下一个金矿隐藏在锂电池的技术路线中

　　就历史进程而言，小到产业发展，都不是一蹴而就的。新技术的应用需要很长时间才能沉淀下来。光伏、风能和 锂电池 也是如此。
　　从长远来看，在认知层面上，二级股票市场显然是事后才想到的。
　　行业真正迎来二级市场亮点的时刻显然落后于行业的实际发展，有代表性的公司有必要成长起来，进入二级市场的交易阶段。在创始人、开拓者、销售人员、定价者和追随者的推动下，它得到了广泛的传播。
　　因此，如果你想成为一名有远见的人，你必须时刻关注行业的发展。
　　目前，固态锂电池的发展正处于行业破壳期。（我们常说的锂电池是指使用液体电解质材料的锂电池，称为液体锂电池，使用固体电解质材料的电池称为固态锂电池，简称固态电池。）
　　与二级市场的沉闷相比，固态锂电池在场外资本市场的受欢迎程度不亚于液态锂电池。每隔几天，就会有关于重大产能规划、参股和合作的报道。
　　例如，最近，大众汽车集团董事会成员托马斯·施马尔表示，该公司将在计划中的欧洲电池工厂和重要原材料的安全保障上花费高达300亿欧元。
　　不仅如此，许多公司都进行了大规模投资。包括宝马、梅赛德斯-奔驰、大众、现代、丰田、本田和日产在内的汽车集团都将固态锂电池领域视为其下一代电动汽车的电池技术方向。
　　中国的行业领导者也开始推进固态锂电池的发展。
　　赣锋锂业（002460.SZ）11月30日在投资者互动平台表示，赣锋固态电池已安装在东风E70电动汽车上。
　　恩捷在江苏项目中投资了13亿元，用于开发固体电解质涂层隔膜。小米和华为共同投资了半固态电池供应商威兰新能源。
　　应用程序方面传来了好消息。蔚来的新款轿车ET7将搭载150千瓦时的半固态电池，能量密度为360Wh/kg，续航里程将超过1000公里。
　　这意味着能量密度在原来的基础上大大提高，续航里程也得到了延长。据悉，国轩高科正在积极准备批量生产电池寿命超过1000公里的半固态电池。
　　固态锂电池的竞争不仅体现在企业层面，也上升到政府层面的博弈。世界各国都在大力支持固态锂电池技术的研发和产业布局。
　　在欧洲，德国政府投资10亿欧元支持固态电池技术的研发和生产，许多汽车领导者也加入了该联盟。
　　此外，欧盟已联合投资32亿欧元，并从私人投资者那里筹集了50亿欧元用于固态电池的开发。美国、日本和韩国都对固态锂电池的发展提出了相应的补贴和支持政策。
　　大多数国家之所以大力推动固态锂电池的发展，除了顺应未来的发展方向外，还因为中国在现有液态锂电池赛道上的地位难以动摇。
　　为了改变这种情况，一些政府需要领先一步。
　　关于固态电池的发展，中国政府此前并没有盲目出台相应的政策。
　　中国在锂电池领域建立的领先优势在一定时期内仍将享有相对较大的边际效益。现有的产业结构考虑到了成本和落地性质，是最合适的选择。
　　然而，放缓并不意味着忽视。未来，锂电池将不可避免地朝着高性能的方向前进，固态电池越来越成为一条确定性的发展路径。
　　因此，在享受液态锂电池行业红利的同时，我们也必须积极开发新技术。
　　2020年11月，中国政府发布的《新能源汽车产业发展规划（2021-2035）》明确要求＂加快固态动力电池技术的研发和产业化＂
　　那么，问题来了，固态电池的优点是什么？从企业到国家，所有的努力都在固态电池的轨道上进行。
　　目前的发展状况如何？我们必须知道，目前的液体锂电池技术正在如火如荼地发展。未来前景如何？
　　本报告旨在解释投资者心中挥之不去的上述问题。
　　电解液消失
　　为了澄清这些问题，不可避免地要对液态锂电池和固态锂电池的各个方面进行比较研究。
　　首先，两者都是锂电池，原理也相似，不同之处在于电池成分不同。
　　液态锂电池的电流成分包括四种主要材料：正极、负极、电解质和隔膜。固态电池的成分包括三种主要材料：正极、负极和电解质。
　　区别是显而易见的。固态锂电池用固态电解质取代了原来的电解质和隔膜。
　　影响锂电池推广应用的核心要素无非是安全性、性能和成本三个方面。
　　首先，我们从安全开始。长期以来，现有的液态锂电池在安全性方面一直受到批评。液态锂电池的工作原理清楚地解释了原因。
　　过了一段时间，它玩累了，想回家，但它没有精力。此时，它需要充电。给它充电后，它将有能量在负极游回自己的家。
　　然而，回家不能拖延太久，需要快速充电，快速充电时温度明显升高，这使得更多的锂离子想要回家。
　　然而，负极家庭中没有足够的床位。无家可归的锂离子只能睡在外面，沉淀在负极表面，逐渐形成树枝状锂，树枝状锂可能会刺穿电解质，造成短路，引发事故。
　　想必读者对新能源汽车起火事件并不陌生。
　　据统计，2020年新能源汽车召回45起，涉及35.7万辆，占全年召回总量的5.3%，其中因三电系统缺陷召回11.2万辆，约占新能源汽车总召回量的31.3%。
　　由此可见，动力电池是汽车安全的一个重要隐患。固态电池的推广从这里开始。
　　固态锂电池和液态锂电池的一个明显区别是，它们不使用易燃电解质，而易燃电解质往往是新能源汽车火灾的主要原因。
　　电解质是分阶段使用的电流传导介质，但这并不意味着它是最佳的。其结构原理存在温度敏感性、产品在高温下分解、腐蚀性强、易燃、易泄漏等问题。
　　短路发生后，由于局部温度的大幅升高，锂电池内部的液体电解质被点燃。
　　即使现阶段采用添加阻燃剂和耐高温薄膜的方法，电池的安全问题也没有得到有效解决。
　　固态锂电池使用不易燃的固体电解质作为导电介质。
　　最突出的优点是安全性，它降低了电池组对温度的敏感性，并消除了由沉淀引起的高温和低温问题引起的短路。通过良好的绝缘，正极和负极被有效地阻断。
　　它依靠电解质的形状和材料，解决了可燃性问题，也带来了低导电性和高电阻的困难。
　　不难理解，在液体环境中，锂离子的运动更为平稳，固体材料与正负电极之间的接触不如液体材料那么紧密，快速充电性能也不好。
　　例如，一个瓶子装满了水，另一个瓶子则装满了纸。前一个瓶子里的空间显然比后一个小。
　　显然，电解质的替代不仅仅是液体向固体的转化，除了安全之外，还需要实现更高的容量密度增强。此时，对材料性能有了更严格的要求，这是对稳定性、导电性、成本和技术的综合考虑。
　　目前正在使用或接近商业用途的固态电池电解质有：聚合物、硫化物和氧化物。
　　聚合物在4V及以上的工作电压下很容易被电解，即使它们与正极和负极有良好的接触，也很难成为一个大责任。
　　硫化物克服了固体电解质导电性差的瓶颈，但具有更高的电阻。很容易与空气、水等发生副反应，在这个过程中仍有许多挑战需要克服。
　　氧化物性能是其中之一，凭借其综合性能已成为现阶段理想的材料。
　　由于在技术理解、掌握和发展方面的差异，技术路径的选择颇具争议。
　　赣锋锂业、台湾汇能、清陶能源等纷纷布局氧化物固态电池技术路线。
　　日本和韩国公司大多采用硫化物固体电解质技术路线；中国公司大多使用氧化物路线；欧美公司有多种选择。例如，Solid Power主要采用硫化物路线，Quantum Scape选择了氧化物路线。
　　打破能量密度瓶颈
　　说到性能，液态锂电池的性能并不令人满意。
　　随着新能源汽车的逐渐渗透，它们开始在假期的长途旅行中发挥重要作用。然而，性能结果非常差。今年十一月长假的一则新闻很好地说明了这个问题。
　　据《中国财经》报道，10月1日，一名从深圳返回湖南的新能源车主在服务区为车辆充电超过5个小时。
　　＂在这四个小时里，我甚至不敢去洗手间，因为我害怕被插队。当时排队的车有20多辆。算了，我至少要排三个小时的队才能说服后面的很多车。回来。＂
　　长期以来，电池寿命和快速充电是液态锂电池美丽而尴尬的事实。如何提高电池寿命和快速充电能力是进一步加快渗透率的关键。
　　根据2020年10月发布的中国《节能与新能源汽车技术路线图2.0》，2025年中国纯电动汽车动力电池年能量密度目标为400Wh/kg，2030年目标为500Wh/kg。
　　然而，目前我国三元锂电池的能量密度正在努力突破300Wh/kg，而磷酸铁锂电池的能源密度上限约为180Wh/kg。
　　然而，目前我国三元锂电池的能量密度正在努力突破300Wh/kg，而磷酸铁锂电池的能源密度上限约为180Wh/kg。
　　从这个角度来看，在目前的锂电池技术下，仅靠高镍的路径很难实现未来的能源目标需求。即使推出了9*等更高效的电池，受材料限制，积累质的变化也是一项真正的任务。困难的
　　那么，有没有更好的解决方案来提高能量密度呢？在我们进一步研究了影响能量密度的因素后，我们找到了答案。
　　锂电池的理论能量密度主要取决于阳极和阴极材料的克容量以及工作电压。通过研究可以发现，电压越大，能量密度就越大。
　　不难理解，当锂电池工作时，电池电压会随着功率的降低而下降。假设其他条件不变，在相同的电流下，高压的工作时间明显长于低压。
　　一个类比：一个更高的蓄水池可以容纳更多的水，使用相同的水龙头排水需要更长的时间。
　　然后，这意味着可以通过增加工作电压来提高锂电池的能量密度。
　　然而，由于目前的液态锂电池材料和安全限制，正极和负极之间的电压差通常在4.2V以内。因此，使用现有材料很难实现这一点。
　　另一个关键指标是比容量（克）。顾名思义，它的意思是锂电池材料每克含有多少毫安时。
　　比容量越大，能量密度就越高。
　　简单地说，这意味着相同的重量携带更多的锂离子，参与化学反应的锂离子越多，能量就越大。然而，现有的用于液体锂电池的正极和负极材料也对未来的需求构成了一定的限制。
　　除了提高固态电池的安全性能，还打破了制约锂电池能量密度的瓶颈。
　　从电压的角度来看，未来使用金属锂后，负极可以有效地将电压差提高到5V，这无疑会增加续航能力。
　　从比容量的角度来看，金属锂的比容量可以达到3860mAh/g。
　　这相当于为锂离子安排了一栋五星级别墅，而现有的石墨只有365mAh/g，几乎无法维持生活条件，而且他们回来晚了可能没有泊位。两者之间的区别一目了然。
　　未来，富锂锰基材料等高比容量材料也将用于正极的开发。显然，应用高比容量材料是进一步提高能量密度的唯一途径。
　　技术路径差异
　　这一环节往往决定成败，如果最好的技术不能有效降低成本，那么替代只能是空谈。
　　根据日产的计划，2028年的全固态电池可以将电池组的成本降低到每千瓦时75美元（相当于约478元人民币），并将在未来进一步将成本降至每千瓦时65美元（相当于约413元人民币）。
　　然而，目前三元锂电池的成本超过1000元/千瓦时。考虑到未来原材料短缺，降低成本的空间不容乐观。
　　从这个角度来看，如果固态电池如预期发展，将会有广阔的替代市场。然后，下一个问题是具体技术路径的选择。
　　现阶段，固态电池仍将使用液态锂电池的正极和负极，而不是电解质和隔膜。那么，决定技术路径差异的是电解质选择的差异。
　　如上所述，在目前的主要电解质技术路径中，由于聚合物在4V及以上的工作电压下很容易被电解，并且需要超过室温才能正常工作，因此即使已经量产，也不是未来的技术选择。
　　氧化物主要分为薄膜型和非薄膜型。
　　薄膜型主要使用LiPON（锂磷氧化物氮）作为电解质材料，而非薄膜型是指除LiPON之外的晶体氧化物电解质。其中，LLZO（锂镧锆氧化物）是主流。
　　薄膜产品具有优异的性能，已被用于微电子和消费电子领域中相对初级和小规模的应用。
　　然而，薄膜电池的容量很小，通常低于毫安时水平，这在微电子和消费电子领域几乎不够。当它达到乘用车的Ah水平时，缺点就完全暴露出来了。
　　该行业试图通过增加串联和并联的电池组来增加电池容量，但存在成本高和工艺困难等问题。
　　然而，非膜氧化物产品具有优异的整体性能，目前正在流行开发。
　　这已成为中国公司的一个关键发展方向，台湾汇能和江苏清涛都是这一领域的领先公司。一些产品已经投放市场，但也存在离子电导率低于薄膜型的缺点。
　　资本聚焦的另一条技术途径是硫化物电池
　　硫化物主要包括硫代LISICON、LiGPS、LiSnPS、LiSiPS、Li2S-P2S5、Li2S-SiS2、Li2S-B2S3等，其电导率接近甚至高于有机电解质的电导率。
　　同时，它具有热稳定性高、安全性能好、电化学稳定窗口宽（高达5V）的特点。它在高功率和高低温固态电池方面具有突出的优势。
　　然而，大多数硫化物材料的空气稳定性较差，会与水反应形成刺激性硫化氢气体。可以说，它的发展潜力是最大的，也是最困难的。
　　在生产过程中，需要涂层+多次热压和添加缓冲层来提高界面性能。
　　此外，不断引进新材料。几个月前，中国科学技术大学教授马成团队设计并合成了一种用于锂电池的新型固体电解质材料氯化锆锂。
　　据介绍，氯化锆锂的问世成功地将厚度为50微米的原材料成本降低到每平方米1.38美元，而在此之前最便宜的氯化物固体电解质的相应成本为每平方米23.05美元。
　　据报道，每平方米10美元的原材料成本是固体电解质具有竞争力的极限。当然，这个问题也是存在的。稳定性差是制约其工业化发展的关键。该团队目前正在努力克服这一联系。
　　从固态锂电池行业未来的发展方向来看，行业的认知没有太大区别，基本上与液态锂电池半固态不同；首先完成电解质隔膜的更换，然后更换正极和负极。
　　为了解决全固态电池内部的界面接触问题，同时充分利用现有的液体锂离子电池生产工艺和设备，降低制造成本。目前固态电池的技术路线是优先发展固液混合锂电池，逐步降低液体电解质的含量，最终实现全固态锂电池。
　　可以说，固态电池的工艺路线还不成熟，工业化还需要时间，降低成本之路还很长。
　　但另一方面，在资本推动、技术路径广阔、人才聚焦的趋势下，预计将加速生产学习曲线，缩短工艺诀窍时间，工业化的到来可能超出预期。
　　据预测，从2020年到2030年，固态电池出货量将迅速增长，预计2020年、2025年和2030年全球需求将分别达到1.7 GWh、44.2 GWh和494.9 GWh。预计到2030年，全球市场空间将达到1500亿元。在上面
　　总结
　　在新能源汽车需求旺盛的背景下，动力电池的竞争尤为激烈。尽管液态锂电池目前占据主导地位，但钠电池、铝电池、氢燃料电池和固态锂电池都面临着挑战。
　　然而，正如百家争鸣带来学术繁荣一样，各种技术路径在储能、商用车和乘用车领域也找到了自己的应用方向。
　　可以肯定的是，多种技术路径的竞争有利于行业的发展，有望缩短行业的认知时间，促进行业的健康发展。