导读：固态电池成为动力电池的下一代电池技术已成为行业共识，但目前到固态电池量产还有一段距离，当前，技术路线尚未明确，动力电池企业更多采用硫化物电解质技术路线。但整体来看，固态电池由于制造工艺、固相界面阻抗等关键问题制约其量产时间节点的提前到来。
一、固态电池技术相关报告
工信部在《中国制造2025》中指出，到2025年，2030年，我国动力电池单体能量密度需分别达到400Wh/kg、500Wh/kg。而据多家动力电池企业调研情况显示，液态电池能量密度上限基本在350Wh/kg左右，难以满足能量密度提升的最终要求。固态电池因为其固态电池质特性及锂金属负极的得以应用，不仅可有效提升能量密度，同时能够提升动力电池的本征安全。因此，固态电池越来越受到动力电池产业链的关注。
二、固态电池简介
根据电解质状态的差异，锂离子电池总体可分为两类：液态电池和固态电池，两者主要不同之处在于采用电解质的状态不同，液态电池主要依靠液体电解液进行锂离子的运输传导，而固态电池中则替换了液态电池中使用的电解液与隔膜，采用固态电解质完成电池工作状态Li+可逆脱嵌的过程。这种方式的替代，决定了液态锂电池和固态电池特性存在一定差异化。
液态锂电池VS固态电池
三、固态电池优势
1) 安全性高，降低热失控风险。固态电池将液态电解质替换为固态电解质，大大降低了电池热失控的风险。半固态、准固态电池仍存在一定的可燃风险，但安全性优于液态锂电池。
2) 能量密度高。固态电池电化学窗口可达5V以上，高于液态锂离子电池（4.2V），允许匹配高能正极，提升理论能量密度。固态电池无需电解液和隔膜，缩减电池包重量和体积，提高续航能力。电池负极可以采用金属锂，正极材料选择面更宽。
3) 固态电池可简化封装、冷却系统，电芯内部为串联结构，在有限空间内进一步缩减电池重量，体积能量密度较液态锂离子电池（石墨负极）可提升 70%以上。固态电池无漏液风险，可简化冷却系统，电池以多电芯串联结构相接，优化电池封装，电池的体积能量密度大幅提升。
四、固态电池技术路线分析
固态电池按技术路线的不同，主要分为聚合物全固态电池、氧化物全固态电池、硫化物全固态电池三类。三种技术路线各有特点，将适用于不同的场景——聚合物电解质工艺最成熟，氧化物电解质安全性最好，硫化物电解质能量密度提升空间最大，每种电解质特点决定其将在不同场景发挥优势（汽车、3C等领域），并在不同领域和时间内实现商业化。
1、聚合物固态电池
主要优点：
容易加工，可以制备较大容量的电芯
机械性能较软，各项性能和目前使用的电解液有类似之处，工艺和现在的锂电池比较接近
最容易利用现有设备通过改造实现量产的固态电池
主要缺点：
离子电导率最低，必须加热到60度以上，离子电导率才会提升，接近10-4S/cm，所以需要保持高温的状态
能量密度有局限，由于聚合物是有机物，电化学性能不好，不如其它固态无机固态电池材料，跟磷酸铁锂兼容性好，跟三元兼容性不好，导致能量密度无法提升
结合以上优缺点可见，聚合物体系不适用于常温条件下汽车工作场景，可作为辅料，与其他固态电解质复合发挥界面性能优势。
2、氧化物固态电池
主要优点：
耐受高电压，导电率高于聚合物
氧化物的离子电导率可达到10-5-10-3 S/cm的级别，但不如液态电解液，典型的代表有LAGP、LATP等氧化物
主要缺点：
氧化物的机械性能坚硬，如果用其制作电解质片，较容易破裂
与正极活性材料的固-固接触不够好，导致从面接触变成点接触，界面损耗过大
以上缺点造成大容量电芯很难制备，氧化物现在只能跟电解液或者聚合物复合，做成现在所使用的固液混合电池实现电解液含量的降低。
3、硫化物固态电池
主要优点：
接触性好，离子电导率非常好
粒子比较柔软，固固接触容易形成面接触
是固态电池材料中唯一能超过液态电解液离子电导率水平的材料，也是全固态电池未来最有可能的技术路线
主要缺点：
产品成本非常高，空气稳定性较差
硫化物化学活性很强，与空气、有机溶剂、正负极活性材料反应都很强，因此界面稳定性较差
稳定性较差的缺点导致生产、运输、加工等环节都十分困难，限制了它的广泛应用。
五、三种固态电解质体系及特点
三种固态电解质体系及特点
1、不同企业选择技术路线的差异化
目前，动力电池企业、主机厂以及第三方企业都在积极布局固态电池技术，选择了不同的电解质技术路线，头部主机厂及动力电池企业更倾向于选择硫化物电解质路线，且研发较为靠前。
2、固态电池核心技术难点分析
构建良好的界面接触是提高固态电池电化学性能的有效策略。固相界面间无湿润性，难以充分接触，形成更高的接触电阻，在循环过程中发生元素互扩散及形成空间电荷层等现象，影响电池性能。
晶态电解质中存在大量晶界，高晶界电阻不利于锂离子在正负极间的传输。
从目前的研究看，固态电池要完全替代液态锂离子电池，主要有两大难题：
提高离子电导率，即锂离子在固体电解质中的迁移速率
降低固态材料界面阻抗，即有别于传统液/固界面的固/固界面
目前，固态电池还存在较长的产业孵化期，据调研情况而言，多数动力电池企业量产的全固态电池产品最快也要到2028年才能推出，2030年可能是集中爆发的时期，所以目前LFP和三元锂电池还是当前主流的两条技术路径，但LFP存在明显的能量密度天花板，三元呈现高镍高压化的发展趋势。
作者：聆英咨询 Patrick
