“一夜爆红”的固态电池 究竟是什么
1月9日，蔚来在成都举办的蔚来汽车发布会上，宣布正式推出采用固态电池的电池组。
搭载该电池组的蔚来ES8续航里程将达到730公里，最大续航里程可达910公里。媒体报道称，这是首款搭载在量产车上的固态电池。
什么是固态电池？蔚来的“固态电池”采用什么样的技术路径？固态电池能给行业带来什么影响？尽在下文。
中国厂商主要采用液态电池，但未来5年，仅靠现有的三元电池，很难实现350Wh/kg以上的能量密度目标，无法满足国家要求。
此外，在磷酸铁锂向高镍三元转换过程中，已有多家车企出现电池自燃事故，引发消费者安全担忧。
固态电池与目前主流的传统锂离子电池最大的区别就在于电解质。
固态电池采用固体电解质替代传统锂离子电池的电解质和隔膜。
传统锂离子电池主要由正负极材料、电解液和隔膜组成，正负极材料决定电池的容量，电解液和隔膜作为传输锂离子的媒介。
与液态锂电池相比，固态电池具有以下优势：
1）固态电池用固体电解质取代液体电解质，大大降低热失控风险；
2）固态电池电化学窗口可达5V以上，高于液态锂电池（4.2V），允许高能量正极与金属锂负极的匹配，大大提高理论能量密度；
3）固态电池可以简化封装和冷却系统，在有限空间内进一步减轻电池重量，体积能量密度较液态锂电池（石墨负极）提高70%以上，达到500Wh/kg。
此外，固态电池还具有经济优势。
目前固态电池还处于实验室中试阶段，其成本仍无法与液态电池相比。但随着后续规模化生产和工艺改进（华能双极电池组架构），其成本有望快速下降。根据华能公布的数据，当电芯产能达到20GWh时，虽然电芯成本仍是同等能量密度的液态电池的1.1倍，但电池组成本仅为98%；而如果采用MAB，电池组成本仅为同类型液态电池的70%。
当然，固态电池现阶段还面临不少技术障碍，包括：
1）大多数固体电解质的电导率比电解质低10倍以上，快充性能不佳；
2）循环过程中物理接触性能劣化，影响使用寿命；
3)制备工艺复杂。
总体而言，出于对更高能量密度与更高安全性的追求，目前各国都在加紧固态电池的研发，以抢占技术高点。即便全固态电池实现产业化尚需时日，但过程中的技术创新可以不断应用，提升产品力。
从介电材料角度，目前已投入商业化或接近商业化的固态电池电解质主要有三种：聚合物、硫化物、氧化物，其中氧化物固态电池总体前景最好。
今年8月份的一份报告称，氧化物电解质的优点是稳定性好、循环寿命长（可达1000次以上）、能量密度高、倍率性能好、成本低；主要缺点是界面接触问题尚未完美解决。
相比之下，硫化物电解质工业化难度较大，与电极接触时的界面阻抗普遍较高；聚合物电池在移动电源市场已经量产，但充电速率较差，能量密度较低。
近年来，全球各国政府相继出台政策扶持新能源汽车产业，不少国家明确了固态电池的发展目标和产业技术规划：2020年至2025年努力提高电池能量密度并向固态电池过渡，2030年发展商业化的全固态电池。
在中国，一些公司已经进入固态锂离子电池（半固态电池）的中试阶段，并可能在2025年之前实现量产，例如 等。
在日本和韩国，丰田计划在2022年实现搭载固态电池的电动汽车量产。目前，日本企业的固态电池技术在全球处于领先地位，也有不少日韩企业选择合作研发。
欧洲正在固态电池领域寻求翻盘，欧美各大汽车厂商纷纷投资源自美国大学的固态电池初创企业，如Solid Power、Solid、Scape等。
明显，固态电池领域已经进入“军备竞赛”阶段，市场参与者众多，车企、电池企业、投资机构、科研机构等都在资本、技术、人才等方面展开角逐。
多数机构预计，以目前的发展来看，固态电池将在2025年实现商业化量产。从进化的角度看，固态电池技术发展有望采取渐进式颠覆的策略，液态电解质含量逐渐减少，全固态电池是最终形态。
天风证券指出，粗略来看，欧洲固态电池以聚合物体系为主，美国为固液混合物，而在亚洲地区，中日韩则以氧化物为主。
法国的是聚合物固态电池，横向比较，循环性能更佳，但能量密度较低，且研发费用逐年减少。
日本丰田汽车公司采用的是硫化物路线，上游涉及金属和化工行业制造商。
日经报道称，三井金属（）将在埼玉县建设一座试验工厂，生产该类电池的固体电解质；日本石油公司兴产株式会社也将在千叶市的生产基地部署固体电解质生产设备。
国内方面，赣锋锂业、清陶能源走的是氧化物路线，宁德时代走的是硫化物路线。
其中，清陶能源的固态电池能量密度可达400Wh/kg以上，赣锋锂业的固态电池能量密度为240Wh/kg，CATL的理论能量密度可达400Wh/kg。
本专题对固态电池三大核心技术以及发布会上提到的众多专业术语进行了深入的分解和解读。
1.纳米级包覆超高镍正极
我们要把这个词分解一下，“超高镍”指的是正极材料，提高镍含量可以提高正极材料的克容量，从而提高单电池能量密度，这是行业主流路线。“超高”车用引用认为至少是三元811，甚至是9系。
需要指出的是，蔚来在电池包中采用了安全性更高的镍55（Ni55）高压单晶材料，结构上与CTP相匹配，但“超高镍”却选择了另一条路。
“纳米级涂层”是指工艺。超高的镍驱动结构不稳定，往往需要在材料表面镀上一层防腐层，防止氧气释放。但涂层太厚会影响锂离子从正极材料中脱出。因此采用纳米级涂层，也就是把涂层做得很薄。
2. 无机预锂化硅碳负极
我们还需要把这个词分解一下，“硅碳负极”指的是负极材料。石墨负极稳定性更高，但是石墨的能量密度比较低（理论克容量约为/g）；硅基材料的能量密度非常高（理论克容量约为/g）。负极中加入硅之后，负极材料的理论克容量可以提升10倍左右。
但加入硅之后需要解决的问题是两种材料在充放电过程中体积膨胀不一样，硅的体积膨胀是320%，而碳的体积膨胀只有12%，如果膨胀不一样，结构就会崩塌。
硅碳负极也是目前行业主流路线，大部分电池企业都已经开始在负极材料中添加硅，并在逐步提高硅含量。
宽度约10纳米、长度无限的一维硅纳米线目前还是一个比较新的构想。
还需要指出的是，当负极采用硅碳体系时，单电芯能量密度会有一个天花板，大概是300Wh/kg。要想继续实现能量密度的突破，采用金属负极是一种可能，也就是锂金属电池，可以实现500-600Wh/kg的能量密度。
显然，蔚来目前走的并不是这条路。
“预锂化”是指在电池化成过程中寻找额外的锂源，使得负极处形成的SEI膜不消耗正极脱出的锂离子（约占第一次不可逆锂损失的10%~35%），最终提高电池容量的过程。常见的预锂化方法是在负极（金属锂粉和锂箔）或正极处补充锂。
预锂化产业也已经开发多年，但锂化非常活跃，需要解决安全性和高成本的问题。
对于蔚来所谓的“无机预锂化”，汽车人参考认为，应该是指将无机粉末加入熔融锂中，形成混合物的方法。
3. 固液电解质原位凝固
这个词比较容易让人混淆，核心就是“固液电解质”，所谓原位凝固，就是将现在的液态电解质逐渐转化为固体，而不是一步全固态的方法。
也就是说，蔚来固态电池本质上是一种同时包含固体电解质和液体电解质的锂电池。
按照2022年底的量产计划，结合国内相关公司的研发进度，车人参考认为，蔚来的半固态电池应该一端是全固体电极，另一端是液体电极，固体电解质接近或超过质量/体积比的一半。
总结来说，蔚来“固态电池”包含了正极高镍、负极硅碳、半固态电解质三大重点，在材料和工艺层面都做出了技术创新。
因此，蔚来“固态电池”本质上并不具备颠覆性技术，只是沿着行业公认的主流技术路线进行推广和落地，并非真正意义上的固态电池。
在蔚来“半固态”电解质路径下，高镍正极成为现有技术基础上提升能量密度的突破口。
认为高镍锂电池是中长期推动价格平价、无里程焦虑的重要路径。
1、现实里程需求驱动高镍锂电池中长期发展
目前消除里程焦虑是以实际可用里程为依据，中远期需要进一步普及600km以上的标称里程（对应严酷工况下可用里程约300-350km），高镍锂电池是推动新能源汽车续航里程普遍提升至600km以上的重要技术路径。
2、中长期预计装机成本与铁锂接近，平价可期
成本方面，我们不能只看每度电成本，需要站在车企的角度看安装成本。安装成本受两大因素影响：1）电池每度电成本，2）能量密度对整车能耗的影响。
通过进一步提高系统能量密度，高镍锂电池有望在中远期在系统级成本方面接近或低于铁锂电池。
铁锂目前市场价格低于700元/kWh，较三元电池价格低20%以上，在当前时点，在一定里程范围内具有较强的竞争力。
中长期来看，中金公司预计：
高镍三元与铁锂千瓦时价差将缩小，预计到2025年，高镍三元与铁锂千瓦时价将分别降至650元/千瓦时和530元/千瓦时，价差由目前的近30%缩小至20%左右。
成本能量密度绝对值差距将进一步拉大，我们预计到2025年，高镍三元、铁锂在乘用车领域的系统能量密度可达到220Wh/kg、160Wh/kg，高镍三元若采用CTP，能量密度还有进一步提升的空间，而铁锂提升空间相对有限。
能量密度优势有望推动高镍三元电池的装机成本在中低里程与铁锂电池相近，而在长里程上实现更优的成本。
目前铁锂在中低里程范围内具有明显的成本优势，但其体积能量密度限制了其在续航里程500km以上车型中的普及应用。
2025年，能量密度带来的能耗优势将推动高镍三元电池实现整体系统成本接近铁锂，长续航里程方面低于铁锂，而每度电价格仍高于铁锂。
此外，高镍路径可以通过规模化下减少材料和核心金属用量，进一步降低三元电池成本。高镍材料的使用可以带来四大材料各环节用量的进一步减少（原理上由于正极克容量的提高，正极涂覆面积减少，对应电极面积、隔膜面积和电解液用量的减少）。同时高镍材料钴含量低，有潜力从正极本身进一步降低成本。另外由于高镍锂电池中镍占比的快速提升，中长期硫酸镍的资源重要性将进一步加强。
1. 哪些方面会受益？
①大家都在说高镍正极和碳硅负极的正极链接，它们有效提升能量，但跟是不是半固态没关系，液态锂金属也可以。不过也意味着不管走哪条路线都是必然趋势。对标高镍正极【当盛科技】，硅碳负极【普泰莱】。
②锂的使用量将会增加。固态电池负极将从石墨/硅负极向预锂化负极、富锂复合负极、金属锂负极过渡。对标[赣锋锂业、天齐锂业]。
③固态电池导电性较差，需要更好的导电剂，CNT使用比例将大幅提升。对标【天奈科技】。
2、计划投资固态电池的公司
在中国，距离产业化最近有4家公司，分别是台湾辉能、江苏清陶、北京蔚蓝、赣锋锂业和CATL。
固态电解质是固态电池的核心，根据电解质材料的选择，固态电池分为氧化物、聚合物、硫化物三种路线，氧化物是目前比较成熟的路线，硫化物离子电导率最高，是后期最有可能的技术路线，但难度还是比较大的。