蔚來發布的“固態電池”到底是個啥？

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續航能力和安全性動力電池追求的兩大主要方向，發展固態電池也正是為了解決這兩大問題。

出品|每日財報

作者|劉陽

新能源汽車已經成為造富的機器。根據胡潤最新發布的2020世界500強榜單，價值增長最快的前三家公司均來自中國，其中有兩家分別是蔚來、小鵬。具體來看，蔚來的價值增長了23倍，達到4039億元；小鵬汽車的價值增長了9倍，達到2488億元。除了中國的蔚來和小鵬，新能源車巨頭特斯拉的價值也增長了8倍，以3。6萬億元的總價值排名全球第九。

1月9日，國內造車新勢力頭部企業之一的蔚來汽車在其舉辦的“2020 NIODAYS”活動上釋出了旗下首款純電動轎車——蔚來eT7。除了釋出新車外，蔚來汽車還發布了一款單體能量密度達360Wh/kg的150kWh固態電池包產品，並宣佈將於2022年四季度將該款固態電池裝配到旗下的量產車上。訊息一出，引發市場熱議。

什麼是固態電池

《每日財報》注意到，蔚來發布新電池之後，A股的電解液、隔膜企業股價均出現大幅下跌，究竟是為什麼呢？這還要從兩種電池的本質說起。

傳統的鋰電池由正極、負極、電解液和隔膜組成，其工作原理是鋰離子在正負極之間往返脫嵌導致外電路電子定向移動形成電流，而電解液就是鋰離子電池的“血液”。電解液由溶劑、高純溶質和高純新增劑按照一定的比例配製而成，質量佔比分別為83%/12%/5%，目前電解液基本的組成體系已經比較成熟，主溶質以六氟磷酸鋰為主，主溶劑以碳酸酯類產品為主，新型鋰鹽和新增劑仍存在較大變化。雖然新型鋰鹽和新型溶劑已經得到部分應用，但是由於其自身存在各種缺陷，還無法完全取代六氟磷酸鋰和碳酸酯類溶劑，只能作為輔助產品來使用，實際上仍可以看作是新增劑。

固態電池和傳統鋰電池最顯著的區別在於電池內部的電解質的物理形態。與現今普遍使用的鋰離子電池和鋰離子聚合物電池不同，固態電池是一種使用固體電極和固體電解質的電池，其並不需要鋰電隔膜與電解液。這也就是為什麼這些領域的公司在蔚來發布新電池之後股價大跌，固態電池的核心是固體電解質，目前有三大技術路徑：聚合物、硫化物和氧化物全固態電池。

不過需要注意的是，固態電池並非新出現的概念，早在1978年Michel Armand首次報道了固態金屬鋰電池的相關研究，隨後40年內固態鋰電池被全球廣泛研究。固體電解質離子電導率低，介面相容性差等技術瓶頸制約了商業化程序，全固態鋰電池的研究停滯於20世紀末，2007年開始，全固態鋰電池的研究開發復甦。

2019年末釋出的《新能源汽車產業發展規劃（2021-2035）》首次將固態電池上升到了國家層面，提出了加強固態電池研發和產業化程序的要求。但直到現在固態電池也沒能實現商業化，根本原因是固態電池的技術瓶頸尚未攻克，因此只能先用半固態電池。也就是在液態電解液中添加了固態電解質的成分，保留了以前的電解液和隔膜，同時新增固態電解質的成分。固態電池的商用路徑需要從半固態逐漸過渡到全固態電池，蔚來汽車此次釋出的電池也是半固態電池。

最後，成本問題是固態電池技術商業化的最大挑戰，從本質上講，續航里程與使用成本（整車與更換電池成本）目前仍是電動車的薄弱環節，任何新技術的成功都必須同時解決這兩大問題。據推算，同樣採用石墨負極的固態電池總成本為158。8$/kWh，要比液態電池總成本（118。7$/kWh）高出34%。

為什麼要發展固態電池？

續航能力和安全性是動力電池追求的兩大主要方向，發展固態電池也正是為了解決這兩大問題。

新能源汽車最初發展的時候採用的是磷酸鐵鋰電池，這種能量密度較低但安全性好的技術路徑成為“初代”新能源汽車動力電池的首選。但伴隨著新能源汽車市場競爭的加劇，能量密度更高，成本效益比更好的三元鋰電池成為新寵，直到目前仍然是市場主流。但業內專業人士指出，目前磷酸鐵鋰和三元鋰電池的能量密度都已經接近理論極限，高鎳材料+矽碳負極單體能量密度極限在300Wh/Kg左右，目前寧德時代和國軒高科都已經達到這個水平。

富鋰錳基+矽碳負極單體的能量密度極限在400Wh/Kg左右，中國提出的目標是在2025年達到這個水平，還有5年時間，能量密度要提升33%。但是越接近理論極限，研發投入的邊際產出就會越低，進步的速度就會越緩慢。在此背景之下，固態鋰離子電池被認為是最有可能的下一代鋰電技術，固態電池能量密度具備突破500wh/kg的潛力，而更多的能量密度就意味著更長的續航里程。

其次，液態電解質電池的安全性也不高，隨著充放電次數增加，一旦鋰枝晶穿透隔膜，很容易燃燒或者爆炸，而固態電解質不可燃、無腐蝕、不揮發、不漏液，即使在高溫情況下，也無自燃爆炸風險，因此，固態電池在安全性層面也具備優勢。

事實上，國內外的頭部企業早就著手固態電池的研究了，動力電池龍頭企業寧德時代早在2016年就正式宣佈在硫化物固態電池上的研發路徑，目前寧德時代固態電池可實現300周迴圈以容量保持率82%，但全固態電池還在開發中，預計2030年後才能實現商品化。輝能推出的MAB固態電池包採用了BiPolar+（電芯內部串並聯等）、S-Inlay（直線堆疊）與Logi-Pack（內建偵測系統）技術，針對固態電池的高安全性、高散熱能力與機構特性而開發出的一種全新封裝方式，並計劃在2022年以不犧牲安全性、具經濟可行性的方案創造出續航里程與燃油車相當的高能量密度電池包。

此外，贛鋒鋰業一期專案固液混合的半固態鋰電池實現規模化生產能力，公司與中科院許曉雄課題組合作，設立全資子公司浙江鋒鋰新能源科技有限公司，開展固態鋰電池方面的產業化工作。

根據SNE Researchd的測算，2030年全球固態電池需求有望接近500GWh，2025年固態電池全球市場空間有望達到60億元，而2025年我國固態電池市場空間有望達30億元，2030年有望達到200億元。綜合看下來，從長期的視角來看，固態電池具備廣闊的前景，而且很可能成為未來的主流電池，但從當下的情況來看，技術水平和成本問題都制約了其大規模商用化，液態電池依然是目前的必選項。