编者按：曾几何时，一句“世界是平的”拉开了产业链条全球化的大幕，各个国家和地区之间经济、贸易阻碍，将逐渐被“抹平”。时至今日，我国的很多行业从中受益，却仍存在芯片封装等关键技术被卡脖子的情况。幸好在降低碳排放量的大趋势下，动力电池装机量我国一直稳居全球首位，“弯道超车”已初见成效。

[搜狐汽车·E电园] 现有的电化学体系仍将是未来几年内的主流，但正所谓技术革新、材料现行，进入到2021年新材料的替代方案也已进入到了走出实验室的阶段，如蔚来、宝马、丰田等车企均对外宣布了固态电池的规划，不少电池企业也到了试生产阶段。于是，解读动力电池发展第二期，咱们就来聊聊固态电池的进展。

[·好处：从根源提升能量密度·]

进入到2021年，关于固态电池的消息不再只是技术层面的论文，开始有企业给出了明确的规划，再一次唤起了人们对这项材料早日大范围推广的期待，毕竟固态电解质相对于现有电解液，从“根源”上提升能量密度的优势太过明显了。所谓“根源”，主要涉及两方面。

第一是耐高温、不可燃。安全是动力电池最重要的课题、没有之一，而在动力电池不断提升能量密度的过程中，从三元正极材料入手的高镍体系，无法根治发生热失控的风险。翻看此前电动车自燃事故的报告，引发热失控的原因各不相同，但过程都离不开电解液，在此给大家分享一段：有机电解液本身可燃，温度达到120℃后还会分解出可燃气体，变成电池燃烧乃至爆炸的助燃剂。而无机的固态电解质不可燃，且正常工作温度可以达到电解液的3-5倍。

第二是提升容量以及能量密度。除了热失控问题，固态电解质还有着高电压的先天优势，这里的电压不是指成组装车后的平台电压，而是电池公式能量=容量×电压（W=E×Q）中关键参数。在能量只与容量和电压有关、容量还是单纯表示数量的情况下，正负极之间的电势差（电压）就显得尤为重要了。

这方面，固态电解质的工作电压能够达到5V，而电解液只能在4V上下徘徊，这之间就是理论最大20%的差异。如此一来，就能跨过5V高压电解液现阶段从实验室到商用的过程，在贯穿锂电池历史的课题上迈出一大步。

从电压这个根源参数上突破，就有了固态电解质能量密度大幅提升的基础，递进到因固态电解质“浓缩”之后取代电解液和隔膜、可与金属锂负极结合提升锂容量，实现理论上重量层面的500Wh/kg，体积层面的最大1000Wh/L，最终达到1000km起步续航水平。

[·问题：全固态共同的四大难点·]

以上的理论数据全部基于全固态电池，而从电解液到固态电解质，并不是简单的材料替换，还涉及正负极能否兼容的问题。现有的硫化物、氧化物以及聚合物三大技术路线存在共同的技术瓶颈。

共同的四大主要问题都很好理解：

第一是固态电解质流动性不如电解液，形象地说是锂离子在正负极之间穿梭的“阻力”更大，实际的影响是固态电解质的内阻更大，影响锂离子嵌入与脱嵌的效率，进而影响到充放电的性能。并且，在应对固态电解质本身特性的基础上，还要面对纯度问题，毕竟杂质的传导能力是远低于高纯度晶体结构的。

第二是电解液就存在的老问题，即固态电解质也会与金属锂发生反应的问题，这也是固态电池研究论文最多的课题之一。简单来说，就是金属锂界面与电解液以及固态电解质接触，会伴随电池循环产生锂枝晶，最终形成没有活性、不能继续参与循环的“死锂”，造成不可逆的电池衰减影响寿命，甚至是成为安全隐患。

第三也是最实际的成本问题，从全球研究机构发布的数据来看，现阶段不同技术路线、不同规模的全固态电池，成本在750美元/kWh到2500美元/kWh之间，而电解液量产装车三元锂电池，通过大规模出货能做到100美元左右。并且，2025-2030年期间全固态电池的成本目标，也只是150美元/kWh，仍与现有材料体系的如今的水平有50%的距离。

第四是大规模制造的问题，即便能解决材料成本，也仍需面对生产的两方面难题。一方面是制造工艺：如硫化物技术路线，硫化物本身不够稳定，与很多液体都会发生化学反应，这给电芯湿法涂布工艺中的溶剂选择提出了极高的要求。

另一方面具备量产能力后的关键，即生产线的良品率问题。这个问题在在现有动力电池生产良品率、产能转化率还不高的情况下聊，其实算是好高骛远了，工业化4.0普及到动力电池行业，再到固态电池生产线，预计将经历更为漫长的周期。

综上所述，现阶段想要推进全固态电池确实难以实现。在此给大家分享两个国内专家主题演讲中提到的两个案例。

第一是日本中央电力研究所的聚合物全固态电池，只能使用紫外线照射的固化工艺，其实现难度较大、尚处于实验室阶段，且只能制造正极NCM333材料的三元锂电池。

第二是三星SDI此前发布的固态电池量产方案，即以银碳负极支撑硫化物技术路线、实现良好工作状态下400kWh/kg能量密度的技术。但明眼人一下就看出来了，负极中加入的银是贵金属，而且还对纯度有较大需求。其“发布可量产消息是为了挽救股价”的阴谋论，由此可见一斑。

[·“曲线”解决问题：避开难点的固液混合方案·]

在全固态电池困难重重的情况下继续向着商业化推进，最直接的方法就是“曲线救国”，即固态电解质与电解液之间折中的固液混合，根据二者的比例可分为半固态和准固态两种。准固态可以算作是全固态的“简装版”，以上的诸多问题也没少太多，所以研究进展同样缓慢，而较少比例的半固态电池（固态电解质比例较为宽泛），2023年就有望商业化落地了。

技术层面，国内一些研究机构已带来了相关的解决方案。关于这方面，中科院物理研究所的李泓博士给出了解决方案的五个关键点，详见以下图片。同时在实现过程中，正极的涂碳铝箔、负极穿孔铜箔以及降低膨胀比硅基，固体电解质以涂层形式应用，以及深度的预锂化等，现阶段已具备量产能力的材料与技术，也将助力半固态电池的加速落地。

产品优势方面，半固态电池更容易实现、成本可控的先天优势自无需多言，其产品性能方面相较于电解液也有相当可观的突破，根据固态电解质的不同比例，单体能量密度可达280kWh/kg-400kWh/kg范围，相比现有电解液介质电池最先进的250Wh/kg上下，提升幅度达到了12%-60%。如美国的半固态和固态电池研发公司24M，已实现了单体280Wh/kg产品的小批量交付。

再比如，今年1月份蔚来NIO DAY上宣布的半固态电池版本，能量密度可达360kWh/kg、电池包载电量可达150kWh、续航超过1000km，最早将于明年年底上车。还有国轩高科、清陶新能源、赣锋锂业2019年就建立了半固态电池小规模的试生产线，蜂巢能源此前对外发布的凝胶物质“果冻”电池等等，引入较低比例固态电解质的量产推进，已取得了一定成果。

[·写在最后·]

电动车电池热失控导致自燃的核心难题，使得在锂电池材料体系中重要性不如正负极的情况下，固态电解质反而在人们眼中成为“C位”，让我们的《动力电池发展》系列文章进入到解读未来技术进展阶段，将之放在了最前面。

而套用不少游戏“一代版本一代神，代代版本XX神”说法，动力电池应该是“一代电池一代正极，电池换代看正极”，为此下一篇我们将围绕电池最关键的正极材料展开，有兴趣的朋友敬请持续关注搜狐汽车·E电园。