电池前沿|固态电池,到底是什么?

(来源:华安ETF)

电池前沿|固态电池,到底是什么?-有驾

要理解固态电池,先从理解液态电池开始。

液态电池是当前最常见的电池品种,广泛运用于锂电池体系、以及各类新能源车上,其结构大致可以拆分为三部分:正极、负极、液态电解液和隔膜等部分。

这其中,液态电解液就是电池“液态”二字的体现。

液态电池运转时,锂离子在正负极之间来回移动,而电解液如同一条高速公路,帮助锂离子完成这场往返旅行,实现充放电。

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液态电解液固然够用,但也存在两重天花板。

一则,是安全与自燃问题。液态电解液的主要成分多是碳酸酯类有机溶剂,具有易燃易挥发的特性。

一旦电池发生内部短路,或者遇到外力严重挤压,短时间内产生的热量会让电解液迅速气化膨胀,极易引发起火甚至爆燃。

二则,是能量密度的局限,液态体系下,电池内部不仅要预留空间容纳电解液,还必须用隔膜将正负极彻底分隔开,防止短路,大量不参与储能的无效体积被固定占用。

于是从上世纪九十年代开始,科学家们开始尝试放弃液态电解质,固态电池的概念应运而生。

固态电池本质上,就是把液态电解质换成了固态电解质,锂离子不再靠液体游动,而是在固体材料的晶格间隙中跳跃传输。

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剔除液态电解质之后,电池从根本上解决了漏液、燃烧的安全隐患,安全性大幅提升。同时,固态环境下正负极之间也可以贴得更近,同样体积里能容纳的能量直接上了一个台阶,能量密度也大幅上升。

过去很长的一段时间里,固态电池市场鱼龙混杂,部分厂商仅仅是少加了一点电解液,就将自己的产品冠以固态之名。

直到今年9月GB/T 43568-2026《电动汽车用固态电池》正式实施,这个行业才第一次拥有了一把可量化、可检测、可复核的标尺,“准固态”、“类固态”、“半固态”的模糊概念正在被强制清退。

标准明确规定:

-液态电池:电解液占比>20%,即当前主流动力电池

-混合固液电池:又称半固态:电解液占比5%–20%,属过渡性产品;

-全固态电池:电解液占比<5%,且须同时满足120℃真空烘烤6小时失重率≤0.5%的判定要求。

正如开头图表所示,全固态电池是上述三类中最理想的形态,但能把它造出来的厂商少之又少。

目前市场主流的路线被称为“硫化物固态电池”,但这条路线的难点在于,硫化物材料极其怕水汽,接触空气就会产生剧毒的硫化氢气体,因此对生产环境要求极为苛刻。

此外,全固态电池量产的瓶颈,还源于“固—固界面”的贴合与压实工艺。

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液态环境下,电解液可以比较充分地填充电极之间的空间,但换成固体之后,两个固体材料之间如何保持稳定、紧密的接触,就成为一个新问题。

如果贴合不严,离子传输的效率将大幅下降,进而影响电池性能,因此需要对电池进行压实工艺。

这项工艺目前尚不成熟,更复杂的是,即便固态电池在出厂时保持了较好的贴合,电池在不断充电、放电的过程中,材料也会发生膨胀和收缩。时间一长,原本紧密贴合的材料之间可能出现微小空隙,进而影响锂离子的传输。

技术难关面前,中国企业则普遍选择了一条更务实的路径,不急于一步到位做全固态,先从半固态切入,分步迭代。

半固态电池对成本控制也更友好。半固态可以兼容现有的锂电池生产线,不需要把价值百亿的成熟产线推倒重建,只需要对部分工序进行改造,就能实现量产,成本可控,良率也容易爬坡。

过去两年,半固态电池逐渐装上汽车,蔚来搭载半固态电池的车型实现了续航超 1000 公里,上汽、奇瑞的半固态电池车型陆续投放市场,电芯能量密度突破 400Wh/kg,比主流液态电池高出一截,低温性能和安全性能也有显著提升。

言而总之,固态电池本质上就是把液态电解质换成了固态电解质,使其在性能、安全性上全面优于液态电池,目前“半固半液”的半固态电池已初步量产,未来几年会逐步渗透到主流车型中,全固态电池则方兴未艾。

不过,随着今年9月《新型电池产业发展“十五五”规划》的出台,文件指出“到2030年,全固态电池要实现量产”,全固态电池行业发展有望按下加速键,并在不久的将来进入日常消费场景。

相关ETF方面,创业板电池ETF华安(认购代码:158079)于10月8日开启募集,在主流电池主题指数中,该ETF跟踪指数对固态电池相关企业的暴露度最高,固态电池占比82.52%,含量拉满,为关注固态电池产业化进程的投资者提供了优质工具。

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