无惧安全问题 固态电池未来发展渐渐明朗

推动电动汽车进一步商业化发展的关键在于使用更安全、易回收的材料，同时提高电池能量密度，因为动力电池是新能源汽车企业获得市场优势的关键。

与此同时，固态电池在争论和质疑声中渐渐成为行业新宠，固态电池的未来发展也渐渐明朗。

今年初，蔚来汽车在NIO Day上发布eT7轿车，该车搭载了能量密度达360Wh/kg的150kWh固态电池包，续航里程将超过1000km。随后，大众集团在3月15号的Power Day上表示未来将着力发展固态电池技术，预计2025年开始使用固态电池。4月份，宝马集团公布，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。

在背后，动力电池厂商们不约而同地布局固态电池技术为车企们提供了很好的支撑。

6月18日，LG新能源亚洲营销总经理在2021中国汽车论坛会上透露，LG新能源正在开发全固态电池，预计2026年实现量产。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。松下计划在2025年推出一款使用固态电池的电动车。

固态电池已经成了产业巨头的隐形战场，据预测，到2030年，全球固态电池需求有望达到500GWh，按照专家保守估计，将形成3000亿元以上的市场规模。固态电池的迷人之处在哪？

灵魂拷问：安全性

安全性高，无自燃、爆炸的风险是固态电池的“王炸”。固态锂电池与传统锂电池最大的不同在于电解质，传统锂电池采用隔膜+电解液中间含有液态物质，而固态电池则使用固体电解质，能抑制枝晶生长，相比传统锂电池，固态锂电池的安全性更好，能量密度更高，占用空间更少。

自新能源汽车进入大众视野，爆炸、自燃等安全问题引起很高的关注度，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，极易导致电池起火甚至爆炸的后果。

车企、电池厂商都在寻找、实施提升电池安全性的解决方案，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，可惜都是治标不治本。

电池安全问题的“终结者”固态电池，由于其正负极不容易发生短路现象，此外，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，有望彻底解决动力电池的安全问题。

在辉能LCB电池安全性能测试实验中证实，死折、撞击、穿刺及剪切后LCB仍可放电，甚至在更严苛的枪击测试后，LCB温度仅上升3℃-5℃，无起火或冒烟且可持续使用。此外，LCB防爆等级通过认证，安全性毋庸置疑。

再来说说能量密度也就是续航里程，解决里程焦虑的关键在于电池的能量密度。目前液态锂电池能够实现的能量密度已近极限，而根据《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。使用全固态锂电池能量密度具备突破500wh/kg的潜力，有望达到2030年的目标。

究其原因，固态电解质体系因为减少了电解液和隔膜（换成固态电解质），采用同样正负极的固态电池能量密度高于传统锂电池。而且固态电池可以采用能量密度更高的金属锂作为负极，从而进一步提升电池能量密度。

行业人士表示，固态电池适合采用CTP刀片电池的布局，成组效率高于传统锂电池，成组阶段还能再次提升能量密度。

新能源汽车放量需具备三个条件：安全性、便利性、经济性。安全性是最基础的要求、必要条件；便利性是与传统汽车相比，满足出行需求的基本能力；经济性是新能源汽车进入大众消费领域的充分条件。固态电池不仅在安全性方面表现优异，也能通过提升续航带来便利性的提升，下一步在经济性上与传统动力电池平价，固态电池的时代将加速来临。

成本与技术路径

固态电池在经济性方面也具有优势。虽然目前固体电池仍处于相当实验室-中试阶段，其成本相较于液态电池仍不具备可比性，但是伴随后续规模化生产以及工艺改进，成本有望迅速降低。

因为固态电池具高安全性，可简化甚至不需要冷却系统，加工成本低于传统锂电池，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。

目前已经在使用或者接近商用的固态电池的电解质有三种：聚合物、硫化物和氧化物。其中氧化物或成最优解。

氧化物电解质的优势是稳定性好，循环寿命长，可达1000次以上，能量密度较高，倍率性能较好，同时成本较低；主要缺陷是界面接触问题尚未完美解决。相比之下，硫化物电解质工业化较难，与电极接触时的界面阻抗普遍较高；聚合物电池在移动电源市场上已经做到了量产，但是充电倍率较差，能量密度较低。

另一方面，氧化物电解质理论成本低廉，如果能控制好加工成本，就可以实现电芯成本低于传统电池。

与此同时，企业、科学家们也在寻找进一步降低成本的技术和工艺。

此前，美国乔治亚理工学院材料研究团队发现了一种新的熔体渗透技术，在这种技术的作用下，固态锂电池能够和传统液体电解质制备的电池用同样的生产工艺生产。该技术采用不易燃的陶瓷电解质，能渗透到多孔、紧密堆积的热稳定电极中，进而生产高密度的复合材料。

在研究中，研究人员采用了使用液体电解质的低成本锂离子电池制造工艺，不但使用低熔点固态电解质，而且在中等温度（~300°C 或更低）下呈液态渗入致密、热稳定的电极中，之后在冷却过程中凝固。几乎相同的商业化设备可同时用于电极和电池的制造，从而大大减少了工业化的障碍。

熔体渗透示意图（来源：Nature Materials）

总结：

如今，固态电池已经有了不少实质性的进展，然而技术和成本仍旧是挡住其产业化道路的两座大山，短期内很难能跨越。参照主流电池厂商的规划，固态电池量产时间普遍在2025年之后，产业化也是10年之后的事情。

回顾历史，10年并不是一个很长的维度。10年前后，中国的纯电动汽车销量从不足1万辆到超过100万辆。10年之间，动力电池成本降低86%，成本相差了8倍多，近年来由于汽车制造商的需求激增，电池价格下跌的速度还将快于预期。

在行业看好、前景向荣、各路企业布局之下，固态电池产业化进程有望超预期发展，我们满怀信心静待固态电池。