固态电池军备竞赛悄然开局
过去几年，动力电池的技术突飞猛进，但安全隐患和里程焦虑仍然是其难以摆脱的“魔咒”。与此同时，固态电池在争论和质疑声中成为行业新宠，随着各路巨头的入场，固态电池的未来也渐渐明朗。
今年1月9号，蔚来在其NIO Day上高调发布能量密度达360Wh/kg的150kWh固态电池包，搭载该电池包的蔚来ET7轿车续航将超过1000km，让人眼前一亮。
蔚来的热度还没消退，大众集团在其3月15号的Power Day上，表示未来将着力发展固态电池技术，而大众直接更简单粗暴地扔出目标：预计2025年开始使用固态电池。
在4月份，不甘落后的宝马集团也给出了固态电池的规划：计划在2025年前推出搭载固态电池的原型车，并在2030年前实现量产。
不单单是车企，动力电池巨头们也在不约而同的布局固态电池：宁德时代投资33亿建设21C创新实验室，用于金属锂电池、全固态电池等下一代电池研发；LG化学表示将在2025年至2027年间实现全固态电池商业化；松下计划在2025年推出一款使用固态电池的电动车。
一时间，固态电池成了产业巨头的隐形战场。固态电池为何有这么大的吸引力，当前的发展进度又是如何？
01 固态电池成为巨头必争之高地
何谓固态电池？
固态电池听着玄乎，用传统的液态锂电池来理解也就简单了，因为它们的工作原理是相同的。传统的液态锂电池也被科学家们形象地称为“摇椅式电池”。摇椅的两端为电池的正负两极，中间为液态电解质和隔膜，而锂离子就好比“运动员”，运动员在摇椅的两端来回奔跑，电池的充放电过程便完成了。
到了固态电池上，“运动员”还是在正负极两端来回奔跑，区别在于运动场所从液态电解质换成了固态的电解质。另外固态电解质还担当了分隔正负极的角色，也就是起到了隔膜的作用，所以说固态电池不再需要隔膜。
单从组成结构上看，固态电池更简单。
图1：固态电池与液态锂离子电池的区别，资料来源：网络
再讲固态电池的分类，固态电池按照其电解质的不同分为聚合物、氧化物和硫化物三种路线，这部分将在下文详细解析。
图2：固态电解质主要类型，资料来源：天风证券
固态电池VS液态锂电池
固态电池相比液态电池，优势主要体现在安全性和能量密度。
先说关注度最高的的安全问题。如今电动汽车的发展势头强劲，电动车的销量也屡创新高，但是电池的安全隐患一直是悬在电动汽车头上的“达摩克利斯之剑”。比如去年威马汽车在一个多月内发生四次自燃事故，一度引发了大家对电动车未来的担忧。
实际上电动车的安全隐患，要算在液态锂电池头上。一旦电池受到挤压、冲击，就会导致隔膜破裂，造成正负极短路，同时锂电池内部产生大量热量，加上液态电解质里易燃的有机溶剂，结果就是电池起火甚至爆炸。
一直以来车企和动力电池企业都在竭尽全力的提升电池安全性能。比如在电解液中添加阻燃剂；优化BMS热管理系统；采用高强度、耐高温的电池隔膜，可惜治标不治本。
但固态电池是有望彻底解决安全问题的。首先，固态电池的正负极不容易发生短路现象。其次，固态电解质不仅不可燃、不挥发甚至还能耐高温，电池在遇到同样极端情况下不会发生起火、爆炸。
再来说说电池的能量密度，也就是里程焦虑问题。虽然主流电动车的续航里程都能达到500km以上，高端车型甚至超700km。但实际使用过程中，这个续航是要打个折扣的（即所谓的工况里程），并且，跟燃油车不同的是，大多数电动车车主不会把车开到电量剩余10%的时候去充电。
解决里程焦虑基本只能靠堆电池的能量密度。根据《节能与新能源汽车技术路线图》，2025年动力电池的能量密度目标为400Wh/kg，2030年目标为500Wh/kg。想达到2030年的目标，现有液态锂电池技术路线恐难担大任，光是350Wh/kg的能量密度天花板就很难打破，但是固态电池能量密度能轻松超越350Wh/kg。
图3：当前液态锂电池能够达到的能量密度水平，资料来源：第一电动，申万宏源
需要提前说明的是，电池的能量密度取决于正负极材料。如果单纯把液体电解质更换为固体电解质，如果不改变现有的正负极材料，结果仅能提高电池安全性，无法提升电池能量密度。所以固态电池还需配套正负极材料的革新。
讲到正极材料，现在的动力电池企业都在往高镍化发展。从三元5系到三元8系，镍含量变高，但是电池活性越强，电池内部自然会越不稳定，上文提到的安全问题就更加突出。虽然目前三元8系的能量密度高，但没有大范围使用，主机厂装机主流还是使用5系动力电池。其中还有成本的因素，这里不展开讨论。
得益于固态电池的高安全性，固态电池的正极不用止步于8系材料，甚至可以干到9系（超高镍），正极环节的能量密度可达到700Wh/kg，将会有质的飞跃。
再看负极材料。实际上，负极材料的升级路线在业内已经有了共识，就是从现在的石墨负极升级到锂金属负极。在现有已知的负极材料中，锂金属负极能达到的能量密度是最高的，其克容量是目前液态锂电池中石墨负极的10倍以上。
问题来了，锂金属负极既然这么好，为什么现有的动力电池不用它？症结还是在液态电解质，锂金属负极在液态电解质中基本是无法稳定存在的，两者会发生剧烈反应，可谓“水火不容”。但是在固态电池中，它们是可以和谐共处的。
一言以蔽之，正是固态电池让新型正负极材料有了大展拳脚的空间。
另外值得补充说明的是，液态锂电池往往需要先将单体电芯封装完成后先并联再串联，若想省流程直接串联，则会导致正负极短路。而固态电池由于内部不含液体，不存在短路的问题，可直接串联组装。还有，液态锂离子电池是需要冷却系统来防止其使用过程中温度过高。对于固态电池，因为其高安全性，可简化甚至不需要冷却系统。所以，固态电池的实际量产过程中，其成组成本会更低，整个生产流程更简单。
图4：液态锂离子电池与固态电池制备工艺对比，资料来源：光大证券
与其说固态电池是“颠覆”液态锂电池，倒不如说固态电池是液态锂电池的升级版究极体。
瑕瑜互见，长短并存
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