導讀：固態電池成為動力電池的下一代電池技術已成為行業共識，但目前到固態電池量產還有一段距離，當前，技術路線尚未明確，動力電池企業更多采用硫化物電解質技術路線。但整體來看，固態電池由于制造工藝、固相界面阻抗等關鍵問題制約其量產時間節點的提前到來。
一、固態電池技術相關報告
工信部在《中國制造2025》中指出，到2025年，2030年，我國動力電池單體能量密度需分別達到400Wh/kg、500Wh/kg。而據多家動力電池企業調研情況顯示，液態電池能量密度上限基本在350Wh/kg左右，難以滿足能量密度提升的最終要求。固態電池因為其固態電池質特性及鋰金屬負極的得以應用，不僅可有效提升能量密度，同時能夠提升動力電池的本征安全。因此，固態電池越來越受到動力電池產業鏈的關注。
二、固態電池簡介
根據電解質狀態的差異，鋰離子電池總體可分為兩類：液態電池和固態電池，兩者主要不同之處在于采用電解質的狀態不同，液態電池主要依靠液體電解液進行鋰離子的運輸傳導，而固態電池中則替換了液態電池中使用的電解液與隔膜，采用固態電解質完成電池工作狀態Li+可逆脫嵌的過程。這種方式的替代，決定了液態鋰電池和固態電池特性存在一定差異化。
液態鋰電池VS固態電池
三、固態電池優勢
1) 安全性高，降低熱失控風險。固態電池將液態電解質替換為固態電解質，大大降低了電池熱失控的風險。半固態、準固態電池仍存在一定的可燃風險，但安全性優于液態鋰電池。
2) 能量密度高。固態電池電化學窗口可達5V以上，高于液態鋰離子電池（4.2V），允許匹配高能正極，提升理論能量密度。固態電池無需電解液和隔膜，縮減電池包重量和體積，提高續航能力。電池負極可以采用金屬鋰，正極材料選擇面更寬。
3) 固態電池可簡化封裝、冷卻系統，電芯內部為串聯結構，在有限空間內進一步縮減電池重量，體積能量密度較液態鋰離子電池（石墨負極）可提升 70%以上。固態電池無漏液風險，可簡化冷卻系統，電池以多電芯串聯結構相接，優化電池封裝，電池的體積能量密度大幅提升。
四、固態電池技術路線分析
固態電池按技術路線的不同，主要分為聚合物全固態電池、氧化物全固態電池、硫化物全固態電池三類。三種技術路線各有特點，將適用于不同的場景——聚合物電解質工藝最成熟，氧化物電解質安全性最好，硫化物電解質能量密度提升空間最大，每種電解質特點決定其將在不同場景發揮優勢（汽車、3C等領域），并在不同領域和時間內實現商業化。
1、聚合物固態電池
主要優點：
容易加工，可以制備較大容量的電芯
機械性能較軟，各項性能和目前使用的電解液有類似之處，工藝和現在的鋰電池比較接近
最容易利用現有設備通過改造實現量產的固態電池
主要缺點：
離子電導率最低，必須加熱到60度以上，離子電導率才會提升，接近10-4S/cm，所以需要保持高溫的狀態
能量密度有局限，由于聚合物是有機物，電化學性能不好，不如其它固態無機固態電池材料，跟磷酸鐵鋰兼容性好，跟三元兼容性不好，導致能量密度無法提升
結合以上優缺點可見，聚合物體系不適用于常溫條件下汽車工作場景，可作為輔料，與其他固態電解質復合發揮界面性能優勢。
2、氧化物固態電池
主要優點：
耐受高電壓，導電率高于聚合物
氧化物的離子電導率可達到10-5-10-3 S/cm的級別，但不如液態電解液，典型的代表有LAGP、LATP等氧化物
主要缺點：
氧化物的機械性能堅硬，如果用其制作電解質片，較容易破裂
與正極活性材料的固-固接觸不夠好，導致從面接觸變成點接觸，界面損耗過大
以上缺點造成大容量電芯很難制備，氧化物現在只能跟電解液或者聚合物復合，做成現在所使用的固液混合電池實現電解液含量的降低。
3、硫化物固態電池
主要優點：
接觸性好，離子電導率非常好
粒子比較柔軟，固固接觸容易形成面接觸
是固態電池材料中唯一能超過液態電解液離子電導率水平的材料，也是全固態電池未來最有可能的技術路線
主要缺點：
產品成本非常高，空氣穩定性較差
硫化物化學活性很強，與空氣、有機溶劑、正負極活性材料反應都很強，因此界面穩定性較差
穩定性較差的缺點導致生產、運輸、加工等環節都十分困難，限制了它的廣泛應用。
五、三種固態電解質體系及特點
三種固態電解質體系及特點
1、不同企業選擇技術路線的差異化
目前，動力電池企業、主機廠以及第三方企業都在積極布局固態電池技術，選擇了不同的電解質技術路線，頭部主機廠及動力電池企業更傾向于選擇硫化物電解質路線，且研發較為靠前。
2、固態電池核心技術難點分析
構建良好的界面接觸是提高固態電池電化學性能的有效策略。固相界面間無濕潤性，難以充分接觸，形成更高的接觸電阻，在循環過程中發生元素互擴散及形成空間電荷層等現象，影響電池性能。
晶態電解質中存在大量晶界，高晶界電阻不利于鋰離子在正負極間的傳輸。
從目前的研究看，固態電池要完全替代液態鋰離子電池，主要有兩大難題：
提高離子電導率，即鋰離子在固體電解質中的遷移速率
降低固態材料界面阻抗，即有別于傳統液/固界面的固/固界面
目前，固態電池還存在較長的產業孵化期，據調研情況而言，多數動力電池企業量產的全固態電池產品最快也要到2028年才能推出，2030年可能是集中爆發的時期，所以目前LFP和三元鋰電池還是當前主流的兩條技術路徑，但LFP存在明顯的能量密度天花板，三元呈現高鎳高壓化的發展趨勢。
作者：聆英咨詢 Patrick
