固態(tài)電池的商業(yè)化一定比想象得要快很多。

　　如果我們將新能源汽車看作是一場動力變革，那么固態(tài)電池的出現(xiàn)，在其中至少是里程碑級的事件。

　　無論資本市場如何理解、看待當下的新能源汽車，回歸本質，它仍舊是一種交通工具。作為工具，在當下的新能源汽車產(chǎn)品之間，消費者最關注的無疑是續(xù)航里程之間的比較，即動力電池之間的比較。

　　從鋰電池技術的發(fā)展路徑來看，液態(tài)鋰電池能夠實現(xiàn)的能量密度已經(jīng)逐漸接近了它的極限，而固態(tài)電池將把鋰電池發(fā)展帶進新的時代。

　　從工作原理的角度，固態(tài)鋰電池與傳統(tǒng)鋰電池之間并無區(qū)別。

　　兩者之間的差異在于，隨著正極材料的持續(xù)升級，固態(tài)電解質能夠做出較好的適配，整個電池系統(tǒng)的能量密度與安全性就會更高；在理論上，兩者的成本處在同一水平，意味著一旦商業(yè)化應用落地，固態(tài)電池將完全取代液態(tài)電池現(xiàn)有的市場。

　　動力電池的現(xiàn)存問題

　　2019年，國家市場監(jiān)督管理總局總共召回了33281輛新能源汽車，其中因為動力電池問題而召回的新能源汽車數(shù)量有6217輛，占今年新能源汽車總召回量的18.68%。

　　在電池失控的主要觸發(fā)條件當中，短路占絕大多數(shù) （>；90%）。短路可以由多種可能的情況造成，是電池熱失控過程中普遍的共性特征。隨著電池能量密度的提升，短路問題越發(fā)明顯。

　　目前關于電池安全性主要有兩種可選模式：第一種，雖然電池可能出現(xiàn)安全問題，但是通過增加安全性設計，降低出問題的概率，達到安全性標準。第二種，選用不會起火燃燒的電池。

　　第一種方案本質上都是在通過降低風險達到“安全考慮”，如今新能源汽車保有量已經(jīng)突破400萬輛，未來幾年突破千萬輛是大概率事件，迫切需要的是從本質上解決安全問題的電池。電池出現(xiàn)問題的小概率事件，也可能在大基數(shù)下變得常態(tài)化。

　　在這種背景下，整車廠對于安全性的要求會越來越高，選擇不會起火燃燒電池可能成為車廠的一致選擇。

　　為什么會產(chǎn)生里程焦慮？

　　里程焦慮，含義有兩層：既是對電池續(xù)航能力的焦慮，也是對找不到充電樁的焦慮。

　　特斯拉曾經(jīng)做過這樣一段實驗：從鹽湖城到丹佛的距離是525英里（845公里），傳統(tǒng)燃油車續(xù)航275英里（442.5公里）加一次油再行駛250英里（402公里）歷程8小時23分鐘可以到丹佛。如果新能源汽車的續(xù)航里程可以達到300英里（482.8公里），同時支持3C以上快充，那么從鹽湖城到丹佛的時間可以控制在8小時31分鐘，也就是說，便利性和燃油車幾乎一樣。高續(xù)航里程和快充是解決新能源汽車便利性的最重要方式。

　　電池續(xù)航，其實就是從電池能量密度的角度來看問題。在我們的調(diào)研中，贛鋒鋰業(yè)(行情002460,診股)表示第三代固態(tài)電池可以將電芯能量密度提升到400WH/KG。

　　來源：GGIB，元氣資本

　　固態(tài)電解質同樣支持快充。

　　鋰離子電池充電分三部分，電量最低時的涓流充電 （0.1C最慢），電量中等時的恒流充電（可以快充），和電量快滿時的恒壓充電 （較慢）。恒流充電階段實現(xiàn)快充相對簡單，固態(tài)電池在恒流充電中做到快充并不困難。根據(jù)輝能此前提供的數(shù)據(jù)來看，2019年已經(jīng)實現(xiàn)了5C倍率12分鐘充電91.70%的表現(xiàn)。

　　也就是說關于“里程焦慮”的第一層（電池+快充），理論上已經(jīng)有了不錯的解決方案，固態(tài)電池可以匹配消費者對于續(xù)航里程的需求。

　　那么，在下游車企逐漸放量的同時，作為基建工程的充電樁有沒有跟上？這個問題對于不同地域不同城市的用戶來講，答案可能差異很大。但就綜合全球的公共充電樁建設數(shù)量來看，我國實際已經(jīng)站在了全球隊伍的首位。

　　來源：IEA，元氣資本

　　截至6月底，全國已累計建設充電站3.8萬座、換電站449座，建成各類充電樁132.2萬個，其中公共樁55.8萬個、私人樁76.4萬個。同時，還建成“十縱十橫兩環(huán)”4.9萬公里高速公路快充網(wǎng)絡。

　　因此可以判斷，“里程焦慮”的問題隨著時間的推移能夠逐步得到解決，問題就是固態(tài)電池的商用化。

　　商用化成本是關鍵

　　根據(jù)巨量引擎的數(shù)據(jù)，2019年28.7%的消費者希望新能源汽車的價格在12萬以下，23.1%的人希望價格在18-25萬。而目前的新能源汽車售價普遍已經(jīng)降至了25萬左右，如果要達到千萬輛級別的保有量，意味著同級別的新能源汽車價格還需要繼續(xù)下探。

　　對整車制造的要求就是選擇應用固態(tài)電池不能大幅增加汽車成本。

　　這一點不是不可以實現(xiàn)的。氧化物電解質（鋰鑭鋯氧）本身的原材料價格較低，再加上固態(tài)電池加工中沒有注液等工藝，如果加工成本低于4.4美元/千瓦時，那么電芯成本低于傳統(tǒng)電池的設想就可以實現(xiàn)。

　　所以固態(tài)電池產(chǎn)線投資也會低于傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池，按照10年折舊計算，固態(tài)電池每千瓦時折舊較傳統(tǒng)鋰電池少0.1美元。

　　根據(jù)輝能的測算，按照目前的技術，在固態(tài)電池產(chǎn)能超過20Gwh時，固態(tài)電池在PACK時的成本將低于傳統(tǒng)電池。同時，各大廠的專業(yè)團隊還在進一步尋找降低成本的技術和工藝。

　　來源：元氣資本調(diào)研廠家，包括贛鋒鋰業(yè)、輝能科技、寧德時代(行情300750,診股)等，這里的固態(tài)電池特指氧化物

　　值得一提的是，固態(tài)電池不是一個“新”概念。固態(tài)電解質鋰離子電池的理論研究可以追溯到1972年在Belgirate（意大利）召開的“固體中的快速離子輸運”會議上，Steele討論了合適的固態(tài)電解質的基本標準，并指出了過渡金屬二硫化物作為電池正極材料的潛力。同年，Armand 將Li/TiS2 應用于以固態(tài)β-氧化鋁為電解質的三元石墨正極中的Na+擴散，這是關于固態(tài)電池的第一份報道。

　　目前，全球范圍內(nèi)約有50多家制造企業(yè)、初創(chuàng)公司和高校科研院所致力于固態(tài)電池技術，固態(tài)電池尚未實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化。全球預計2020年準固態(tài)鋰電池會實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，到2025年全固態(tài)鋰電池將最終實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

　　有意思的是，關于固態(tài)電池技術的探索方向，各地區(qū)顯現(xiàn)出不同的偏好：歐美企業(yè)偏好聚合物體系，而日韓企業(yè)則更多致力于解決硫化物體系，中國企業(yè)則更多專注氧化物體系。

　　歐美車企對固態(tài)電池初創(chuàng)企業(yè)關注度較高。車企通過收購、投資在固態(tài)電池領域中美國高校衍生的初創(chuàng)企業(yè)如Solid Power、SolidEnergySystems、Ionic Materials 、Quantum Scape 等獲得技術儲備。

　　歐美固態(tài)電池布局現(xiàn)狀（來源：元氣資本）

　　日本車企在固態(tài)電池上的研發(fā)起點相對較早，最早入局的豐田在2008年就與固態(tài)電池創(chuàng)企伊利卡（Ilika）展開了合作，2019年初，宣布與松下合作。三菱、日產(chǎn)、松下等大部分企業(yè)紛紛加速布局固態(tài)電池行業(yè)，爭取早日實現(xiàn)量產(chǎn)。

　　其中，車廠與松下聯(lián)合的硫化物電池是最有看頭的。目前，這款固態(tài)電池正在豐田與松下合資的公司進行研發(fā)，預計2025年量產(chǎn)。在充電速度方面，據(jù)豐田內(nèi)部人士透露，固態(tài)電池原型產(chǎn)品在充電速度上相較于現(xiàn)有鋰電池具有明顯優(yōu)勢，電量從0到100%僅需15分鐘。

　　在電池壽命方面，豐田汽車計劃其生產(chǎn)的固態(tài)電池在使用30年后仍保持90%以上的性能。如果該技術能盡快實現(xiàn)，那么循環(huán)性能將超越近期特斯拉、寧德時代、通用等宣傳的百萬公里電池。

　　在能量密度方面，根據(jù)豐田的規(guī)劃，計劃到2025年將固態(tài)電池能量密度提升到現(xiàn)有鋰電池能量密度的2倍以上，預計可達到450Wh/kg。屆時，搭載固態(tài)電池的電動汽車，續(xù)航里程將大幅提升，可與目前燃油車相媲美。

　　不過，盡管已推出固態(tài)電池原型產(chǎn)品，但真正市場化應用，豐田認為也要到2025年前后。一方面是因為技術還需要不斷完善，另一方面是成本還比較高。

　　在固態(tài)電池研究方面，國內(nèi)企業(yè)不及日本、德國、美國等起步早的國家，但越來越多的企業(yè)已經(jīng)參與其中。參與主體包括中科院化學所、中科院青島能源所、中科院寧波材料所等研究機構，也包括贛鋒鋰業(yè)、寧德時代等鋰電產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)；更有其他領域企業(yè)看好固體電池跨界投資，如以汽車零部件為主的萬向集團、新能源汽車比亞迪(行情002594,診股)等。

　　中國固態(tài)電池技術方面布局（來源：元氣資本）

　　固態(tài)電池三種路線，孰優(yōu)孰劣？

　　在聚合物電解質技術上，全球主要以法國Bolloré集團和美國Solid Energy為代表。法國Bollore作為聚合物固態(tài)電解質領域領軍企業(yè)，早在2011年10月，公司就開始利用自主開發(fā)的電動汽車“Bluecar”和電動巴士“Bluebus”在法國巴黎及其郊外提供汽車共享服務“Autolib”，幾年來已累計投入了3000輛搭載30kWh的由BatScap制造的固態(tài)電池，是全球首個固態(tài)電池電動車商業(yè)化的公司。

　　憑借在電容器薄膜領域的全球領導者地位，法國Bolloré集團將蓄電作為發(fā)展的重中之重。開發(fā)了一種獨特的創(chuàng)新技術，其形式為Lithuim金屬聚合物（LMP®）電池，該電池由其子公司Blue Solutions生產(chǎn)。Blue Solutions在法國和加拿大建有兩家工廠進行Blue storage金屬鋰聚合物（LMP）電池的生產(chǎn)，公司的固態(tài)電池產(chǎn)品中不含鈷、鎳和溶劑，并且能被回收利用，有望實現(xiàn)比離子電池更環(huán)保、更具社會責任感的電池解決方案。

　　在氧化物電解質技術上，代表企業(yè)有兩家，分別是贛鋒鋰業(yè)與輝能科技。我國臺灣輝能科技作為布局在氧化物電解質技術上的領軍企業(yè)。公司自2006年起花費十年開發(fā)三項技術：Ceramion® 、Microcell® 與Logithium®，并率先在2012年發(fā)布第一代固態(tài)氧化物的基礎電解質技術平臺，創(chuàng)造出柔性具基本導電性的電解質。

　　核心產(chǎn)品及技術為LCB固態(tài)鋰陶瓷電池，產(chǎn)品不論在外觀、或在技術上都打破以往鋰電池技術，大膽采用軟性電路板和固態(tài)電解質，實現(xiàn)了鋰電池超薄化（0.38mm）、撓曲化、及安全化的可能，不再有漏液、起火或爆炸的危險，也增加了各領域新產(chǎn)品應用的設計彈性。

　　值得注意的是，輝能科技的固態(tài)鋰陶瓷電池是全球首創(chuàng)“固態(tài)陶瓷電解質”的鋰電池。其有別于一般傳統(tǒng)高分子鋰電池的液態(tài)電解液、和正負極中的PE/ PP 聚合物隔離層技術，輝能直接改用抗壓的固態(tài)陶瓷電解質取代隔離層和電解液。產(chǎn)品沒有漏液的問題，沒有可燃物質，正負極也因為固態(tài)電解質是不可被壓縮的，所以不會接觸而短路。因此，固態(tài)鋰陶瓷電池LCB極度安全，即使遭受到外力撞擊、死折、刺穿、或5小時250°C的烘烤，LCB都不會起火或爆炸。

　　贛鋒鋰業(yè)作為全球最大的金屬鋰生產(chǎn)商，2017年引入中科院團隊開始布局固態(tài)電池。目前，贛鋒鋰業(yè)集團在固態(tài)電池氧化物電解質技術上實現(xiàn)了LISCON 氧化物粉體和Garnet 氧化物粉體研制，具備年產(chǎn)100噸的量產(chǎn)能力，并實現(xiàn)了電解質膜的量產(chǎn)。目前公司已涵蓋從混合固液電解質動力鋰電池到全固態(tài)鋰電池的研究開發(fā)、中試及規(guī)模制造能力。

　　贛鋒鋰業(yè)的鋰電池生產(chǎn)基地主要集中在江西新余地區(qū)，其中位于江西新余地區(qū)的浙江峰鋰第一代固態(tài)鋰電池正在籌建當中。東莞贛鋒擁有3000萬只╱年全自動聚合物鋰電池生產(chǎn)線，贛鋒電池6億瓦時高容量鋰離子動力電池項目也順利生產(chǎn)。

　　在硫化物電解質技術上，全球主要以日本豐田集團為代表。2010年，豐田就推出了硫化物固態(tài)電池，公司集中在對硫化物體系固態(tài)電解質進行研究，以提高電池的能量密度、電導率、循環(huán)壽命、安全性能等性能。目前，我國電池巨頭寧德時代也以硫化物電解質為主要研發(fā)方向。

　　豐田進入固態(tài)電池領域極早。從2004年開始，豐田就已經(jīng)進行了全固態(tài)電池的研發(fā)，并積累了第一手固態(tài)電池技術。2019年5月，豐田展出其正處于試制階段的全固態(tài)電池樣品。2020 年日本豐田計劃推出搭載硫化物固態(tài)電池的新能源汽車，并于2022年實現(xiàn)量產(chǎn)。

　　在我們的調(diào)研對象當中，從目前技術進展來看，寧德時代距離商業(yè)化的距離較遠，由于選擇了硫化物固態(tài)電池的研發(fā)路徑，其性能參數(shù)尤其是循環(huán)性能明顯落后于贛鋒和輝能兩家的氧化物固態(tài)電池。

　　來源：專利說明書，元氣資本

　　固態(tài)電池的潛在需求

　　固態(tài)電池的需求主要來自于動力電池、消費電池以及儲能電池三個領域，我國固態(tài)電池的出貨量與這三個領域的鋰電池需求量及固態(tài)電池在這三個領域的滲透率息息相關。

　　我們認為，基于固態(tài)電池的安全與柔性優(yōu)勢，率先可能應用的會是成本敏感度較小的微電池領域，例如植入式醫(yī)療設備、無線傳感器等。技術成熟以后，才逐漸向高端消費電池滲透。

　　從市場來看，雖然傳統(tǒng)的電子消費品，如手機、電腦以及數(shù)碼相機整體呈現(xiàn)放緩的趨勢，但是智能可穿戴設備的高速增長將驅動固態(tài)電池的需求規(guī)模。

　　來源：中國信通院、國家統(tǒng)計局、元氣資本

　　技術無法一蹴而就，在向固態(tài)電池過渡的過程中不僅僅是下游終端的產(chǎn)品得以發(fā)展，一些舊材料被替代，一些新材料也將被應用，行業(yè)格局或發(fā)生改變。伴隨政策的鼓勵推動下，可以預見的是，固態(tài)電池商用化的腳步一定比我們想象的快上很多。