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1 固態電池有望是下一代電池技術制勝關鍵 

 1.1 固態電池定義  

固態電池指使用固態電解質代替傳統電解液的鋰電池，按照固態電解質用 量可分爲半固態電池和全固態電池。通常我們將電池內液體含量 10%作爲區分 半固態電池和液態電池的分界线，而全固態電池將完全使用固態電解質，液體 含量將降爲 0%。

液態電池使用液態電解質來傳遞離子並產生電流。充放電過程中，鋰離子 在正、負極之間往返嵌入/脫嵌和插入/脫插，中間的隔膜用於隔離正負極從而 避免出現短路。而固態電池則使用固體電極和固體電解質，從而避免了正負極 接觸導致短路等安全隱患發生。

1.2 基礎研究歷史悠久，產業化落地進行時  

固態電池基礎研究歷史悠久。1831 年-1834 年，邁克爾·法拉第發現了固體 電解質硫化銀和氟化鉛，爲固態離子學奠定了基礎。1950 年代後期，科學家發 現了採用固體電解質的銀導電電化學系統。1967 年，科學家發現快速離子傳導 ，該離子可用於氧化鋁，啓動了對具有更高能量密度的新型固態電化學器件的 开發，例如熔融鈉/-氧化鋁/硫電池在美國福特汽車公司和日本 NGK 开發。

在 系統开發中，有機物固態電解質（聚環氧乙烷（PEO））和無機物固態電解質 （NASICON）被發現。1990 年代，美國橡樹嶺國家實驗室开發了新型固態電解 質：氮化鋰磷氧（LiPON），可用於制造薄膜鋰離子電池。2011 年，Kamaya 等人 展示了第一個固體電解質（LAGP），能夠在室溫下實現超過液體電解質對應物的 體積離子電導率。2017 年，鋰離子電池的共同發明者約翰·古迪納夫推出了一款 固態電池，它使用玻璃電解質和由鋰、鈉或鉀組成的鹼金屬陽極。

基礎技術研發深度沉澱，固態電池逐步邁向產業化。鋰電池作爲目前最廣 泛使用的動力電池產品，其性能指標要求也將不斷提升。固態電池在性能方面 具有更大的優勢，是電池技術發展的遠期目標，各個國家也制定了相關政策文 件指引：

中國：2017 年和 2021 年中國分別發布固態電池相關政策方案，旨在 推動固態電池比容量達 500Wh/kg、超過 600WWh/kg

美國：發布鋰電池國家藍圖（2021-2030），將遠期目標定爲動力電池 能量密度達 500Wh/kg 並實現 100%去鈷化和去鎳化

歐盟：發布相關政策文件將電池實現 400Wh/kg 能量密度作爲遠景目標。

1.3 固態電池具備高能量密度、高安全性等性能優勢  

新能源車長續航訴求強烈，要求鋰電池能量密度要求持續提高。根據公式： 續航能力=可用電量/能耗。在相同能耗不變，電池包體積和重量不變都受到嚴 格限制的情況下，新能源汽車的單次最大行駛裏程主要取決於電池的能量密度。 因此，近年來鋰電池材料不斷向更高能量密度方向發展。

固態電池優勢之一：能量密度高。固態電池能量密度有望超 400wh/kg，是 目前鐵鋰電池的 2 倍。目前磷酸鐵鋰電池的能量密度在 200wh/kg 左右，對應續 航在 300-500km。三元電池的能量密度在 250wh/kg 左右，對應續航 500-700km。 而固態電池若採用高鎳三元+金屬鋰的材料體系，能量密度有望超過 400Wh/kg， 續航將獲得重大提升。

固態電池可搭配更高活性及克容量的正負極材料和高壓電極材料。電池能 量密度主要取決於兩個因素：工作電壓和正負極材料克容量。當鋰電池在工作， 電池電壓會隨着電量的降低而下降。若其他條件不變，同等電流下高電壓的工 作時間明顯比低電壓長，因此相應具備更高容量。材料克容量指每克鋰電池材 料所含電量，克容量越大使得能量密度越大。 

（1）固態電池電化學窗口寬，可適配高能電極。電解質的電化學窗口等於 其在負極發生還原反應和在正極發生氧化反應所限定的電壓範圍。固態電解質 的電化學窗口大，其抵抗負極還原和正極氧化的能力強，能夠匹配更高正極和 更低負極的電極材料，從而實現更高的電池能量密度。理論上固態電池所用材 料工作電壓可以達到 5V。目前市場主流正極材料工作電壓均位於 3.2-3.8V 區 間，而固態電池所用正極材料富鋰錳基則可以達到 4.5V。

（2）由於電池化學反應場所主要在正負極，因此電池能量密度與正負極材 料有密不可分的關系。鋰電池能量密度已進入瓶頸期，其負極材料多以石墨爲 主，石墨的理論克容量 370mAh/g，正極材料三元材料鎳鈷錳(NCM)約爲 200mAh/g。目前市場較爲成熟的液態電池正負極搭配是高鎳三元+人造石墨，克 容量極限可達 357mAh/g。而固態電池則可以搭配更高容量的富鋰錳基+硅碳負 極材料，克容量極限可超過 500mAh/g。

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