新能源汽車發(fā)展勢(shì)不可當(dāng) 現(xiàn)有鋰電池僅是中間產(chǎn)品

新能源汽車行業(yè)經(jīng)過(guò)十年的發(fā)展已經(jīng)在全球勢(shì)不可擋，未來(lái)還將受到智能化地提升，發(fā)展空間巨大。目前來(lái)看全球新能源汽車主要消費(fèi)地有三個(gè)地區(qū)，分別是歐洲、中國(guó)和美國(guó)，歐洲由于執(zhí)行最嚴(yán)碳排放標(biāo)準(zhǔn)且在大幅補(bǔ)貼政策的推動(dòng)下新能源市場(chǎng)發(fā)展迅猛，部分北歐國(guó)家滲透率已經(jīng)達(dá)到80%，中國(guó)則在新能源新車型產(chǎn)品力的推動(dòng)下C端市場(chǎng)不斷放量，已經(jīng)進(jìn)入消費(fèi)驅(qū)動(dòng)增長(zhǎng)的階段，美國(guó)方面總統(tǒng)拜登上臺(tái)后主推新能源，推出提案計(jì)劃提供高達(dá)300億美元的補(bǔ)貼，單車最高可達(dá)1.25萬(wàn)美元，政策通過(guò)后美國(guó)新能源汽車市場(chǎng)將迎來(lái)大爆發(fā)，有望接過(guò)中國(guó)、歐洲的增長(zhǎng)棒，帶動(dòng)全球新能源市場(chǎng)繼續(xù)高歌猛進(jìn)。

但不可否認(rèn)的是，現(xiàn)有液體鋰離子電池缺點(diǎn)較多，其能量密度較低，是否真正環(huán)保還有待觀察，且容易泄露，散熱性也不行，由于無(wú)法有效抑制鋰枝晶生長(zhǎng)導(dǎo)致電池很容易爆炸，非常不安全，電池使用壽命也較短，故眾多車企認(rèn)為其僅是中間產(chǎn)品。

固態(tài)電池有電眾多 有望成為電池終極形態(tài)

固態(tài)電池就是采用固態(tài)電解質(zhì)的電池，1980年鋰電池之父美國(guó)科學(xué)家約翰·古迪納夫就提出了固態(tài)電池的概念，被認(rèn)為是電池的終極形態(tài)，與液態(tài)電解質(zhì)相比，固態(tài)電解質(zhì)優(yōu)點(diǎn)較多，首先電池安全性得到極大提高，因?yàn)楣虘B(tài)電解質(zhì)機(jī)械強(qiáng)度高，且不會(huì)形成漏液，不會(huì)受到鋰枝晶的刺穿影響使得電池短路，極大地提高了電池的安全性，同時(shí)電壓溫度，可以采用鋰金屬負(fù)極大幅提高電池的能量密度，完美解決目前新能源汽車的里程焦慮問(wèn)題，續(xù)航可超過(guò)1000公里，另外固態(tài)電池?zé)o需電液和隔膜，極大地簡(jiǎn)化了電池結(jié)構(gòu)，推動(dòng)電池向輕量化邁進(jìn)，是鋰電池的未來(lái)方向。

多種路線研究齊頭并進(jìn) 誰(shuí)能勝出尚且存疑

固態(tài)電解質(zhì)(SSE)現(xiàn)有四種研究路線，主要分為硫化物固態(tài)電解質(zhì)、氧化物固態(tài)電解質(zhì)、聚合物固態(tài)電解質(zhì)和復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)。

硫化物電解質(zhì)在室溫下離子電導(dǎo)率較高，同時(shí)具備高變形能力適用于目前的粘合劑和有機(jī)溶劑，與正負(fù)極兼容性較好。但硫化物電解質(zhì)也存在較多問(wèn)題，如對(duì)空氣較為敏感，且本身不穩(wěn)定，暴露在空氣中易發(fā)生水解反應(yīng)，導(dǎo)致電導(dǎo)率大幅下降，且硫化物合成過(guò)程及相應(yīng)電池的組裝過(guò)程均需在惰性氣體中進(jìn)行，導(dǎo)致其成本極高。

氧化物固態(tài)電解質(zhì)按物質(zhì)結(jié)構(gòu)可分為兩類：晶態(tài)電解質(zhì)和玻璃態(tài)(非晶態(tài))電解質(zhì)。晶態(tài)電解質(zhì)包括石榴石型、鈣鈦礦型等，玻璃態(tài)(非晶態(tài))電解質(zhì)包括反鈣鈦礦型等，石榴石型是目前研究熱點(diǎn)。氧化物固態(tài)電解質(zhì)鋰離子遷移數(shù)接近于1，電化學(xué)窗口超過(guò)5V，比較穩(wěn)定，熱穩(wěn)定性好，機(jī)械強(qiáng)度高。但氧化物電解質(zhì)在室溫下離子電導(dǎo)率較低，且與電極相容性較差。

聚合物固態(tài)電解質(zhì)指含有聚合物材料且能夠發(fā)生離子遷移的電解質(zhì)，由高分子主體物、金屬鹽和添加劑三部分復(fù)合而成。高分子主體物含有能配位的電子基團(tuán)，提供支撐和離子傳遞作用，通常選擇介電常數(shù)高、具有極化基團(tuán)的有機(jī)聚合物。金屬鹽則提供金屬離子，一般是離散常數(shù)高且穩(wěn)定性好的鋰鹽，加入少量添加劑改善電解質(zhì)性能，可以使聚合物基體發(fā)生溶脹轉(zhuǎn)變?yōu)槟z狀態(tài)，提高離子電導(dǎo)率。聚合物固態(tài)電解質(zhì)成本低且機(jī)械性能好，但也存在著室溫條件下性能較差等問(wèn)題。

由于以上三種固態(tài)電解質(zhì)路線均有一定缺點(diǎn)，因此多種電解質(zhì)復(fù)合成為新的研究路線，目前主流復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)主要有層狀聚合物-無(wú)機(jī)復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)、混合型聚合物-無(wú)機(jī)復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)、無(wú)機(jī)-液態(tài)復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)和框架材料-液態(tài)復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)等，復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)結(jié)合了多種固態(tài)電解質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)，能夠大幅增加固態(tài)電池的性能。

大量資本入局 固態(tài)電池已成行業(yè)新風(fēng)口

固態(tài)電池的諸多優(yōu)點(diǎn)也吸引著資本提前進(jìn)入，全球主流汽車廠商都提前布局了固態(tài)電池，持續(xù)地向前沿電池領(lǐng)域投資，特斯拉自不必說(shuō)，作為全球新能源汽車龍頭，特斯拉的電池技術(shù)也明顯領(lǐng)先，在固態(tài)電池領(lǐng)域不不逞多讓，其子公司Maxwell的半固態(tài)電池已經(jīng)可以量產(chǎn)，固態(tài)電池領(lǐng)域也擁有很多專利。

除了特斯拉，固態(tài)電池不可不提的車企就是豐田，作為全球擁有最多固態(tài)電池技術(shù)專利(超過(guò)1000項(xiàng))的車企，盡管目前新能源發(fā)展遭遇困境，這僅是因?yàn)樽陨響?zhàn)略決策失誤，在技術(shù)領(lǐng)域豐田仍是無(wú)可爭(zhēng)議的王者。隨著豐田新能源加速轉(zhuǎn)型，到2030年將力爭(zhēng)在全球市場(chǎng)達(dá)到550萬(wàn)輛電動(dòng)汽車的銷量，并且實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池持續(xù)的、穩(wěn)定的量產(chǎn)。

其他車企也紛紛行動(dòng)，現(xiàn)代、奔馳和Stellantis投資了Factoria，F(xiàn)actorial擁有FEST技術(shù)，已成功開(kāi)發(fā)出在室溫下運(yùn)行的40Ah的固態(tài)電池。而大眾則早在2018年就向美國(guó)固態(tài)電池公司Quantum Scape投資了1億美元，目前投資額仍在不斷增加，Quantum Scape計(jì)劃在2025年推出商業(yè)化固態(tài)電池產(chǎn)品，目前已經(jīng)完成了1100次循環(huán)測(cè)試。

寶馬和福特則以1.39億美元投資了固態(tài)電池初創(chuàng)企業(yè)Solid Power，該公司預(yù)計(jì)今年就推出試驗(yàn)產(chǎn)品，2024年就實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，現(xiàn)代和三星SDI也投資了Solid Power。日產(chǎn)則自行研制固態(tài)電池，計(jì)劃于2024年開(kāi)始量產(chǎn)，橫濱工廠已經(jīng)動(dòng)工，2028年推出商業(yè)固態(tài)電池車型，通用則押注了另一家知名固態(tài)電池企業(yè)SES。

征途慢慢 固態(tài)電池商業(yè)化之路道阻且長(zhǎng)

從時(shí)間點(diǎn)來(lái)看，固態(tài)電池的發(fā)展仍處于起步階段，雖然已經(jīng)有很多固態(tài)電池企業(yè)實(shí)現(xiàn)上市，但商業(yè)計(jì)劃表顯示基本在2025年前后才能實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，而且該時(shí)間仍是小批量產(chǎn)出，僅是為了匹配車企的測(cè)試，最樂(lè)觀的來(lái)看固態(tài)電池大規(guī)模的量產(chǎn)需要等到2030年，超高的生產(chǎn)成本和難以解決的界面問(wèn)題、化學(xué)穩(wěn)定性問(wèn)題等目前都難以看到解決的趨勢(shì)，盡管固態(tài)電池十分美好，但我們?cè)谡嬲龖?yīng)用之前還有很長(zhǎng)的路要走。