固态电池的原理、发展历程以及产业现状

随着全球电动车浪潮席卷，关于固态电池的新闻越来越多：从Fisker宣称开发充电1分钟行驶500公里的固态电池，到宝马已与SolidPower进行合作开发下一代电动车用固态电池，再到丰田又宣称将在2025年前实现全固态电池的实用化。作为下一代电池技术的代表，固态电池引发市场高度关注。

本期的智能内参，我们推荐来自华创证券的研究报告，阐述固态电池的原理、发展历程以及产业现状。

以下为本期智能内参整理呈现的干货：

固态电池——后锂电时代必经之路

固态电池具有发展的必然性。固态电池采用不可燃的固态电解质替换了可燃性的有机液态电解质，大幅提升了电池系统的安全性，同时能够更好适配高能量正负极并减轻系统重量，实现能量密度同步提升。在各类新型电池体系中，固态电池是距离产业化最近的下一代技术，这已成为产业与科学界的共识。

固态电池产业化阶段尚处早期，但有望在未来超速发展。我们对固态电池各体系的开发进度进行了详细的梳理并比较了不同的技术路径现状。当前已实现小部分商业化的固态电池产品对比传统锂电暂未形成足够的竞争优势，而未来固态电池将走阶段发展的路线，从特殊领域逐渐往动力电池过渡，并且随着国际巨头的加速布局，固态电池将进入发展的快速轨道。

固态电池——后锂电时代必经之路

2018年，政策持续调整，新能源汽车产业链正逐渐进入比拼硬实力的健康成长通道。新能源车的出现，一开始便是作为替代者的身份存在，支撑它发展是其足够与传统行业竞争的商品属性。固态电池，则是新能车发展蓝图上的必经阶段，它有望作为一项关键技术为行业的未来保驾护航，他的产业化进程也值得我们重点跟踪关注。

传统液态锂电不会是动力电池的技术终点

1、传统动力电池体系难以满足10年后的能量密度需求

众所周知，动力电池直接对应新能车产品的性价比，而能量密度是动力电池的关键指标。我国电动车市场正经历由“政策驱动”向“政策助跑”的转换，政策对于锂电产业能量密度提升的导向已经明确，补贴直接与能量密度挂钩并不断提高门槛。工信部颁布的《中国制造2025》指明：“到2025年、2030年，我国动力电池单体能量密度分别需达到400Wh/kg、500Wh/kg。”指标分别对应当前乘用车动力电池单体平均水平170Wh/kg的2-3倍。

当前动力电池单体能量密度与各项政策指标仍有较大差距

为了理清400-500Wh/kg对于动力电池能量密度的概念，我们对锂离子电池技术的迭代路径进行了梳理，我国正位于第二代向第三代锂电发展的过程中。正极材料的选择上，我国已由磷酸铁锂转向三元，并逐渐向高镍三元发展。负极材料当前产业化仍集中于石墨材料，未来也在向硅碳负极进行过渡。据推算，当前采用的高电压层状过渡金属氧化物和石墨作为正负极活性材料所组成的液态锂离子动力电池的重量能量密度极限约为280Wh/kg左右。引入硅基合金替代纯石墨作为负极材料后，锂离子动力电池的能量密度有望做到300Wh/kg以上，其上限约为400Wh/kg。

中短期动力电池能量密度的天花板已现，难以满足2025年政策指标。

2、安全问题关乎行业健康发展，难以彻底根除

可燃的液态有机电解液是电池自燃的幕后元凶。新能源汽车销量逐年增长却伴随着安全事故的增加，其中，电池自燃占比事故原因的31%。自燃的原因是由于锂电池发生内部或者外部短路后，短时间内电池释放出大量热量，温度极剧升高，导致热失控。而易燃性的液态电解液在高温下会被点燃，最终导致电池起火或者爆炸。

起火事件的频发挫伤公众对于新能源车信心，政策相继出台加强行业监管，企业方面，近年来也从不同方向对安全问题进行优化。主要手段包括：

(1)采用功能性电解液，于电解液中添加阻燃剂;

(2)优化BMS热管理系统，减少过冲过放等易引发热失控的场景发生;

(3)采用陶瓷涂覆与耐高温的电池隔膜等等。但这些手段在技术层面并没能取代可燃性有机电解质的使用，电池系统的安全隐患没有得到彻底根除。零自燃风险，将是未来电动车实现燃油车全面替代需要迈出的关键一步。

面对能量与安全两座大山，下一代锂电的风口在哪?回望电动车电池技术发展史，从早期的铅酸电池，到丰田等日本企主打的镍氢电池，再到08年特斯拉roaster使用的锂离子电池，传统液态锂离子电池已统治动力电池市场十年。未来，能量与安全需求与传统锂电技术的矛盾将越来越凸显，在下一代锂电技术中，固态电池获得了最高的关注度，已引发全球范围的企业进行提前卡位。