固态电池：新能源下一个“超级风口”？

~

目下最大的赛道，无疑是新能源 汽车 。有人甚至说，新能源 汽车 在未来十年也仍会是最大的风口。当然，这其中包含的意思，除了产业本身的发展之外，也同样体现了技术层面可能出现的重要迭代乃至革命。

在整个新能源赛赛道中，“整车”无疑是最光鲜和最吸引眼球的。但当前整车市场的竞争堪称惨烈。国内被戏称为“PPT造车”的“造车新势力”，企业数量近500家，目前脱颖而出的也不过蔚来、小鹏、理想、零跑、威马、哪吒等屈指可数的几家。

同时在新能源 汽车 “全球老大”特斯拉持续降价、销量暴增之后，尚未盈利的“蔚来”们，又将面临怎样的剧烈冲击和未来？

所以说，当前的整车赛道已经拥挤不堪且危机重重，对于整车企业个体而言，未来的发展充满着不确定性。

而新能源领域具备较大确定性的环节在哪？毫无疑问是动力电池。一个朴素的道理：无论谁在造车，都离不开或者说希望获取高能量密度、高安全性又低成本的电池配备。

因而，背靠日益膨胀的新能源 汽车 市场，动力电池领域无论在效率、成本、安全等维度上的重大突破，无疑都将是一个具备高度确定性的“超级风口”，甚至具有划时代的意义。

动力电池领域公认的标准是：如果电动车的电池能量密度能从当前主流的160wh/kg，提升至400wh/kg，那么电动车足以完全取代传统的燃油车。

面对这一创造 历史 的机遇和巨大的市场前景，国内外一众电池生厂商也已开足马力投身于下一代动力电池的研发。这其中，“固态电池”则是当下最火热、最被寄予厚望的“超级电池”研发技术路径。

动力电池：新能源 汽车 的生命线

这两年特斯拉持续降价，最新的拳头产品“Model Y 标准续航版”税后报价27.6万元，较之其此前推出的“Model Y 长续航版”降价7万元有余，由此引发热销。

而促使特斯拉可以大幅降价的底气就来自于换装 “磷酸铁锂电池”后成本骤降。

目前新能源 汽车 搭载的动力电池主要是“三元锂电池”和“磷酸铁锂电池”两种，我们来简单介绍下这两种电池。

“三元锂电池”电池正极添加了镍、钴、锰等三种贵金属，因而能量密度和充电效率较高。

但也正因为添加了这三种贵金属，三元电池成本较高。同时也导致电池内部高温状态下化学反应剧烈（200 左右会发生分解），容易引发燃爆，为提升安全性能则需要增加更多成本。

另一种“磷酸铁锂电池”，则不含有贵金属成分，因而成本较低。同时“磷酸铁锂”化学性质稳定（500 左右结构依然稳定），不易燃爆，使用寿命较长。主要缺点是能量密度、充电效率不及三元电池，同时在低温状态下性能较差。

但近年来宁德时代的“CTP模式”（将电芯直接集成到电池包）、比亚迪的“刀片结构”（单体电池通过阵列方式排布插入电池包）等技术突破，已使得磷酸铁锂的能量密度基本达到了主流的160Wh/kg，充电效率也大幅提升。由此，磷酸铁锂电池低成本的优势也就更加凸显。

而此次特斯拉“国产Model Y标准续航版”，正是由原先松下的三元电池“换装”成了宁德时代的CTP模式“磷酸铁锂电池”，由此成本大降，也搅动了国内新能源 汽车 市场的大潮。

动力电池之于新能源 汽车 的重要性也可见一斑。

固态电池：群雄逐鹿的下一个战场

20世纪90年代以来，包含液态电解质的锂离子电池（包括前述磷酸铁锂电池和三元锂电池）已成为当前最成熟、应用最广泛的电池技术路线。

而随着市场对电池能量密度、安全性、经济性等方面的要求日益提升，传统锂离子电池已逐渐不能满足需求。于是采用固体电极和固体电解液，并具备更高能量密度和安全性的“固态电池”便应运而生。

固态电池为什么能具备更高的能量密度和安全性？

首先是其固态电解质（主要采用有机或无机陶瓷材料）的结构和密度，可以聚集更多带电离子、传导更大电流，同时采用金属锂等材料做负极，从而有效提升单位体积的电池容量和续航能力。

据分析，一辆全固态电池 汽车 续航里程可达约1,000公里，同时电池性能可长期保持稳定；

第二是固态电解质封存简易，可以显著节省成本，以及减轻电池重量、减小电池体积；

第三是固态电解质化学结构稳定，较之液态电解质，减小了电池在高温下发生化学反应和燃爆的风险，使用寿命稳定。

有机构预测，到2030年，全球固态电池需求预计达500GWh，市场规模在3,000亿元以上。

巨大的市场需求和应用前景，也让固态电池的研发成为国家战略。

目前，中国、美国、日本、德国等世界主要经济体均制定了各自的固态电池发展规划。总体计划是：在2020-2025年期间致力于提升电池能量密度并逐步向固态电池转变；2030年前后研发出商业化运用的全固态电池。

当前，日本丰田、松下、本田，韩国LG，德国宝马、大众，以及国内的宁德时代、比亚迪等动力电池巨头，均已布局固态电池领域。

在时代潮流的强势推动下，固态电池技术也在逐步取得重大突破。美国休斯敦大学研究团队日前发布成果显示：通过溶剂辅助过程改变电池的电极微结构，可将有机基固态锂电池的能量密度翻倍。

在固态电池的材料方面，国内企业也已具备批量生产能力。赣锋锂业日前宣布：公司生产的第二代固态锂电池基于高镍三元正极、含金属锂负极材料，能量密度超350Wh/kg，循环寿命近400次。

固态电池商业化之路：任重道远

市场渴求、政策支持，业界各路大神不惜重金倾力投入，固态电池的研发看起来一切都很美好，但事实并非如此。固态电池在技术上还存在大量需要攻关的难点，距离真正实现商业化还存有较长距离。

目前固态电池量产和商业化的主要瓶颈包括：

一是固态电解质的离子电导率较低，导致充电效率较低；

二是材料体系不完善。固态电池固态电解质可以选择有机或无机陶瓷材料，负极可以选择预锂化、富锂复合和金属锂等材料，但总体尚无较为成熟的材料体系。固态电池的用材，或许也是人类材料科学的一个巅峰；

三是制备工艺技术难度高。作为固态电池电解质的氧化物和硫化物电解质，制备难度较高，以目前的工艺水平难以保证成品的合格率；

四是固态电池的内部结构和性能平衡问题尚待解决。固体电池是一个全新的体系，颠覆了液态锂电池系统，很多架构和系统问题需要重新设计，以目前的技术水平尚不能完全驾驭；

五是产业链配套不完善。作为主体尚处于或刚走出实验室的固态电池，自然无法形成完整的配套产业链；

六是生产效率低下、制造成本居高不下。目前普通液态锂电池成本不过200-300美元/千瓦时，而若以现有技术制造车用全固态电池，成本据说高达数千万美元。

这其中，成本问题应该是制约固态电池大规模商业化的最大瓶颈。

一个值得玩味的细节是：作为全球最大的新能源车企，特斯拉一直对固态电池问题保持缄默，反而仍然着力于传统锂电池的改进。

2020年12月，特斯拉发布4680动力电池，展示其CTP无模组电池方案：取消电池模组设计，将960个4680电芯直接按照40x24的排列置入动力电池结构体中，再结合正负极材料的改进，这套电池系统的能量密度或将达到300Wh/kg。

或许特斯拉在证明：类似固态电池这样过于先进的技术并不一定适合于商业化；而“在商言商”，能够大规模商业化的，必然是技术成熟、成本低廉的路径。

固态电池之外，还有其他技术路径吗？

固态电池无疑是追逐下一代动力电池最火爆的技术路线，但未必是唯一选择。因为我们的最终取向是高效能和低成本的平衡，如果其他技术路线在与固态电池的推进过程中，在这两方面的平衡较之后者更优、发展更快，那鹿死谁手还真不好说。

固态电池之外，还有哪些可以选择的动力电池技术路径？业内较为看好的包括燃料电池、镁电池、铝空气电池、超级电容器等路线。

“燃料电池”的基本原理，是将燃料的化学能直接转换成电能，具有转换效率高、环境污染少等优点。

但燃料电池的发展同样是问题重重。以当下燃料电池领域最火热的“氢燃料电池”为例，就面临制氢储氢和催化剂成本高昂、关键零部件技术瓶颈等问题。

“镁电池”是以镁为负极，某些金属或非金属氧化物为正极的原电池。由于镁的熔点（约650 ）远高于锂（约180 ），同时镁的储量也远高于锂，因而镁电池较之锂电池，在安全性和经济性方面具备优势。

但镁电池的障碍在于缺少合适的正极材料与镁负极组合、充放电不稳定等。

“铝空气电池”以高纯度铝为负极、氧为正极，以氢氧化钾（KOH）或氢氧化钠（NaOH）水溶液为电解质，铝摄取空气中的氧，在电池放电时产生化学反应。

铝空气电池的理论比能量可达8,100Wh/kg，同时重量轻、环保无污染，但其比功率较低、充放电速度较慢且容易过热。

“超级电容器”是一种通过电极与电解质之间形成的界面双层来存储能量的装置，同时具备传统电容器的充放电和电池的储能特性，而且具有充电速度快、循环使用寿命长、绿色环保等优点。

但其缺点同样十分明显，包括电极材料能量密度较低、电解质容易泄漏、耐压性能较差等。

综合而言，以固态电池为代表的下一代动力电池的各条技术路径各有利弊，目前尚有不少技术瓶颈亟待突破，同时在有效性、经济性、安全性的平衡方面，也存在诸多问题，大规模商业化之路均任重道远。

而可以确定的一点是，假以时日，在市场需求的引致和国内外广泛持续研发的推动下，下一代能量密度和充放电效率更高，同时兼顾成本、安全等多方面因素平衡的某种划时代“超级电池”，终将取代目前主流的液态锂电池。

只不过这其中，固态电池应该是目前各方投入最多、最被寄予厚望的技术路径。但最终哪条技术成为“天命之选”，还是要看谁能尽早实现技术的根本性突破，以及更好地实现效率、成本等方面的完美平衡。

---

开江县15227325068： 新能源汽车电池的未来是否属于固态电池 - ？
鬱享痔疾： 这个目前还不能肯定,因为储能电池的技术还在快速发展,很多新型电池已经出现在实验室里了,包括石墨烯电池、氢燃料电池等,最终是要看哪一种电池的实用化速度快了.

开江县15227325068： 新能源车电池技术什么时候突破 - ？
鬱享痔疾： 说明天,你不信,说50年,你也不信,按照目前发展的速度,20年内可以突破.

开江县15227325068： 锂电池技术out了!2030年谁才是电动汽车电池主流?？
鬱享痔疾： 其实还是锂离子电池

开江县15227325068： 丰田纯电动汽车有哪些 ？
鬱享痔疾： 丰田纯电动汽车有哪些在纯电动汽车领域一直相对保守的丰田汽车公司在中国市场推... 续航里程可达650公里.丰田汽车目前正在研发由全固态电池提供动力的电动车.该...

开江县15227325068： 丰田纯电动车有哪几款 ？
鬱享痔疾： 丰田纯电动车有哪几款目前丰田旗下在售的纯电动车型有三款,分别是:丰田C-HR新能源、奕泽IZOA E进擎、广汽丰田iA5.丰田C-HR新能源基于丰田TNGA架构打造,...

开江县15227325068： 电脑清灰有用不 - 电脑清灰麻烦吗 ？
鬱享痔疾： 1. 电脑清灰有用不笔记本电脑是有必要定期清灰除尘的,原因如下:对于大多数笔记... 这是一个专门的电脑,修理店铺里面的工作人员是很有经验的,所以你点击清辉上门...

开江县15227325068： 九下物理知识点 - ？
鬱享痔疾： 初三知识点 第十一章 从水之旅谈起 1. 温度:是指物体的冷热程度.测量的工具是温度计, 温度计是根据液体的热胀冷缩的原理制成的. 2. 摄氏温度(℃):单位是摄氏度.1摄氏度的规定:把冰水混合物温度规定为0度,把一标准大气压下沸...

开江县15227325068： 石墨烯电池是利用了石墨烯的什么性质? - ？
鬱享痔疾： 石墨烯电池,利用锂离子在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性,开发出的一种新能源电池.

开江县15227325068： 固态电容是不是不适合用于高频电路? - ？
鬱享痔疾： 固态电容的特性 一,爆浆可能性小 电解电容的电介质为液态电解液,液态粒子在高温下十分活跃,对电容内部产生压力,它的沸点不是很高,因此可能会出现爆浆的情况,固态电容采用了高分子电介质,固态粒子在高温下,无论是粒子澎涨或...

开江县15227325068： 苹果7是石墨烯电池?? - ？
鬱享痔疾： 【苹果7预计采用固态电池】苹果7预计采用固态电池,并非是石墨烯电池.科学家们形象地形容传统液态锂电池为“摇椅式电池”,锂离子在摇椅的两端来回奔跑,在从正极到负极再到正极的过程中,电池完成充放电过程.固态电...