固态电池问题—电解质、负极、正极

1、电解质——固态电解质是最核心关键

固态电解质存在三大关键技术难题：

目前固态电解质无法满足室温高导电率（> 10^–3𝑆/𝑐𝑚），限制了离子传输效率，快充性能还无法与电解液比较。

电解液对应的液固界面是完美接触，而固固界面容易导致接触不良，尤其是多次充放电循环后机械应力易导致接触失效。

电解质与电极间的化学、电化学相容性与其他性能难以均衡，尤其是在锂金属负极应用时。

固态电解质路线主要有聚合物、氧化物、硫化物：

聚合物固态电池与现有LIB工艺相似，易借助成熟产业进行大规模制膜，接触性能较好但稳定性不足，但导电率差。

氧化物综合性能好，选择该路线的企业较多，发展较快，但是氧化物电解质与电极的界面接触条件差。硫化物离子导电率最高，同时原料成本最低，第一性原理计算下最具前景的材料，但其稳定性最差，对生产要求极高。

2、负极——锂金属负极应用为战略高地

固态电池沿用现有负极体系是短期方案，但对提升能量密度帮助不大。石墨负极化学/电化学性能稳定，循环无明显体积变化，产业基础成熟，因此在固态电池发展前期（重点突破电解质）可沿用以降低技术变革成本。成功攻克锂金属负极技术将获明显竞争优势。锂金属负极具有能量密度高等优势，目前需解决其稳定性问题；但锂金属负极量产降本空间极大，慕尼黑工业大学研究员Joscha Schnell等（2020）测算锂金属负极固态电池材料成本、加工成本低于其他类型电池，电池总成本较LIB可下降14%。因此掌握该项技术的企业将获得产品性能、成本的双重优势，占据市场战略高地。

3、正极——升级正极锦上添花

目前正极体系较完备，固态电解质助力提升工作电压。LIB技术的发展升级重点均来自于正极材料，目前主流正极体系已非常成熟、综合性能突出，固态电池可顺利沿用。得益于固态电解质电压稳定性提升，正极也可替换为高电压的材料（如尖晶石氧化物等），提升电池整体工作电压，带来功率、快充等性能的提升。锂硫电池、锂空气电池是固态技术的星辰大海。在成功应用锂金属负极后，正极可不含锂，故可选范围增加，如能量密度更高、成本更低的硫系材料，甚至无需正极的锂空气电池（理论能量密度极高，3500Wh/kg）。

4、全固态电池挑战重重

全固态电池任重而道远，规模量产挑战大。目前全固态电池研究还处在发展阶段，其基础理论尚未完全成熟，因此还难以指导、支撑其规模化的量产。从材料端看，现存最大两个问题：未找到综合性能达标固态电解质、未良好解决固固接触界面问题。从产业链角度看，目前全固态电池的上游材料供应链、匹配新工艺的设备等还不成熟，产业化成本过高；同时由于固态电池体系对现有产业结构冲击较大，如隔膜企业面临严重转型问题，因此全固态电池发展态势还不明朗。