一、固态电池的定义及特征分析
固态电池是采用固态电解质的锂离子电池。工作原理上，固态锂电池和传统的锂电池并无区别：传统的液态锂电池被称为“摇椅式电池”，摇椅的两端为电池的正负两极，中间为液态电解质，锂离子在电解液中迁移来完成正负极间的穿梭实现充放电，而固态电池的电解质为固态，相当于锂离子迁移的场所转到了固态的电解质中。固态电解质是固态电池的核心。
固态电解质不可燃烧，极大提高电池安全性。与传统锂电池相比，全固态电池最突出的优点是安全性。固态电池具有不可燃、耐高温、无腐蚀、不挥发的特性，避免了传统锂离子电池中的电解液泄露、电极短路等现象，降低了电池组对于温度的敏感性，根除安全隐患。同时，固态电解质的绝缘性使得其良好地将电池正极与负极阻隔，避免正负极接触产生短路的同时能充当隔膜的功能。
二、固态电池发展的必要性分析
可燃的液态有机电解液是电池自燃的幕后元凶。新能源汽车销量逐年增长却伴随着安全事故的增加，其中，电池自燃占比事故原因的31%。自燃的原因是由于锂电池发生内部或者外部短路后，短时间内电池释放出大量热量，温度极剧升高，导致热失控。而易燃性的液态电解液在高温下会被点燃，最终导致电池起火或者爆炸。
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起火事件的频发挫伤公众对于新能源车信心，政策相继出台加强行业监管，企业方面，近年来也从不同方向对安全问题进行优化。主要手段包括：（1）采用功能性电解液，于电解液中添加阻燃剂；（2）优化BMS热管理系统，减少过冲过放等易引发热失控的场景发生；（3）采用陶瓷涂覆与耐高温的电池隔膜等等。但这些手段在技术层面并没能取代可燃性有机电解质的使用，电池系统的安全隐患没有得到彻底根除。零自燃风险，将是未来电动车实现燃油车全面替代需要迈出的关键一步。
三、固态电池专利技术发展
从专利技术方面来看，在固体锂电池方面中国发表的文章数量占据第一位，经统计的国际发明专利方面日本占据一半以上，其中丰田以26篇占据了第一位。这表明了日本对于固态锂电池研发方面的重视。
资料来源：公开资料整理
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固态电池拥有非常显著的优点，由于固态电解质取代了传统锂离子电池中可能燃爆的有机电解液，这解决了高能量密度和高安全性的两难问题，从而将消除电动车用户的“续航焦虑”，甚至可望实现快速充电。
迄今为止，经过科学家们的不断努力，固态电池技术应该说已经没有了不可逾越的技术瓶颈，但也仍然存在着技术难题有待解决。固态电池的核心技术是达到高离子电导率的固态电解质材料技术以及实现低阻抗固—固界面的先进制造技术。在固态电解质材料方面，日本东京工业大学的菅野了次教授于2011年发明了室温下离子电导率＞10-2S/cm（超越了传统有机电解液）的硫化物固态电解质。
这一技术成为了目前在固态电池的产业化方面的龙头企业丰田汽车的技术基础。与硫化物固态电解质相比，氧化物固体电解质在高安全性及易生产性方面更具优势，但室温下离子电导率的提升仍是世纪难题。
四、固态电池的产业化现状分析
现阶段固态电池量产产品很少，进程仍处于早期。唯一实现动力电池领域量产的博洛雷公司产品能量密度仅为100Wh/kg，对比传统锂电尚未具备竞争优势。
从海外各家企业实验与中试产品来看，固态电池能量密度优势已开始凸显，明显超过现有锂电水平。在我国，固态锂电的基础研究起步较早，在“六五”和“七五”期间，中科院就将固态锂电和快离子导体列为重点课题，此外，北京大学、中国电子科技集团天津18所等院所也立项进行了固态锂电电解质的研究，并在此领域取得了不错的进展。未来，随着产业投入逐渐加大，产品性能提升的步伐也望加速。
全球主要固态电池企业产品
Bollore | 金属锂 | 聚合物 | LFP,LixV3O8 | 100Wh/kg（量产） |
丰田+松下 | 石墨钛酸锂，Li金属 | 硫化物 | LCO,NCA,LNMO | 400Wh/kg |
SEEO | 金属锂 | 聚合物 | LFP、NCA | 300Wh/kg |
Sakti3 | 金属锂或锂合金 | 氧化物 | 未公开 | 1000Wh/L |
台湾辉能 | 未公开 | 氧化物 | 未公开 | 目标2020年800Wh/L |
Sony | 石墨 | 硫化物 | NCM | 500Wh/L |
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五、固态电池的发展前景展望
未来，固态电池将遵循阶段发展的路径，技术上步步为营，应用上梯次渗透。电池的结构将逐渐减少液体的使用，向无液体的全固态电池迈进；应用领域上，有望率先发挥安全与柔性优势，应用于对成本敏感度较小的微电池领域，如RFID、植入式医疗设备、无线传感器等；随着技术进步，再逐渐向高端消费电子渗透；而等到产品足够成熟后，最终切入电动车与储能市场，实现下游需求的全面爆发。
若固态电池能在2022年实现市场化并逐步提升渗透，到2025年固态电池在动力电池中的市场空间大约能达到60亿元左右。
资料来源：华经产业研究院整理
本文采编：CY237
