固態(tài)電池：或在eVTOL等新場景大展拳腳

近期，受一系列消息的影響，固態(tài)電池在產(chǎn)業(yè)界和資本市場再次受到關(guān)注。固態(tài)電池因其具備更高的能量密度和安全性，被資本市場和業(yè)界寄予厚望，但我們也要認(rèn)識到，固態(tài)電池技術(shù)目前正處于發(fā)展初期，面臨材料、界面接觸和生產(chǎn)制造等挑戰(zhàn)，當(dāng)前股市相關(guān)概念的熱捧還屬于主題炒作階段。

另外，當(dāng)前主流的三元鋰及磷酸鐵鋰技術(shù)在電動汽車及儲能的應(yīng)用場景下，雖然能量密度、安全性等難言完美，但也可稱合格，不然普及不會這么快，而這兩類成熟鋰電池技術(shù)當(dāng)前已具有龐大的產(chǎn)能，重置成本巨大，因此，對于固態(tài)電池來說，在新場景、新應(yīng)用發(fā)揮其優(yōu)勢或許是加速其大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化落地的一個方向，例如目前大力支持發(fā)展的eVTOL等。

產(chǎn)業(yè)利好消息不斷

消息面上，近期，固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)利好消息不斷，多家產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)相繼披露了相關(guān)領(lǐng)域的最新進(jìn)展。

華為于11月15日公開了一種創(chuàng)新的硅基負(fù)極材料專利，名為《硅基負(fù)極材料及其制備方法、電池和終端》。這項(xiàng)專利不僅解決了因膨脹效應(yīng)過大導(dǎo)致的循環(huán)性能低下問題，還顯著提升了負(fù)極材料的穩(wěn)定性，標(biāo)志著華為在科技創(chuàng)新領(lǐng)域的又一重要突破。

據(jù)伊維經(jīng)濟(jì)研究院的數(shù)據(jù)顯示，美國QuantumScape和衛(wèi)藍(lán)新能源預(yù)計(jì)在2025年至2026年間實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池的量產(chǎn)。清陶、比亞迪以及寧德時代則計(jì)劃于2027年進(jìn)入量產(chǎn)階段，而日本松下和豐田的量產(chǎn)時間則安排在2028年或更晚。隨著固態(tài)電池技術(shù)的進(jìn)步，各企業(yè)的量產(chǎn)時間表正在逐步提前。

11月13日，億航智能公司宣布其與欣界能源及合肥國際先進(jìn)技術(shù)推進(jìn)中心低空經(jīng)濟(jì)電池能源研究所合作研發(fā)的高能量密度固態(tài)電池技術(shù)取得顯著進(jìn)展。搭載此電池的EH216-S飛行器成功完成了持續(xù)48分10秒的不間斷飛行測試，這一成就標(biāo)志著全球首次使用固態(tài)電池驅(qū)動的eVTOL（電動垂直起降飛行器）完成飛行驗(yàn)證。

11月7日，太藍(lán)新能源、長安汽車聯(lián)合發(fā)布無隔膜固態(tài)電池技術(shù)，實(shí)現(xiàn)極片復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)層隔膜功能替代，離子電導(dǎo)率大于1.5mS/cm。按照規(guī)劃，無隔膜全固態(tài)電池將于2025年實(shí)現(xiàn)原型驗(yàn)證體系開發(fā)；2026年小批量生產(chǎn)持續(xù)驗(yàn)證；2027年批量生產(chǎn)、示范應(yīng)用。

此外，廣汽集團(tuán)于11月8日在互動平臺表示，公司已初步打通全固態(tài)電池全流程制造工藝，預(yù)計(jì)于2026年裝車，搭載于昊鉑車型。

還有報道稱，寧德時代在今年增加了對全固態(tài)電池的研發(fā)投入，已將全固態(tài)電池研發(fā)團(tuán)隊(duì)擴(kuò)充至超1000人。寧德時代目前主攻硫化物路線，在近期已進(jìn)入20Ah樣品試制階段。

解決安全、壽命、能量密度不可能三角

固態(tài)電池并不是近期才出現(xiàn)的概念，實(shí)際上近些年業(yè)界常說的全固態(tài)電池、半固態(tài)電池都是固態(tài)電池的分類。

固態(tài)電池之所以備受關(guān)注，是因?yàn)槠渥鳛橐环N新型電池技術(shù)，它具有更高的能量密度、長循環(huán)壽命和安全性，尤其是對比當(dāng)前主流的三元鋰及磷酸鐵鋰技術(shù)（包括演變出來的圓柱、刀片、疊片等各種結(jié)構(gòu)技術(shù)），全固態(tài)電池似乎是解決安全性、壽命、能量密度這個不可能三角的完美答案。

回顧這些年的鋰電產(chǎn)業(yè)，我們可以看到產(chǎn)能數(shù)量級的提升，甚至到了階段性過剩的局面，也看到各家電池廠、整車廠眼花繚亂的各種技術(shù)名詞，但歸根結(jié)底，都可以歸類為三元鋰及磷酸鐵鋰兩種材料分類，而如果從結(jié)構(gòu)形態(tài)劃分，則主要是方形、圓柱和軟包等，其它形態(tài)也大體上是在這些形態(tài)上的演變。

這主要是因?yàn)?，三元鋰也好，磷酸鐵鋰也好，鋰電池中的液態(tài)電解質(zhì)中的有機(jī)溶劑具有高腐蝕性、易燃、抗氧化性較差等特點(diǎn)，尤其是無法應(yīng)對鋰枝晶等問題，導(dǎo)致液態(tài)鋰電池在安全性和能量密度上進(jìn)一步突破面臨天花板。

固態(tài)電池則不同，從材料劃分看，該技術(shù)路線主要分為氧化物、硫化物、聚合物三種類型。全固態(tài)電池采用固態(tài)電解質(zhì)，半固態(tài)電池采用較少的液態(tài)電解質(zhì)，直戳三元鋰、磷酸鐵鋰的痛點(diǎn)，甚至還可以規(guī)避隔膜的使用，進(jìn)而可以大幅提升安全性、能量密度、循環(huán)次數(shù)和低溫性能等特性。

根據(jù)億歐智庫的報告，聚合物電解質(zhì)對負(fù)極界面相容性好，剪切模量低，但是離子電導(dǎo)率較低、循環(huán)壽命較短，目前更多是與其它材料復(fù)合提升導(dǎo)電率和循環(huán)壽命；氧化物電解質(zhì)電化學(xué)窗口寬，具有高熱穩(wěn)定性和高空氣穩(wěn)定性，但是柔韌性差；硫化物電解質(zhì)具有高導(dǎo)電率，高熱穩(wěn)定性，但對水分敏感。

從成本角度看，硫化物路線由于采用了高價原材料因而材料成本比另外兩種高，其導(dǎo)電率和能量密度也相對較高；聚合物符合電解質(zhì)路線的制備過程涉及復(fù)雜的合成步驟和驚喜的加工技術(shù)，其制造成本相比另外兩種高；氧化物路線則屬于材料成本和制造成本都居中的位置。綜合來看，硫化物路線性能好、成本高，煙花五路線和聚合物符合路線性價比較好，億歐智庫認(rèn)為，隨著技術(shù)進(jìn)步和規(guī)模化生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)，全固態(tài)電池的整體成本將逐步降低。（見圖）

eVTOL等新場景或才是它的舞臺

不過，固態(tài)電池雖好，但并不僅僅只是上述安全性、能量密度、壽命的考量，還需要同時兼顧成本等因素，不僅鋰電技術(shù)如此，所有新技術(shù)都一樣，舉個大家可能更靠近生活的例子，OLED電視雖好，但滲透率仍小，只能在小眾的高端和超高端市場占據(jù)一點(diǎn)份額，而唱衰液晶電視（LCD TV）聲音早已不稀奇，但現(xiàn)實(shí)卻是后者仍是市場主流，一個重要的因素便是OLED面板成本高昂導(dǎo)致前者價格難以持續(xù)下降，而液晶電視仍可以在Mini LED的背光技術(shù)加持下改善畫質(zhì)、對比度等觀看體驗(yàn)。

當(dāng)前主流的三元鋰及磷酸鐵鋰技術(shù)在電動汽車及儲能的應(yīng)用場景下，雖然能量密度、安全性等難言完美，但也可稱合格，不然普及率不會這么快，而這兩類成熟鋰電池技術(shù)當(dāng)前已具有龐大的產(chǎn)能，重置成本巨大，如果沒有降維打擊的成本優(yōu)勢，固態(tài)電池恐怕難以在這兩個領(lǐng)域大展拳腳。

但是，像當(dāng)前政策鼓勵支持的eV?TOL、電動機(jī)器人等領(lǐng)域，或許是推動固態(tài)電池走向大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵。有業(yè)內(nèi)人士表示，預(yù)計(jì)至2025年，全球各類固態(tài)電池市場空間或達(dá)到幾十GWh至上百GWh、千億元規(guī)模。東方證券發(fā)布研報稱，全固態(tài)電池早期有望率先應(yīng)用于消費(fèi)電子、航空航天和高端電動車市場，到2030年在動力電池和消費(fèi)電子電池中的滲透率分別達(dá)到2%和10%。

圖：典型全固態(tài)電池性能和成本估算