傳統鋰電存安全隱患，固態電池成未來方向

新能源汽車銷量逐年增長卻伴隨著安全事故的增加，其中，電池自燃占比事故原因的31%。自燃的原因是由于鋰電池發生內部或者外部短路后，短時間內電池釋放出大量熱量，溫度極劇升高，導致熱失控。而易燃性的液態電解液在高溫下會被點燃，最終導致電池起火或者爆炸。

零自燃風險，是未來電動車實現燃油車全面替代需要邁出的關鍵一步。隨著能量與安全需求與傳統鋰電技術的矛盾越來越凸顯，在下一代鋰電技術中，固態電池獲得了前所未有的關注。

固態電池是采用固態電解質的鋰離子電池，工作原理與傳統鋰電池并無區別。傳統的液態鋰電池被稱為"搖椅式電池"，搖椅的兩端為電池的正負兩極，中間為液態電解質，鋰離子在電解液中遷移來完成正負極間的穿梭實現充放電，而固態電池的電解質為固態，相當于鋰離子遷移的場所轉到了固態的電解質中。

與傳統鋰電池相比，全固態電池最突出的優點是安全性。固態電池具有不可燃、耐高溫、無腐蝕、不揮發的特性，避免了傳統鋰離子電池中的電解液泄露、電極短路等現象，降低了電池組對于溫度的敏感性，根除安全隱患。同時，固態電解質的絕緣性使得其良好地將電池正極與負極阻隔，避免正負極接觸產生短路的同時能充當隔膜的功能。

而且，固體電池能夠兼容金屬鋰負極，提升能量密度上限。金屬鋰具有高容量與高電壓的特性，因而成為繼石墨與硅負極之后的"最終負極"。同時，正極材料選擇面更寬，可以是含鋰或不含鋰的嵌入化合物，也可以是硫或硫化物甚至空氣，分別對應能量密度更高的鋰硫和鋰空電池，理論能量密度接近當前電池的10倍。

不過，鋰金屬負極在液態電池中存有太多應用難題，如不均勻沉積和溶解、與電解液發生副反應等，在當前傳統液態電池體系難以實現。而固態電解質對于鋰金屬負極擁有更好的兼容性，主演原理是避免液體電解質中持續發生的副反應，同時利用固體電解質的力學與電學特性抑制鋰枝晶的形成。此外，由于固態電解質將正極與負極材料隔離開，不會產生鋰枝晶刺破隔膜的短路效應。因此，鋰金屬材料將在固態電池平臺上率先應用，從而進一步提升能量密度。

固態電池產業化尚處早期，加速發展可期

現階段固態電池量產產品很少，產業化進程仍處于早期。唯一實現動力電池領域量產的博洛雷公司產品能量密度僅為100Wh/kg，對比傳統鋰電尚未具備競爭優勢。

從海外各家企業實驗與中試產品來看，固態電池能量密度優勢已開始凸顯，明顯超過現有鋰電水平。在我國，固態鋰電的基礎研究起步較早，在"六五"和"七五"期間，中科院就將固態鋰電和快離子導體列為重點課題，此外，北京大學、中國電子科技集團天津18所等院所也立項進行了固態鋰電電解質的研究，并在此領域取得了不錯的進展。未來，隨著產業投入逐漸加大，產品性能提升的步伐也望加速。

除此外，各大車企也在加碼研發。豐田已投入200多人進行固態電池開發，目標在2025年前推出產品，寶馬正與固態電池公司SolidEnergy合作共同開發固態電池，大眾表示看好固態電池前景，并入股研發固態電池的創業公司QuantumScape。巨頭們的加碼布局與資本的加速注入，行業發展進入快車道。

長遠來看，固態電池作為一項顛覆性技術，技術一旦突圍成功，行業成長曲線料將獲指數級增長，工業化大批量生產將使成本問題迎刃而解，傳統鋰電的降本邏輯有望得到復制。若固態電池能在2022年實現市場化并逐步提升滲透，到2025年固態電池在動力電池中的市場空間大約能達到60億元左右。

更多數據請參考前瞻產業研究院發布的《2018-2023年中國鋰電池行業市場需求預測與投資戰略規劃分析報告》。

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