固态电池产业化临近 2026年或迎来产业成熟期2021-06-15 08:08
近期，各大企业关于固态电池不断有消息传出，之前蔚来在蔚来日发布的150kwh电池包，实现360wh/kg能量密度，续航里程突破1000公里，宁德时代比亚迪等也被相继曝出其固态电池专利，引发社会讨论。
而固态电池是否能成功代替目前的锂离子电池，进行大规模产业化呢？我们认为需要从三个角度来考虑：即能量密度，安全性能，与电池成本。
首先是能量密度，能量密度是衡量一款动力电池优劣与否的最重要的指标之一，因为在很大程度上决定了新能源汽车一次所能行驶的距离，也确定了该动力电池搭载的车型是否能满足消费者的日常所需。实际上业界对于提升新能源汽车的续航里程的普遍做法有两种：即加大动力电池的体积，与提升电池的能量密度。前者即直接提升电芯整体的质量，通过将体积做大实现带电量提升，续航里程的增加。不过这种方法有很大的局限性。第二就是提升电池本身的能量密度了，这也是近年来动力电池业界最重要的目标之一。
在我国对于动力电池产业的规划中，2025年动力电池的整体能量密度为350-400WH左右，而目前传统液态锂离子电池的理论能量密度上限为350WH/kg，目前的液态锂离子电池技术受困于本身体系的局限，已经逐渐难以跟上不断提高的能量密度要求，而固态电池其本身电化学窗口兼容性更强，其电化学稳定窗口能达到5V以上，高于传统液态锂离子电池的4.2V，这意味着其能够匹配更高性能的正极材料，同时金属锂负极的使用也成为可能。大幅提升其理论的能量密度。在现有的正负极材料体系下300Wh/kg是比较高的能量密度，但是用上锂金属负极能达到500Wh/kg以上。能量密度的提升对新能源汽车意味着其体积及汽车本身的空间利用率也能得到有效提升。
二安全性。据此前深圳市消费者委员的调查结果显示，新能源汽车的安全性力压里程焦虑等问题，成为消费者拒绝购买最主要的原因。而近年来，随着我国新能源汽车保有量的大幅增长，安全事故频发，而其中长期以来，液态电解质由于其可燃性，在遇到冲击时容易发生泄漏或挥发，从而引起电池起火爆炸等安全事故。而固态电池使用不可燃的全固态电解质取代了液态电解质，即便在受到了物理冲击之后，仍能不冒烟，不起火，不爆炸，同时，锂枝晶现象也得到了足够的抑制，安全性得到极大提高。
三为成本方面，由于新能源汽车本质上仍是一种消费品，如果要完全取代燃油车的地位，除了在综合性能如续航里程，安全性能要做到持平或超越外，成本如果无法实现较好的控制，仍然难以进行产业化。固态电池因使用全固态电解质，电解液，电解质盐，隔膜与黏结剂等都原材料均无需使用，极大简化电池构建步骤，而中间的部分制作工艺，如电解质注入，额外的冷却系统等步骤，可以同样可以省略，有数据显示，当固态电池在电芯层面的产能达到20GWH时，固态电芯的成本降极为接近液态锂离子电池，成本为液态电池的1.1倍。而pack层面，当产能达到20GWH时，固态电池的成本降达到液态的98%。不过在之后产能逐渐起量的情况下，固态电池的成本有望低于普通液态锂离子电池。
从研发进展来看，固态电池的发展历程总体可以分为三个时段，第一段为2018-2021年，这段时间主要为固态电池产品的规划与研发期，在这段时间，行业内的各大电池厂商的产品已逐渐接近传统液态锂离子电池的理论能量密度上限，行业整体面临转型期，在这段时间之内，市场上传统液态锂离子电池如三元铁锂电池等仍然占据市场主导。而接下来2022年-2025年也就是应用期，该阶段市场上将会逐渐出现搭载固态或半固态电池的车型及产品，不过由于其成本问题，预计届时在高端车型中搭载的可能性更高，而能量密度在该阶段也将会来超越传统液态锂离子电池的理论极限，预计能量密度将达到300-500WH/KG。而第三个阶段2026年-2040年固态电池市场将会迎来成熟期，该阶段有望实现技术突破，能量密度突破到500WH/kg以上，大规模商业化应用及量产成为可能。
而固态电池是否能成功代替目前的锂离子电池，进行大规模产业化呢？我们认为需要从三个角度来考虑：即能量密度，安全性能，与电池成本。
首先是能量密度，能量密度是衡量一款动力电池优劣与否的最重要的指标之一，因为在很大程度上决定了新能源汽车一次所能行驶的距离，也确定了该动力电池搭载的车型是否能满足消费者的日常所需。实际上业界对于提升新能源汽车的续航里程的普遍做法有两种：即加大动力电池的体积，与提升电池的能量密度。前者即直接提升电芯整体的质量，通过将体积做大实现带电量提升，续航里程的增加。不过这种方法有很大的局限性。第二就是提升电池本身的能量密度了，这也是近年来动力电池业界最重要的目标之一。
在我国对于动力电池产业的规划中，2025年动力电池的整体能量密度为350-400WH左右，而目前传统液态锂离子电池的理论能量密度上限为350WH/kg，目前的液态锂离子电池技术受困于本身体系的局限，已经逐渐难以跟上不断提高的能量密度要求，而固态电池其本身电化学窗口兼容性更强，其电化学稳定窗口能达到5V以上，高于传统液态锂离子电池的4.2V，这意味着其能够匹配更高性能的正极材料，同时金属锂负极的使用也成为可能。大幅提升其理论的能量密度。在现有的正负极材料体系下300Wh/kg是比较高的能量密度，但是用上锂金属负极能达到500Wh/kg以上。能量密度的提升对新能源汽车意味着其体积及汽车本身的空间利用率也能得到有效提升。
二安全性。据此前深圳市消费者委员的调查结果显示，新能源汽车的安全性力压里程焦虑等问题，成为消费者拒绝购买最主要的原因。而近年来，随着我国新能源汽车保有量的大幅增长，安全事故频发，而其中长期以来，液态电解质由于其可燃性，在遇到冲击时容易发生泄漏或挥发，从而引起电池起火爆炸等安全事故。而固态电池使用不可燃的全固态电解质取代了液态电解质，即便在受到了物理冲击之后，仍能不冒烟，不起火，不爆炸，同时，锂枝晶现象也得到了足够的抑制，安全性得到极大提高。
三为成本方面，由于新能源汽车本质上仍是一种消费品，如果要完全取代燃油车的地位，除了在综合性能如续航里程，安全性能要做到持平或超越外，成本如果无法实现较好的控制，仍然难以进行产业化。固态电池因使用全固态电解质，电解液，电解质盐，隔膜与黏结剂等都原材料均无需使用，极大简化电池构建步骤，而中间的部分制作工艺，如电解质注入，额外的冷却系统等步骤，可以同样可以省略，有数据显示，当固态电池在电芯层面的产能达到20GWH时，固态电芯的成本降极为接近液态锂离子电池，成本为液态电池的1.1倍。而pack层面，当产能达到20GWH时，固态电池的成本降达到液态的98%。不过在之后产能逐渐起量的情况下，固态电池的成本有望低于普通液态锂离子电池。
从研发进展来看，固态电池的发展历程总体可以分为三个时段，第一段为2018-2021年，这段时间主要为固态电池产品的规划与研发期，在这段时间，行业内的各大电池厂商的产品已逐渐接近传统液态锂离子电池的理论能量密度上限，行业整体面临转型期，在这段时间之内，市场上传统液态锂离子电池如三元铁锂电池等仍然占据市场主导。而接下来2022年-2025年也就是应用期，该阶段市场上将会逐渐出现搭载固态或半固态电池的车型及产品，不过由于其成本问题，预计届时在高端车型中搭载的可能性更高，而能量密度在该阶段也将会来超越传统液态锂离子电池的理论极限，预计能量密度将达到300-500WH/KG。而第三个阶段2026年-2040年固态电池市场将会迎来成熟期，该阶段有望实现技术突破，能量密度突破到500WH/kg以上，大规模商业化应用及量产成为可能。
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