固态电池：解决「里程焦虑」的未来答案？

固态电池的商业化速度肯定比想象的要快得多。这是元气资本第31篇原创文章的分析师。）宁博是微信的官方账号。）元气资本如果我们将新能源汽车视为一场动力革命，那么固态电池的出现至少是一个里程碑式的事件。无论资本市场如何理解和看待当前的新能源汽车，回归其本质，它们仍然是一种交通工具。作为一种工具，在目前的新能源汽车产品中，消费者最关心的无疑是续航里程的比较，即动力电池之间的比较。从锂电池技术的发展路径来看，液态锂电池所能达到的能量密度已逐渐接近极限，固态电池将把锂电池的发展带入一个新时代。从工作原理来看，固态锂电池与传统锂电池没有区别。两者的区别在于，随着正极材料的不断升级，固态电解质可以做出更好的适应，从而提高整个电池系统的能量密度和安全性；

理论上，两者的成本处于同一水平，这意味着一旦实现商业应用，固态电池将完全取代现有的液体电池市场。

2019年，国家市场监管总局共召回33281辆新能源汽车，其中6217辆因动力电池问题召回，占今年新能源汽车召回总量的18.68%。短路在电池失控的主要触发条件中占绝大多数（>90%）。短路可能由各种可能的情况引起，是电池热失控过程中的一个常见特征。随着电池能量密度的增加，短路问题变得越来越明显。目前，电池安全主要有两种可选模式：第一种是，尽管电池可能会遇到安全问题，但增加安全设计可以降低出现问题的概率，并达到安全标准。第二种选择是选择不会点燃或燃烧的电池。第一个解决方案本质上是通过降低风险来实现“安全考虑”。如今，新能源汽车的数量已经超过400万辆，未来几年超过1000万辆是大概率事件。迫切需要的是从根本上解决安全问题的电池。电池问题的小概率事件也可能在大的基础上变得标准化。在这种背景下，汽车制造商的安全要求将越来越高，选择不点火和不燃烧的电池可能会成为汽车制造商的一致选择。

为什么你会感到里程焦虑？里程焦虑有两层含义：对电池寿命的焦虑和找不到充电站的焦虑。特斯拉曾进行过一项实验，从盐湖城到丹佛的距离为525英里，250英里的汽油车程为8小时23分钟，即可到达丹佛。如果新能源汽车的续航里程能够达到300英里，并支持3C或以上的快速充电，那么从盐湖城到丹佛的时间可以控制在8小时31分钟，这意味着其便利性几乎与汽油车相同。高续航里程和快速充电是解决新能源汽车便利性问题的最重要方法。电池寿命实际上是从电池能量密度的角度来看的。在我们的研究中，赣锋锂业（002460，股吧）表示，第三代固态电池可以将电池的能量密度提高到400WH/KG。

来源：GGIB，元气资本的固体电解质也支持快速充电。锂离子电池的充电分为三部分：最低充电时的涓流充电（0.1摄氏度时最慢）、中等充电时的恒流充电和接近满充电时的恒压充电（较慢）。在恒流充电阶段实现快速充电相对简单，在固态电池中实现快速充电并不困难。根据汇能此前提供的数据，2019年，其以12分钟充电的5C倍率实现了91.70%的性能。也就是说，理论上已经有了很好的解决第一层“里程焦虑”的方法，因为固态电池可以满足消费者对续航里程的需求。那么，随着下游车企逐步增产，作为基础设施项目的充电桩跟上了吗？这个问题的答案可能因不同地区和城市的用户而异。但就全球公共充电站建设的总体数量而言，中国实际上在全球团队中排名第一。

来源：IEA，截至6月底，元气资本共建设充电站3.8万个，置换站449个，各类充电桩132.2万个，其中公共桩55.8万个，私人桩76.4万个。同时，还建成了一个由4.9万公里的十纵十横两环高速公路组成的快速充电网络。因此，可以得出结论，随着时间的推移，“里程焦虑”的问题可以逐渐得到解决，问题在于固态电池的商业化。

根据来自大型引擎的数据，商业化的成本至关重要。2019年，28.7%的消费者希望新能源汽车价格在12万元以下……

，而23.1%的人希望价格在18万至25万元之间。目前，新能源汽车的价格普遍已降至25万元左右。如果我们想达到数百万辆汽车的拥有水平，这意味着同级别的新能源汽车价格需要继续下降。汽车制造的要求是，选择使用固态电池不会显著增加汽车成本。这并非不可能实现。氧化物电解质本身的原材料价格相对较低，此外，在固态电池加工中没有液体注入等工艺。如果处理成本低于每千瓦时4.4美元，那么可以实现比传统电池更低的电池成本的想法。因此，固态电池生产线的投资也将低于传统的液态锂电池。根据10年折旧计算，固态电池每千瓦时的折旧比传统锂电池少0.1美元。根据汇能的计算，按照目前的技术，当固态电池的产能超过20Gwh时，PACK固态电池的成本将低于传统电池。与此同时，来自各大工厂的专业团队正在进一步寻找降低成本的技术和工艺。

来源：元气资本对制造商的研究，包括赣锋锂业、惠能科技、宁德时代（300750，股吧）等。固态电池专指氧化物，值得一提的是，固态电池并不是一个“新”概念。固体电解质锂离子电池的理论研究可以追溯到1972年在贝尔吉拉特举行的“固体中的快速离子传输”会议。斯蒂尔讨论了合适的固态电解质的基本标准，并指出了过渡金属二硫化物作为电池正极材料的潜力。同年，Armand将Li/TiS2应用于固态β-以氧化铝为电解质的三元石墨正极中Na+的扩散是关于固态电池的首次报道。目前，全球有50多家制造公司、初创公司和大学研究机构致力于固态电池技术，固态电池尚未实现大规模商业化。预计到2020年，准固态锂电池将在全球范围内实现工业化，到2025年，全固态锂电池最终将实现工业化。有趣的是，不同地区对固态电池技术的探索方向表现出不同的偏好：欧美公司更喜欢聚合物系统，而日本和韩国公司更致力于解决硫化物系统，而中国公司更专注于氧化物系统。欧洲和美国的汽车公司高度关注固态电池初创公司。汽车企业通过收购和投资中美洲和美国大学在固体电池领域的初创企业来获取技术储备，如solid Power、SolidEnergySystems、Ionic Materials、Quantum Scape等。

固态电池在欧美的布局现状。日本汽车公司在固态电池的研发方面起步相对较早。丰田是最早加入该公司的公司，于2008年开始与固态电池初创公司Erika合作。2019年初，该公司宣布与松下建立合作关系。三菱、日产和松下等大多数公司正在加快在固态电池行业的部署，争取尽快实现量产。其中，车厂与松下联合生产的硫化物电池最为引人注目。目前，这种固态电池正由丰田和松下的合资企业开发，预计将于2025年大规模生产。在充电速度方面，据丰田内部人士透露，固态电池原型产品在充电速度上比现有锂电池具有显著优势，从0充电到100%只需15分钟。在电池寿命方面，丰田计划在固态电池使用30年后保持90%以上的性能。如果这项技术能够尽快实施，其循环性能将超过特斯拉最近推广的百万公里电池，即宁德T……

es、通用汽车和其他公司。在能量密度方面，根据丰田的计划，计划到2025年将固态电池的能量密度提高到现有锂电池能量密度的两倍以上，预计将达到450Wh/kg。届时，配备固态电池的电动汽车将大幅增加续航里程，与目前的汽油动力汽车相当。然而，尽管推出了固态电池原型产品，丰田认为真正的市场化应用也将在2025年左右。一方面是因为技术还需要不断改进，另一方面是成本相对较高。在固态电池研究方面，国内企业不如日本、德国和美国等国家先进，但越来越多的企业已经参与其中。参与主体包括中国科学院化学研究所、中国科学院青岛能源研究所等研究机构，以及中国科学院宁波材料研究所，以及赣锋锂业、宁德时代等锂电池产业链企业；

更多其他领域的公司看好跨境投资固体电池，比如专注于汽车零部件的万向集团，以及新能源汽车比亚迪。

中国固态电池技术布局

固态电池的三种途径中哪一种更好或更差？在聚合物电解质技术方面，世界主要以法国的Bolloré集团和美国的Solid Energy为代表。作为聚合物固态电解质领域的领先企业，法国博洛雷早在2011年10月就开始使用其自主研发的电动汽车“Bluecar”和电动巴士“Bluebus”在巴黎及其郊区提供汽车共享服务“Autolib”。近年来，Bollore共投资了3000块由BatScap制造的固态电池，电池容量为30kWh，成为世界上第一家将固态电池电动汽车商业化的公司。凭借其在电容器薄膜领域的全球领先地位，法国博洛雷集团将储能作为其发展的首要任务。开发了一种独特的创新技术，由其子公司Blue Solutions生产的Lithuim金属聚合物电池。Blue Solutions在法国和加拿大有两家工厂，生产Blue存储金属锂聚合物电池。该公司的固态电池产品不含钴、镍和溶剂，可以回收。它有望实现比离子电池更环保、对社会更负责任的电池解决方案。在氧化物电解质技术方面，有两家具有代表性的企业，分别是赣锋锂业和汇能科技。中国的汇能科技是氧化物电解质技术领域的领先企业。自2006年以来，该公司花了十年时间开发了三项技术：Ceramion Microcell？Logithickness呢？，2012年率先发布第一代固体氧化物碱性电解质技术平台，打造具有碱性导电性的柔性电解质。核心产品和技术是LCB固态锂陶瓷电池，在外观和技术上突破了以往的锂电池技术。他们大胆采用软电路板和固态电解质，实现了超薄、柔性、安全的锂电池的可能性，消除了泄漏、火灾或爆炸的风险，增加了新产品在各个领域应用的设计灵活性。值得注意的是，汇能科技的固态锂陶瓷电池是全球首款“固态陶瓷电解质”锂电池。它不同于传统聚合物锂电池的液体电解质和PE/PP聚合物隔离层技术的正负极。惠能直接用压缩固体陶瓷电解质代替隔离层和电解质。

该产品不存在任何泄漏问题，不存在可燃物质，正极和负极不会接触和短路，因为固体电解质是不可压缩的。因此，固态锂陶瓷电池LCB非常安全，即使受到外部冲击、完全弯曲、刺穿或250°C烘烤5小时，LCB也不会点燃或爆炸。作为全球最大的金属锂生产商，赣锋锂业于2017年引入中国科学院团队开始布局固态电池。目前，赣锋锂业集团已在固态电池氧化物电解质技术中实现了LISCON氧化物粉末和石榴石氧化物粉末的开发，年产能达到100吨，并实现了电解质膜的量产。目前，该公司拥有从混合固液电解质动力锂电池到全固态锂电池的研发、中试和大规模制造能力。赣锋锂业的锂电池生产基地主要集中在江西新余地区，浙江丰力位于江西新余的第一代固态锂电池正在建设中。东莞赣锋拥有年产3000万台的全自动聚合物锂电池生产线，赣锋电池6亿瓦时高容量锂离子动力电池项目也已成功投产。在硫化物电解质技术方面，世界主要以日本丰田集团为代表。2010年，丰田推出硫化物固态电池，专注于研究……

硫化物基固态电解质，可提高电池性能，如能量密度、导电性、循环寿命和安全性。目前，中国电池巨头宁德时代也专注于硫化物电解质的研发。丰田很早就进入了固态电池领域。自2004年以来，丰田一直在进行全固态电池的研发，并积累了第一手固态电池技术。2019年5月，丰田展出了其全固态电池样品，目前正处于试生产阶段。2020年，丰田计划推出搭载硫化物固态电池的新能源汽车，并在2022年实现量产。在我们的研究课题中，基于目前的技术进步，宁德时代离商业化还很远。由于硫化物固态电池的研发路径选择，其性能参数，尤其是循环性能，明显低于赣锋和汇能的氧化物固态电池。

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来源：元气资本专利说明书

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固态电池的潜在需求主要来自三个领域：动力电池、消费类电池和储能电池。中国固态电池的出货量与这三个领域对锂电池的需求以及固态电池在这三个行业的渗透率密切相关。我们认为，基于固态电池的安全性和灵活性优势，第一个潜在的应用将是在成本敏感的微型电池领域，如植入式医疗设备、无线传感器等。技术成熟后，逐渐渗透到高端消费电池中。从市场角度来看，尽管手机、电脑和数码相机等传统电子消费品总体呈放缓趋势，但智能穿戴设备的快速增长将推动固态电池的需求。

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来源：中国信息通信研究院、国家统计局、元气资本科技不可能一蹴而就。在向固态电池过渡的过程中，不仅可以开发下游终端产品，还会替换一些旧材料，也会应用一些新材料。行业格局可能会发生变化。在政策的鼓励和推动下，可以预见，固态电池的商业化步伐肯定会比我们想象的快得多。本文由公众号元气资本原创。文中观点仅供参考，不构成投资建议。如需转载，请联系元气酱↓↓↓ 本文首发于微信公众号：元气资本。文章内容属于作者个人观点，不代表和讯网络的立场。投资者应据此操作，并承担风险。

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