电池革命：固态电池量产还有多远？.docx

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1、电池革命：固态电池量产还有多远?目录刖百1.固态电池是什么？电动车有没有未来就看它了！ 21.1. 首先，什么是固态电池？ 21.2. 固态电池有什么好处？ 31.3. 3.固态电池这么好，早干吗去了？ 41.4. 日产真的会实现量产固态电池吗？4.彻底告别电动车自燃，固态电池真有这么神？ 62. 1.固态电池有何优点？ 73. 2.为什么不大面积量产？ 9.动力电池的价值进阶92 .纷沓而至：占位市场先机10.规模量产的龟速爬行11刖百电池的开展已经走过快两百年的历史，如今锂离子电池是最为出众的二次 储能电池。高工作电压、快速充放电特性、长循环寿命、无记忆效应等众多优 点，让它成为当今数码产

2、品及电动汽车大规模应用的第一选择。虽然锂离子电池的性能优秀，但开展也有其难以跨越的挑战与障碍：电池 的结构特性局限了电池的性能。现有的电池结构是电池衰老和存在平安隐患的 根本原因。电池发电的原理是两个电极材料在电解液中相互交换离子，但是因为这个 结构也会使得其反响界面一直存在，电池就处于一直在工作的状态，造成容易 衰老的局面并且也有平安隐患。举例来说，电动汽车在冬天趴窝就是因为电池在低温情境下，性能失效的 缘故。材料科学家和电池工程师在电池材料上提出了许多方法。例如在电解液 当中掺入大量有机溶剂，来降低电解液的凝固温度。然而这样却造成电解液更 加易燃，牺牲了电池的平安性。第1页共12页全固态电

3、池使用固体电解质相对来说更平安、性能更优，而传统的液态锂 离子电池逐渐不能满足先进技术的标准：既能提升续航里程，也更加平安。因 此全固态电池成为动力电池界的开展新热潮。4 .纷沓而至：占位市场先机2020年11月，国务院办公厅印发的新能源汽车产业开展规划（2021- 2035年）明确要求，加快固态动力电池技术研发及产业化。据预测，到2030 年，全球固态电池市场将超过60亿美元（约合人民币383亿元），中国市场的 占比将超过50%。固态电池在实验室中的良好性能指标意味着丰厚的商业价值，这也成为企 业加速布局，抢占技术制高点的动力。国内外企业机构等对于动力电池的研发 与量产日程都提上了议程。丰田

4、在动力电池的布局也是较早，丰田的车规级固态电池拥有超过1000项 专利，位居全球前列，而且大多是含金量较高的创造专利。在CES2022上，丰 田首席科学家兼丰田研究所所长吉尔普拉特（GMPratt）重申，第一辆采用固 态电池技术的丰田汽车将在2025年前后到来。群众汽车集团零部件公司首席技术官Thomas Schmall在去年接受采访时表 示，群众汽车对开发新一代固态电池寄予厚望，公司希望在2025年形成完整的 固态电池销售模式，向市场供应固态电池，并计划到2030年在欧洲建立6家大 型电池工厂，总年产能到达240GWh。宝马集团发布规划，称计划在2030年前实现量产；LG能源也正在开发全 固

5、态电池，预计2026年实现量产。国内固态电池开展的情形，也是如火如荼，技术路线那么是全固体与半固体 参半。电池界大佬宁德时代此前公开过两种与固态电池相关的专利，并在去年 5月份宣称，已经可以做出固态电池的样品，但是距离实现商业化还有很远的 路要走，预计到2030年才会面向市场推出。上汽集团在去年6月发布消息，称 2025年将推出高平安性、高能量密度、面向商业应用的固态锂电池。折中选择瞄准半固态研发的玩家那么有卫蓝新能源、清陶开展、国轩高科、 赣锋锂电等，虽然他们也有全固态电池的生产线，但已量产的全固态电池主要第10页共12页 应用在消费电子、特种电源等领域。已下线的用在新能源汽车上的半固态电

6、池，目前处在验证测试阶段。蔚来此前宣传搭载固态电池，让业内沸腾。上市后，这款所谓的固态电池 也呈现最终的真面容，并不是行业内期盼翘首等待的全固态电池，蔚来李斌玩 了个商业化的包装术语，搭载ET7轿车的电池包其实是半固态电池。但噱头引 起的关注与讨论，也让蔚来的新车出尽了风头，续航超过1000km的电池让人 们看到了固态电池的潜力。无论是车企定下的时间表，还是业界研究学者与专家给出的量产时间，都 指向了 2025与2030,不过目前来说并没有提前的迹象，以现在实际车企测试 的结果，还有向2030年继续推迟下去的趋势。我们看到从走出实验室到规模落 地还需要一段蛰伏开展的时间，规模量产的实际落地道阻

7、且长。5 .规模量产的龟速爬行相较于其他锂离子动力电池，固态电池的技术指标比拟优越，但这些数据 也是实验室里面的温室指标。在实际量产的过程中，仍然存在许多尚未攻克的 瓶颈。1 .固态电池的技术指标仍需完善。固态电解质的离子导电率较低，充电比 较慢，固/固界面接触性和稳定性差，电解质对空气敏感等问题。2 .制造工艺复杂，生产工艺不成熟。举例来说，制造固态电池的氧化物和 硫化物电解质，属于多孔隙的陶瓷材料，这类材料的特点就是脆，想要加工成 很薄的电解质很困难，稍有不慎就会断裂。3 .制造本钱偏高。全固态电池的制备工艺复杂，且固体电解质较贵，现阶 段全固态电解质锂动力电池的本钱较高。4 .产业链尚不

8、完整，难以大规模生产。现阶段的固态电池多是实验室中的 温室产品，实际落地经过测试的电池屈指可数，以现有的工艺水平和设备能 力，成品的良率也无法保障，更不用说大规模的量产上市。这些现实瓶颈的解决并不是那么容易。深耕研发固态电池长达数年之久的 Fisker,这家美国车企在去年年初表示放弃研发全固态电池，这个决定也意味着 多年研究固态电池的努力都打水漂。锂电池独角兽企业麻省固能（SES）也放弃 了全固态电池技术研发，选择固液混合的半固态电池路线。最后的攻坚阶段，第11页共12页 这些固态电池中的老玩家选择放弃，也在一定程度上说明固态电池最后的研发 冲刺阶段比已经完成的90%的里程都要艰难险阻。总之，

9、对于固态电池来说，无论是技术指标上的能量密度、循环寿命、安 全、本钱等要素，缺少哪一个，都是规模商业化路途的拦路虎。无论企业是仍然坚持全固态电池路线，还是折中选择半固态路线，固态电 池的技术路线都存在不确定性。行业内的主流观点认为，半固态电池或许能够 在2025年左右实现大规模量产，但全固态电池完全实现商业化至少还要10年 的时间。十年的时间线开展，固态电池最终到底是不是动力电池的终极路线， 也没人能百分百确定。工业产品从研发到验证与落地，没有个十年的时间打底是走不出来的。固 态电池从材料到结构再到制造技术仍然处在探索的过程之中。作为新兴的动力 电池选择，也需要时间来沉淀与酝酿。如此这般，才能

10、为新能源汽车的里程长 久续航，颠覆革新汽车的百年行业，也为绿色出行的生态建设添砖加瓦。第12页共12页也有科学家尝试更换电极材料，但是电池的能量提升了，却无法抵抗热失 控；快充的话，又会导致电池界面的火性太高，也无法保障其平安性。从优化 电池管理的系统思路上解决，却带来了能量密度的下降与单位本钱的增加。想要让电池低温高活性与高温稳定性的需求矛盾无解，似乎电池也有鱼和 熊掌不能兼得的障碍，能量密度、平安、快速充电等要素不能完美的全部集成 在电池身上。如果这些问题得到解决，新能源汽车的规模开展将革新重塑汽车 百年的行业。因此动力电池的终极开展目标也向着平安、能量密度高、循环性能好、充 电速度快等优

11、点兼容前行。固态电池作为新的锂电池终结者方向，正在成为新能源汽车干掉燃油车的 杀手铜。1.态电池是什么？电动车有没有未来就看它了!最近行业内有个不小的新闻，日产公布了全固态电池技术说明会，公布了 日产在固态电池研究进度，而且还要在2024年建立首家全固态电池试点工厂， 2028年可能要推出搭载固态电池的纯电车，如果真的能够按期实现的话，那么 纯电汽车真的要迎来革命性变化，彻底替代燃油车也完全没问题。1.1. 首先，什么是固态电池？每当我们说到纯电汽车的痛点的时候，总是离不开续航短、易燃易爆炸、 充电慢（虽然现在快充已经很快了相比加油还是慢）、既怕冷又怕热、开时间 长了续航越来越短，这里面的核心

12、问题就是电池不行！纯电车的核心缺点其实 就是电池的缺点。第2页共12页影响锂离子电池基本性能的因素正极/负极：锂离子存储库=影响能量存储的因素 电解质：锂离子移动速度=影响功率及充电时间的因素如果大家还能想起初中的化学、物理知识，电池充放电的本质是化学反响 （氧化还原），化学反响受到哪些因素影响还记得吗？浓度、温度、压强、结 构、性质等等，所以看看电动车上电池的缺点的原因其实就是很容易受到各种 因素的影响。那么在电池里哪个局部对外界环境最敏感呢？电池的结构可以简化为正负 极+电解质，现在大局部的电池的电解质都是液态，大家如果拆过电池的话，就 会发现电池里有湿湿的像泥一样的东西，相比正负极材料，

13、电解液很容易受到 环境影响，温度、外界压力等等，所以要改善电池性能和平安性，把电解质从 液态变成固态是一个革命性的方案。1.2. 固态电池有什么好处?固态电池几乎可以解决当前汽车动力电池所有的问题，比方不易燃烧、不 易爆破、无电解液走漏、不会在高温下发生副反响、也很难短路，对温度不敏 感、更耐高压，这是由固态电池的物理和化学性质决定的。同时由于没有了电 解液，正负极材料选择面更广，固态电池可以轻松实现300Wh/kg-400Wh/kg, 当前汽车动力电池最高能量密度仅300Wh/kgo第3页共12页代替锂离子电池中的有机电解液，使固态电解质具备运送离子功能的二次电池AMBITI N2030AM

14、BITI N2030态电池1.3. 固态电池这么好，早干吗去了？就和我们从小就熟悉的纳米材料、石墨烯一样，一个技术听起来很好，但 是我们从来没见过，那只可能是一个原因：技术太难，无法量产。有意思的 是，固态电池面临的技术难点反而是常见电池的优势，比方电解液你说它不好 吧，但是可以完全接触正负极、离子移动也非常顺畅，所以由此可见，电解质 的材料以及如何将正负极连在一起是固态电池的技术核心难点，所以目前来看 无论是从技术上还是从本钱上都难以实现量产。技术突破所需课题/ NISSAN .AMBITlh N2030形成稳定的固固界面液态电解质漆入到正极/负极材料形成 稳定的界面全固态电池形成并维持正负

15、极材料与固态电解质间的高密度、均匀的界面电芯结构 控制束缚压流程1.4. 日产真的会实现量产固态电池吗?在日产的发布会上，日产公布的是2022年将进行固态电池实验室级别的可 行性研究；2024年在日本横滨建造固态电池的试点工厂，同时在该工厂检验和 试生产电极材料与固态电解质混合、电芯叠层等固态电池的关键技术。而且预第4页共12页计2028年有望将电池组的本钱降至75美元/kWh,充电时间缩短至的1/3,在25下能在15分钟时间内从15%充电到80%o固态电解质的技术突破：高能量密度AMBITI N2030负极：减少锂离子储存隔面的厚度，增加锂离子密度(=能量密度)全固体密也(ASSB)全固态电

16、池 (ASSB)在核心技术上，也就是电解质材料选择+粘合技术方面，日产选择的是硫合 物固态电解质方案，油电是全接触性好，所以整体的离子电导率非常好，固-固 接触容易形成面接触。缺点是稳定性差，硫化物化学活性很强，与空气、有机 溶剂、正负极活性材料反响都很强，不仅在电池内部很难稳定，整个生产、运 输环节都变得困难重重。在粘合技术上，日产公布的方案是采用纤维状粘合剂 取代传统粘合剂，使得正极活性物锂离子的移动不设障碍，进而降低电芯阻 抗。AMBITI N2030固态电解质的技术突破：材料选择性电解质固态化使材料间的副反响减少=扩大了正负极材料的选择范围正极材料本钱最小化通过增加负极材料的锂离子储存

17、量，使能量密度最大化正极电解质负除了日产之外，几个大厂都早已开始在固态电池上发力，比方群众计划在2024年开始批量生产其固态电池；丰田和与松下合作，预计在2025年左右销第5页共12页售配备固态电池的汽车。宝马预计在2025年推出首款搭载固态电池技术的概念 车；Stellantis计划在2026年前推出其首个固态电池技术等等。还有国内的比亚 迪、宁德时代等，固态电池也是他们非常关键的研发工程。可以看到基本在3-10年内，各大厂就要推出搭载固态电池的产品，但我认 为是比拟不乐观的，因为目前为止电池性能的开展还非常缓慢，整个新能源行 业围绕电池痛点的解决方案依然是充电、电池管理、电池结构上，并不是

18、因为 人类不够努力，而是物理和化学极限难以突破。未来很美好，但还需要很多时 间，很多耐心才能走进未来。2.彻底告别电动车自燃,态电池真有这么神?2020年蔚来NIO DAY上，李斌发布了旗下首款轿车ET7,还有同时发布的150kWh半固态电池，让行业内都为之震惊，关于蔚来的半固态电池的“概念”也是足足吊了广大用户一年多的胃口，至今,PPT仍然没有成为现实。2022年1月底，有关于固态电池的好消息传出，但并非来自蔚来汽车，而是东风汽车和赣锋锂业联合开发的东风-赣锋高比能固态电池E70,关于这款固 态电池，首批搭载在东风风神E70车型上，当然，看到这里的网友不用着急去 查关于此车的价格，因为目前，

19、仅有50台固态电池车型，仅作用于固态电池示 范运营车辆，这50台车型，分别投放于江西、广东、浙江和江苏四个省份。第6页共12页相信看到这里很多人会好奇，固态电池到底有什么优点，为何这么多人一 直在期待着？还有一个问题，这么好的技术只有50台车，为什么不大面积量 产？2. 1.固态电池有何优点?先抛开关于东风E70电池官方所宣称的优点，固态锂离子电池和液态锂离 子电池本身就有所差异，所以二者在不同层面上也有一定的差距，那固态电池 相较于液态锂离子电池究竟有何优点？第一、液态锂离子电池内部的电解液为液态，所以称之为液态锂离子电 池，电解液在冬季时，由于温度寒冷，气温影响电解液状态，就像本来买了一

20、瓶常温矿泉水，拿在冬天室外，要不了多久就结冰了，电解液虽然不会结冰， 但温度过低也会影响状态，所以，液态锂离子电池在冬季性能表现会有所下 降，这就冬天新能源车辆的续航都会有折扣的原因。而固态电池，内部电解液将采用固态形式，固态形式的电解质将不会再受 到温度所影响，尤其是冬季寒冷气温下，固态电池也依旧会有很好的性能表 现，因此，搭载固态电池的电动车，冬季续航里程将不会因为电池而导致续航 缩水。第7页共12页第二、固态锂电池即便是在大电流工作，也不会产生锂枝晶刺破隔膜引发 的短路等危险情况，所以，固态电池未来，可以彻底解决电动车起火、自燃等 危险。第三、液态锂电池目前理论能量密度上限最高也就300

21、Wh/kg左右，想要 突破上限比拟困难，而固态锂电池将电解液更换为固态电解液后，负极材料原 本采用嵌入锂离子的石墨负极，可以直接替换为金属锂来做负极，这样可以有 效减轻负极材料用量，在固定重量和体积下，可以有效提高能量密度，因此，固态电池可以增加目前电动车续航上限。液态电解质I_1_I固态电解质负极 正极这三个优点，也是目前很多消费者对电动车比拟排斥的几个关键因素，而 在固态锂电池彻底量产以后，彻底解决。第8页共12页2. 2.为什么不大面积量产？目前，虽然东风和赣锋推出固态电池，但也仅支持50台车用于展示，此番 操作就可以证明，目前大面积量产固态电池依旧存在非常大的难度，在生产和 研发中，本

22、钱一定是远高于传统液态锂离子电池，高昂的本钱无论是企业还是 消费者，固然都无法接受；除此之外，仅生产50台车固态电池，可以证明生产 良品率也无法到达标准，所以，东风和赣锋的50台车，更多的作用就是“秀肌 肉”，证明自己的研发和技术能力。3.动力电池的价值进阶新能源车什么时候可以取代燃油车，在动力电池领域市场公认一个答案 是：现有电动车的电池系统能量密度翻一倍，从普遍的160Wh/kg到400Wh /kgo而解决电池的能量密度问题，方案一定是动力电池的革新。我们知道现在电动车市场主流的动力电池是三元锂电池与硫酸铁锂电池， 如果按照电解质的物理状态分类的话，这两种电池都是典型的液态电池。如果 想要

23、消灭里程焦虑，革新新能源汽车市场，固态电池性能表征就是动力电池发 展的目标。固态电池，也被称为未来锂电池的开展新方向。动力电池领域流行的选择三元锂与硫酸铁锂并不是完美的选择。三元锂电 池，能量密度高，但耐高温性能差，磷酸铁锂电池，平安性高，但能量密度上 限低。液态锂离子电池总体存在电解液氧化、电极膨胀、高温失控等平安隐 患，只能牺牲能量密度来换取稳定性。而固态电池可以兼容两者的短板：既可 以满足能量密度的需求，也可以兼顾平安。固态电池，因为采用固态物质作为电解质，没有持续的反响界面，副产物 不会溶解在界面里，所以它会有更好的稳定性和循环特性。同时液态电解质面 临的干涸和泄露问题也不会存在。这使得固态电池在平安性与寿命周期方面具 有远超三元锂电池与磷酸铁锂的优势。此外，固态电池还具有耐高温、无腐蚀、体积小、能量密度大的特性，规 避了传统液态锂电池的主要弱点。据介绍，一辆固态汽车的续航里程可达1000 公里，充电只需要10分钟，随着时间的推移，固态电池劣化也会较少。第9页共12页