 5-10% ）、凝胶聚合物电池（ 0-25% ）。 全固态电池：电池中不存在液态电解液，电解质由一种或者多种无机或聚合物固态电解质。全固态电池的实现壁垒较高，需要解决锂离子在界面传输问题。固态电解质通常分为无机和聚合物固态电解质两大类。无机固态电解质通常由氧化物，硫化物，氢化物，卤化物等。聚合物电解质常用的基质材料有 PEO ， PVDF ， PVDF-HFP ， PMMA 以及 PAN 等。目前较为主流的为硫化硫化物电池研发，但其技术难度较高，目前仅有电芯大厂在投入研发，改技术路线进展晚于其他，但是一旦技术突破将建立极高技术壁垒 图 2 ：不同体系电解液的全固态电池比较 正极材料 固态电池的正极材料主要有：锂钴酸锂、锂铁磷酸锂、钴酸镍锂、钴酸铝锂。 锂钴酸锂：能够提供高能量密度和长循环寿命，但存在安全性问题。 锂铁磷酸锂：具有更好的安全性和更长的寿命，但能量密度较低。 钴酸镍锂：能量密度高，长循环寿命，但材料成本高，具存在安全性问题。 钴酸铝锂：能量密度高，但循环寿命略低于钻酸镍锂。   负极材料 固态电池的负极材料主要有三种：金属锂、碳材料和硅材料。 金属锂主要应用于固态锂离子电池和固态锂硫电池中。其中，固态锂离子电池是一种高能量密度的电池 碳材料主要应用于固态锂离子电池中。其中，碳纳米管是一种常见的碳材料，它具有高的比表面积和优异的电化学性能，可以应用于高性能的固态锂离子电池中。 硅材料是一种新型的负极材料，它具有高的比容量和较低的成本。在固态电池中，硅材料可以与固态电解质反应，形成锂离子，从而实现电池的充放电。与金属锂和碳材料相比，硅材料的比容量更高，但是它的循环稳定性较差，容易发生体积膨胀和结构破坏。 》点击查看SMM新能源产业链数据库 SMM新能源研究团队 王聪 021-51666838 马睿 021-51595780 杨玥 021-51666856 袁野 021-51595792 冯棣生 021-51666714 徐颖 021-51666707 吕彦霖 021-20707875 柳育君 021-20707895

终极博弈之下，固态电池或将成为新的一年新能源领域重点开“卷”的方向。3月3日，一汽解放宣布，公司与孚能科技将充分发挥各自在行业领域的先导优势，致力于共同推广半固态、固态电池商用车市场及产业链发展，产生规模效应，推进电池技术创新，共建战略联盟。 “此次合作将进一步提升一汽解放轻重卡车产品在电动化市场方面的竞争力。”一汽解放党委委员、副总经理季一志表示，双方将围绕轻、中、重整车平台以及干线运输、城市物流、市政工程等具体场景，开展商用车半固态及固态电池项目深度合作，共同推动商用车半固态及固态电池技术的应用，打造具有市场竞争力、行业技术领先的新能源整车产品。 一直以来，动力电池被誉为新能源汽车的“心脏”，而固态电池凭借远超于锂离子电池的能量密度和安全性等多重优势，或成为“压倒燃油车的最后一根稻草”。 “2024年，半固态电池有望批量应用于新能源车市场，产业化持续加速。”国信证券分析师王蔚祺分析称。国信证券研报显示，预计2024年全球固态电池（含半固态电池）市场空间为19.5亿元，2030年市场空间有望达到1162.3亿元，2024年至2030年的年均复合增速为98%。 谁掌握先进的电池技术，便能分得更大蛋糕。在国内，蔚来、长安、比亚迪、吉利、上汽、广汽、长城、岚图、赛力斯等，均在加速布局固态电池技术路线。其中，长安汽车、广汽集团等拟于2025年至2026年推出半固态电池车型，东风汽车已示范运营搭载固态电池的E70和推出搭载半固态电池的岚图“追光”车型，上汽集团搭载半固态电池的产品导入速度和后期的定价策略都将影响其销量表现。在国外，德国宝马此前宣称固态电池取得突破性进展，预计2028年可实现量产，而日产、丰田、大众等车企的计划普遍也都在2025年-2030年这个时间段有望实现量产。 “目前公司研发技术突破关键点在于，基于先进硅负极的全固态电池能量密度由300wh/kg提升到了350wh/kg的一个水平，能够在相同重量下达到三倍电量，而这50wh/kg的提升有助于车身轻量化以及整车续航的提升。”广汽昊铂电池研发部负责人李进介绍。此前，上汽集团在互动平台表示，从今年起，半固态电池将率先在智己L6等新品上实现量产应用，公司正加紧推进相关工作，力争早日将产品投放市场。 龙头车企对固态电池的布局，离不开动力电池企业的支撑。近日，辉能科技宣布全球首条固态电池生产线已正式投产，生产的固态电池是大型锂陶瓷电池（LLCB），其在性能方面可做到充电12分钟可达80%的电量，且在充满电状态下，可实现电动汽车超1000km的续航里程。辉能科技表示，固态电池的样品已发到各大新能源车企进行测试、开发模块。 “目前国内企业多数从半固态电池入手，产业化进度会更快一些。”中关村新型电池技术创新联盟秘书长于清教认为，相较于国外进展缓慢的全固态电池研究思路，国内一手抓全固态研发、一手抓半固态量产的渐进性技术路线更为实际，2023年我国已实现半固态电池的量产装车。 为鼓励技术创新，近年来，我国出台了一系列政策支持相关企业围绕全固态电池技术攻关。1月19日，工信部副部长辛国斌特别提及，下一步，工信部要支持企业开展联合创新，加大车用芯片、全固态电池、高级别自动驾驶等技术攻关，进一步提升产品市场竞争力。随后，中国全固态电池产学研协同创新平台正式揭牌。 “现在大家越来越有共识，全固态电池是公认的下一代电池的首选方案之一，被列入中国、美国、欧盟、日本、韩国等主要地区的发展战略，也成为下一代电池技术竞争的关键制高点。”在“中国全固态电池产学研协同创新平台”成立大会暨中国全固态电池创新发展高峰论坛上，中国科学院院士、清华大学教授欧阳明高强调，“目前我国是电池发展的领先国家，就算全固态电池2030年能产业化，要想替代液态锂离子电池50%市场份额也需要20到30年。”

超越发动机的存在，电池到底有多重要？ “无论电池、电机、电控，都是电动车的基础，这是我们对电池的认知和重要性定义”，在吉利控股集团总裁、极氪智能科技CEO安聪慧看来，一家电动车企未来想要形成竞争力，必须掌握各个关键领域的核心技术，而电池是最基础的要素。 伴随着市场需求的大幅提升，布局百花齐放般的电池技术创新仍然是整车厂们未来几年竞争力持续提升的有效手段。1月5日，由江淮钇为与中科海钠共同研制的全球首款纳电版“花仙子”正式向用户批量交付，推动钠离子电池产业化迈出最重要的一步。这距离该款搭载中科海钠供应的32140钠离子圆柱电芯的车型正式下线，仅过去了9天。 “对比锂电池，钠离子电池有低温性能更好、价格更稳定、资源供应稳定等特点。”中科海钠副总经理刘攀介绍，后续还将与江淮钇为在电池基础研究、新车型开发、商业模式创新等领域展开深入合作。“除与江淮钇为开展深度合作外，公司也与合力叉车、蔚来汽车等8家企业精准商讨了钠电合作机会。” 2023年，纳离子电池在研发和产业化进程中消息不断。整车厂方面，比亚迪、江淮、江铃、奇瑞等国内车企，以及多家海外车企均表示将在乘用车市场导入钠离子电池；电池厂商方面，宁德时代、比亚迪、亿纬锂能、鹏辉能源、华洋股份、容百科技等电池厂商相继推公布钠离子电池以及电极材料规划，并将致力于钠电上下游的产业化。 如果说钠离子电池的兴起，是乘了“锂价疯涨”的东风，那么被称为最具潜力“下一代动力电池”的固态电池则是资本押注的重点对象。 当地时间1月4日，美股固态电池概念股QuantumScape(QS.NYSE)开盘一路上涨，最终涨幅43.08%。消息面上，大众集团旗下电池公司PowerCo发布公告称，QuantumScape提供的固态电池样品通过了其首次耐久性测试，结果表明其能够做到充放电1000次，且在测试完成时电池“几乎没有老化”，仍保持95%的容量（或者说放电能量保持率）。受此刺激，国内固态电池板块爆发，截至收盘，德福科技20CM涨停，瑞泰新材涨超11%，新纶新材、华达新材和金龙羽均涨停。 与进入关键研发期的全固态电池相比，在应用方面，各整车厂的“买单”半固态电池已箭在弦上。去年12月，蔚来CEO李斌驾驶、 ET7直播挑战“1000公里续航”。本次实测的150kWh超长续航电池包，是全球首款无热失控软包 CTP 电池，电芯能量密度高达360Wh/kg，预计今年4月量产，适配所有蔚来车型。与此同时，上汽集团在互动平台表示，2024年起半固态电池将在公司不同车型上实现量产应用。而基于对市场趋势的预判，长安汽车、广汽集团等则拟于2025年至2026年推出半固态电池车型。在海外方面，宝马表示，计划在2025年之前推出使用美国全固态电池制造企业Solid Powe技术的第一辆原型车，并称已经获得了研发许可；日产预计，在2024年启动第一座试验性生产工厂，而首款采用固态电池技术的量产车型预计于2028年推出。不过，丰田却将全固态电池量产时间从原定的2027年推迟到2030年以后。 从目前各企业给出的时间点看，半固态电池量产时间大概在2024年左右，全固态电池量产时间在2026年左右。国信证券研报显示，预计2024年全球固态电池(含半固态电池)需求量为2.3GWh，市场空间达19.5亿元。 作为新能源汽车生产制造过程中成本最高的零部件，能力禀赋迎合车企“既要又要还要再要”的大圆柱电池，同样成为“军事储备赛”的“破局者”。“性能提升是大圆柱电池开始火起来的主要原因。”兰钧新能源资深研发经理张茜认为，大圆柱电池有自身的优势，包括高标准化、高安全性、批量生产后的低成本的优势，这会使其在竞争激烈的市场中争取一席之地。 自2020年特斯拉发布4680大圆柱电池，掀起圆柱浪潮以来，大圆柱电池的阵营日益壮大。紧随特斯拉之后的车企包括宝马、通用、沃尔沃、Stellantis、保时捷、蔚来等均加入使用46系列大圆柱电池的行列。东北证券研报指出，2025年全球46系列大圆柱电池装机量有望达到255GWh，全球市场渗透率可提至20%。 “现在电池还处于创新非常活跃、百花齐放的时候，但相信再过10年局面应该会比较清晰。”中国科学院院士、清华大学教授欧阳明高认为，现在的锂离子电池仍将在长时间内占据市场的主导地位，全固态电池现在只能说仍然是一个理想状态，相信理想的电池一定会出现。“电池技术的创新周期在30年左右，锂离子电池的应用是在2000年左右，因此预计2030年电池技术会有全方位的革新。”

昨夜美股Quantumscape一度涨超50%。大众集团旗下子公司使用Quantumscape固态电池完成了一项耐力测试，结果表明其可实现50万公里的超长寿命。 随着半固态电池产业化与装车引领，全固态电池未来可期。分析师认为，固态电池具有能量密度高、安全性能突出、量产工艺前景广阔等多维优势，预计2030年有望形成400亿美元的市场规模，2022-30年复合增速达180%，并且材料体系方面，预计正极材料将从高镍三元过渡至富锂锰基，负极将从硅碳负极过渡至金属锂。 据财联社主题库显示，相关上市公司中： 金龙羽 在互动易表示公司固态电解质、半固态电芯已进入中试试验。 瑞泰新材 已经在固态电池、半固态电池、锂硫电池以及钠离子电池等新型电池材料方面进行了持续的研发与积累；公司的部分新型锂盐产品在固态锂离子电池等新型电池中已形成批量销售。

昨夜今晨，美股固态电池概念股QuantumScape从开盘开始一路上涨，最终录得43.08%的涨幅。 （QuantumScape分钟线图，来源：TradingView） 疯狂的涨幅背后，正是资本市场押注电动车电池行业技术迭代的逻辑。 直接引发QuantumScape上涨的原因，是 大众集团电池子公司PowerCo的一纸公告 。PowerCo通过亲手实验证实， QuantumScape的无负极（anodeless）固态电池样本，能够做到充放电1000次，且在测试完成时电池“几乎没有老化”，仍保持95%的容量（或者说放电能量保持率）。 PowerCo解释称，对于一辆续航里程500-600公里的电动车来说， 1000次充放电意味着汽车已经跑了超过50万公里（而电池接近无损） 。为了搞这次测试，他们在萨尔茨吉的实验室里花了数月的时间。 为了方便外行理解，大众的电池公司进一步解释称，在新开发电池的测试中，耐用性会是最重要的标准。在这一发展阶段，行业的标准目标是700个充电周期和最大20%的容量损失。QuantumScape的固态电池在最新测试中显著超过了这些规格。该电池还能满足快速充电能力、安全性和自放电等其他测试标准的要求。 这样的结果，也获得PowerCo首席执行官Frank Blome的热烈称赞，他表示“这些非常令人鼓舞的结果令人印象深刻地证实了固态电池的潜力。 这项开发的最终结果可能是一种电池单元，它能够支持长距离行驶，可以超快速充电，而且实际上不会老化。 我们相信固态电池，并且正在与我们的合作伙伴QuantumScape全速前进，朝着系列生产努力。” 测试使用的固态电池由24层组成，由PowerCo主导的“统一电池”概念也适用于这种固态电池。大众集团也是QuantumScape的主要投资人之一，双方的合作关系可以追溯至2012年。 投资者需要注意的是，PowerCo的行动是测试并验证了QuantumScape的电池，但美股上市公司早在去年10月25日的三季度股东信中，就提到过有原型电池“充放电1000次，电池容量大于95%”的成果，但当时公司的股价没有任何起色。 顺便一提，在同一份股东信中， QuantumScape也表示公司最终的商业化目标是充放电800次后，电池依然维持80%的容量 。 从股票的角度来看，QuantumScape在2020年底通过反向收购SPAC公司上市，至今公司的财务报表上没有出现过任何营收。

“报告大家，经过14小时01分钟的努力，150kWh电池续航测试在还剩3%电量的情况下，最终成绩达到了1044公里！”12月17日深夜，蔚来创始人、董事长、CEO李斌在个人社交平台发文称。 12月17日，李斌与一员工接力驾驶ET7进行150kWh电池包续航测试直播，有超200万人在蔚来官方直播间进行了在线观看。 具体来看，其于当天上午6:32从上海世博中心换电站出发，彼时气温为零下2摄氏度；在经过慈城、台州、苍南、福安、连江、朴里服务区后，最后于当天晚上20:33到达福建省厦门市的龙掘东服务区。 《科创板日报》记者从蔚来方面获悉，经过超14小时行驶后，此次实测全程1044公里的平均百公里能耗13.2kWh，剩余电量3%，预计仍可行驶超过30公里。 ▍“有条件的1000公里”？直播中响起不同声音 《科创板日报》记者注意到，在此次直播测试中，上述车辆的车速出现过91公里/小时、90公里/小时、85公里/小时、78公里/小时等。 其中， 李斌在与小鹏汽车董事长何小鹏隔空连线过程中，几乎全程时速约为90公里/小时 。 据蔚来方面介绍，此次实测不包括停留时间的行驶总时长为12.4小时，平均时速为83.9公里/小时，智能驾驶里程达957公里。另外，沿途气温在零下2摄氏度到零上12摄氏度，车上载重约190kg。 “跑90太慢了”“跑90（是）什么意思？”《科创板日报》记者注意到，在此次直播的评论区中，出现不少关于“车速90码”的质疑。有部分网友认为，此次测试在高速上行驶时车速过慢，或有省电之嫌。 有锂电领域从业人士对于此次直播测试分析表示， “若按日常通勤模式行驶，损失能量的结果或许就不一样了。” 江西新能源科技职业学院新能源汽车技术研究院院长张翔称，“李斌这次主要行驶的是高速公路，且车上载重约190kg。这次测试没有裁判，没有行业专家去进行指导和公正。因此， 只能说它测出来结果是一个可供参考的值，不能作为一个权威的标准 。”他补充道，“从另一个角度来看， 于企业而言，高管亲自下场驾驶测试，是个颇具影响力的营销宣传方式 。” “电动汽车的续航里程和汽车总质量存在较大关联。其中，很多车企为了减轻汽车重量，会以更高成本对材料进行轻量化处理，如：全铝车身等。”另有业内人士分析表示，“同时，电动汽车的实际续航里程效果，还与行驶工况、环境温度等因素相关，这是一个综合作用的结果。” 《科创板日报》记者注意到，另有部分网友对于此次直播提出了相关建议。 其中，有网友在蔚来官方微博评论区如是建议道：“下次可以速度稍快一点，以及往北方较冷地区开，测试一下实际最低续航里程，然后体验一下换电、超充。” ▍李斌押注半固态 150度电池包适配所有车型 “靠一块电池行驶超过1000公里。”随着此次直播结束，蔚来的150kWh电池包成为焦点。该款电池在2021年1月9日的NIO Day上面世，采用固液混动电解质，属于半固态电池，能量密度为360Wh/kg。 固态电池是指采用固态电解质的锂离子电池，其安全性较磷酸铁锂更高、能量密度较三元电池更大，但囿于材料应用与技术不成熟、成本高昂等问题，尚未大规模生产， 具有高安全性、长寿命与经济性的半固态电池成了折中路线。 李斌表示，蔚来150度电池包是目前全球量产能量密度最高的电池包， 已经做完了一代与二代平台的所有车型的验证和公告，近期开始爬产阶段，不久的将来会交付给用户。 他还在直播中称，蔚来的电池策略是“可充可换可升级”，已经交付的车可根据用户的需要进行电池升级的选择。在未来，用户在有长途需求时可以“按天付费”租用150度电池包，需求结束还可以再换回普通电池包。 资料显示，蔚来的半固态电池供应商为卫蓝新能源。2022年年底，卫蓝新能源的车规级半固态电池下线；2023年6月，卫蓝新能源将其交付蔚来。 ▍半固态电池加速上车 这类材料厂商受关注 蔚来之外， 国内新能源汽车产业链上的不少企业都在积极对半固态电池进行技术研发 。 从装车进展来看，11月8日孚能科技半固态电池在远航Y6首批装车下线；赛力斯SERES5搭载赣锋锂业第一代固态电池，能量密度为260Wh/kg，今年6月已经实现首批交付。此外，上汽、长安、广汽、北汽等车企也都推出了半固态电池的装车计划。 其中，上汽智己将于2024年装载清陶能源半固态电池；北汽集团于2019年投资了清陶能源，计划2025年前上市的新车搭载400Wh/kg的固态电池…… 华创证券表示， 全固态电池量产仍需时日，国内半固态电池将率先产业化 。 值得注意的是， 每一次电池技术路线的更迭，都会带来原材料环节的更新 。半固态路线对于现有液态锂离子电池体系更迭小，卫蓝、清陶等一级市场固态电池企业和孚能科技、国轩高科、蜂巢能源等动力企业路线选择有差异，预计2023年陆续看到车端应用。 另外，半固态电池增加了固态电解质涂层、原位固态化锂盐等材料，光大证券建议关注例如锂镧锆氧（LLZO）、磷酸钛铝锂（LATP）、硫化物固态电解质、新型锂盐等增量材料供应链及其供应商。相关公司包括宁德时代、孚能科技、当升科技、华盛锂电、上海洗霸、东方锆业、三祥新材、瑞泰新材等。 展望未来，中信证券研报指出，随着半固态电池产业化与装车引领，全固态电池未来可期，预计正极材料将从高镍三元过渡至富锂锰基，负极将从硅碳负极过渡至金属锂。

5日下午，郑州比克电子有限责任公司总工程师、副总经理占孝云在论坛上作了题为《竞速固态电池新赛道 推进产业化进程》的主题演讲，分享了比克电池在固态电池新赛道的布局和产业化进程： 固态电池是当前行业赛道的热议话题，行业预测，固态电池将凭借能量密度、安全性等优势保持高速增长，预计到2030年中国固态电池出货量将达251.1GWh，市场空间有望达到200亿元。今年来，固态电池产业化进程一再提速，车企、电池企业甚至新创公司扎堆入场。如占孝云所说，推进产业化进程已成竞速固态电池新赛道的核心。 由于全固态电池成本高，界mian阻抗高，研发合适的固态电解质以及电极材料体系难度较大，且目前全固态电池的工艺技术尚未成熟，特别是在大规模生产方面存在一些挑战。而兼具了性能与生产优势的半固态电池，是目前行业由液态电池向全固态电池过渡更优的选择方案，也是比克电池在聚焦全球锂电市场基础上，围绕已有的智能终端、储能和新能源汽车业务进行的又一超前布局。 凭借前沿技术和研发经验的深厚积淀，比克电池在固态电池赛道进行了持续的投入和研发突破，在软包电池和圆柱电池上均有深入的技术和产品布局。占孝云介绍，比克电池目前已成功开发用于半固态电池的电解液与原位固化技术，以及正负极固态电解质掺混和包覆技术。产品布局上，基于高镍正极、高硅负极及电解液添加剂的研发积淀，比克电池已搭建起能量密度290~360Wh/kg的材料匹配体系。根据市场终端需求开发不同应用场景产品，半固态技术已辐射数码，储能，小动力三大业务板块，同时进行在研和在售产品的迭代升级。 比克电池半固态锂电池系列新品 今年10月，比克电池首发了半固态锂电池系列产品，基于比克电池自主开发的功能型电解液及添加剂，通过原位固化技术，比克半固态锂电池系列产品在兼顾能量密度和循环寿命的同时，通过了3mm短路不漏液和3mm针刺不起火测试，达成高能量、高安全、低膨胀、低内阻、宽温区，五大性能优势，即将应用于对极致安全需求较高的防爆安全移动通信设备。此外，比克电池也在针对车电半固态体系优化进行研发，预计将开发适用于车电的300Wh/kg以上大尺寸高镍半固态电池。针对圆柱电池体系，比克电池也进行了半固态技术布局，包括能量型21700产品、功率型21700产品和钠电半固态产品，均达成性能改善效果。 液态锂电池将逐步向固态锂电池演进的趋势已成行业共识。近日，欧阳明高院士在演讲中也表示，电池技术的创新周期约为30年，这一代锂离子电池在动力方面应用是在2000年左右，预计2030年会有一次全方位的革新，并预判，以固态电解质为核心的全固态电池，预计到2030年会趋于成熟。比克电池认为，在此之前，全力推进固态电池产业化和规模产业化是竞速固态电池新赛道的核心，也是比克固态电池技术路线下一步布局的关键任务。 （以上观点根据论坛现场速记整理，未经发言者本人审阅。）

电动汽车被普遍认为是未来的趋势，但它们仍然存在一些问题，使许多购车者望而却步，如充电、电池重量、安全性、里程等，但一些公司表示，他们已经拥有解决一些甚至所有这些问题的技术。 尤其是丰田，该公司此前表示，他们在电池研发方面的“突破”将让固态电池的尺寸和成本下降一半，并且充电时间不超过10分钟，就能让电动汽车达到1200公里的续航里程。唯一的问题是，丰田给出的目标却是最早在2027年才能看到商用的固态电池电动车上市，并且初期产能不会很高。 此前，包括Stellantis、现代和大众在内的汽车公司也与从事固态电池研究的公司合作，这些公司认为固态电池这项技术有望使电池更小、更轻、更安全，同时提供更多的电力，有望重塑产业格局。 但固态电池技术也有自己的挑战，这并不是汽车制造商实现更轻、更便宜、充电更快的电动汽车的唯一途径。 优点和缺点 固态电池和目前用于电动汽车的锂离子电池的主要区别在于一种被称为电解质的成分。在锂离子电池中，电解质是一种粘稠的液体。在固态电池中，电解质是固体。固态电解质是固态电池比锂离子电池更安全的原因之一。如果液体电解质电池破裂或被刺破，电解液的两侧会渗出液体，这可能导致不受控制的能量流动，随后发生火灾。 所有这些公司以及投资于它们的汽车制造商面临的主要挑战是，如何经济地生产这些高科技电池，以制造价格合理的电动汽车所需的电池数量。与此同时，还要与制造技术更加成熟的电池技术竞争。 咨询公司P3 Group的电池研究员William Kephart表示，固态电池目前是一个非常开放的领域，现在有很多初创公司都在研究不同的化学组合，甚至他们的电池的物理结构也略有不同。快速充电是消费者的关键需求，也是固态电池面临的主要挑战之一。 固态电池公司Quantumscape声称，他们的固态电池已经经过测试，充电速度要比典型的锂离子电池要快不少。 固态电池将会更贵，因为它们含有更多的锂。Kephart补充说，随着更多资源的发现和利用，锂的价格将会下降，但与其他电池相比，固态电池的成本往往更高。 一家名为Factorial的公司声称，其固态电池技术比传统电池使用更少的锂，这可能会降低成本，尤其是在产量增加的情况下。该公司的投资者包括Stellantis和梅赛德斯。 Quantumscape表示，它的电池设计消除了石墨，降低了成本，而且该公司还声称，大大减少了制造过程中的碳排放。 其他选项 不过，与此同时，其他一些电池公司也在努力改进传统的液体电解质电池，这些改进可能会使现有技术变得更好。仅仅通过添加硅树脂来改变电池的一部分，就可以以相对较低的成本大大提高性能。这是通用汽车投资的一家名为“OneD Battery Sciences”的公司提出的建议。 据该公司称，该公司的技术允许生产过程大致保持不变，同时有望大幅提高电池性能。这意味着电池制造商和汽车制造商的麻烦和费用会减少。 还有其他公司正在研究半固态电池，这种电池结合了两种电池的各个优点，在不完全放弃标准的基于电解质的设计的情况下，提供了固态电池的一些优点。 通用汽车发言人Phil Lienert认为，最终，可能永远不会有一种电池技术适用于所有电动汽车，电池的类型将与车辆和特定的销售市场相匹配。“当你拥有像我们这样庞大而多样化的客户阵容时，你需要在相同的基础工程中拥有多种可以共存的解决方案。”

锂陶瓷可以作为固体电解质，用于更强大、更经济的可充电锂离子电池。挑战在于找到一种在高温下不烧结的生产方法。 现在，由美国麻省理工学院（MIT）和德国慕尼黑工业大学（TU Munich）领导的一个研究小组现在开发了一种无烧结的方法，可以高效、低温地合成导电晶体形式的这些陶瓷。 一直以来，主导着电动汽车发展的因素有两个：动力（它决定了汽车的续航里程）和成本。美国能源部旨在加速从汽油动力汽车向电动汽车的过渡，并制定了到2030年降低生产成本和提高电池能量密度的宏伟目标。这些目标是传统锂离子电池无法实现的。 制造更小、更轻、更强大、更安全的电池的一个非常有前途的方法是使用固态电池，其阳极由金属锂而不是石墨制成。传统的锂离子电池具有液态有机电解质，并使用聚合物膜将阳极和阴极分隔开。 与之相反，固态电池的所有组件都是固体。薄陶瓷层同时充当固体电解质和分离器。它对锂枝晶生长引起的危险短路和热失控都是非常有效的。此外，它们不含易燃液体。 石榴石型固体电解质——Li7La3Zr2O12（LLZO）是一种适合于高能量密度电池的陶瓷电解质/分离器。这种材料必须在1050°C以上与阴极一起烧结，才能将LLZO转化为快速导电锂的立方晶相，使其足够致密，并牢固地结合到电极上。 然而，超过600°C的温度会破坏可持续的低钴或无钴阴极材料的稳定性，同时也会提高生产成本和能耗。需要更经济、更可持续的新生产方法。新研究就在这方面取得了突破，成果已于近期发表在了“Angewandte Chemie”杂志上。 据悉，他们的新工艺不是基于陶瓷前驱体化合物，而是基于液体前驱体化合物，在顺序分解合成中直接致密形成LLZO。为了优化这种合成路线的条件，该团队使用多种方法分析了LLZO从无定形到所需晶体形式（cLLZO）的多步相变，并制作了时间-温度转变图。 基于他们对结晶过程的深入了解，他们开发了一种方法，在相对较低的500°C温度下，经过10小时的退火，cLLZO成为致密的固体薄膜，而无需烧结。对于未来的电池设计，这种方法将允许将固体LLZO电解质与可持续阴极集成，从而避免使用钴等元素。

继今年7月喊出较目前电动车电池“尺寸减半、重量减半，并实现充电10分钟续航1200公里”的惊人目标后，丰田的固态电池又有了新的动向。 顾名思义，纯固态电池与现有电池的最大区别，就是把产生电流所需的电解质由液体替换为固体，由此实现能量密度倍增、充电时间缩短。虽然技术前景非常光明，但目前固态电池的技术发展，尚未达到可以大规模应用在电动车上的地步。 对于全球最大汽车制造商丰田而言，若能够引领一场颠覆行业的技术变革，自然能多几分维持住现有市场地位的希望。 又有啥新进展 继今年7月宣称在材料领域取得突破后，在周一的报道中，丰田透露 固态电池在生产效率上的瓶颈也接近攻破 。 对于量产固态电池来说，目前最大的问题并不是成本高，而是还有一堆技术难题，包括如何处理电池材料对水、氧气的极度敏感，以及如何避免电池内出现可能引发短路的枝晶等。丰田表示， 在量产固态电池的过程中，有一个非常重要的难题就是组装电池的步骤，阴极-阳极电池层需要快速且精准地堆叠，且不损伤电池材料。 在被问及固态电池与传统锂电池生产速率的对比时，一名丰田工程师透露：“ 从堆叠速度来说，现在已经几乎接近了 ，接下来将尝试更大量的生产，并看看质量如何。” 虽然丰田近几个月在固态电池领域频频发声，但资本市场并不太相信这项技术能短期内出现在量产电动车上，高盛曾警告称这项技术“ 未来十年里的量产之路将颇为艰难 ”。 然而，丰田给出的目标却是最早在2027年看到商用的固态电池电动车上市。 在本月中旬，丰田汽车与日本第二大石油公司出光兴产（Idemitsu Kosan）宣布在固态电池材料领域展开合作。作为合作的第一步，两家公司将合作开发以硫化物为主要成分的电解质。 在新闻发布会上，丰田总裁佐藤恒治也提到， 在公司（最早于）2027年将固态电池应用在电动车上时，初期的产能可能会很少 。佐藤恒治也强调，眼下最重要的事情是正式推出固态电池产品，然后再考虑如何扩张产量。 （固态电池示意图和固体电解质材料，来源：丰田、出光兴产） 当然，在竞争激烈的电动车行业里，钻研新电池形态的远远不止丰田一家。宁德时代、国轩高科等头部厂商在半固态电池领域均有布局。搭载半固态电池的用例（蔚来ET7、岚图追光）等电动车也已经出现在市场上。三星SDI也在上半年完成水原固态电池示范产线的搭建，预期在下半年拿出固态电池样品。与丰田一样， 三星SDI预期在2027年量产固态电池 。