2025年商用，固態電池將成鋰電顛覆者？

本文精編自光大證券《固態電池，搶佔下一代鋰電技術制高點》、中金《從 QuantumScape看石榴石狀氧化物固態電池的真實進展》

摘要：蔚來將於1月9日釋出新轎車產品及150度電池包，外界紛紛猜測，為大幅提升能量密度，該電池或為固態技術方案。

當前車企搭載主流產品均為液態鋰電池（如寧德時代NCM811、松下NCA），而固態電池將液態電解質替換為固態電解質，能大幅降低熱失控風險；透過採用金屬鋰負極，能將電池能量密度提升70%以上。但缺點是固態電解質電導率比電解液低10倍以上，快充效能不佳，以及製備工藝複雜、成本較高。

不過正因為看重高安全性、高續航，眾多電池廠商、車企均在持續研發、驗證固態電池商用化方案。如近期吸引極大關注的美國固態電池企業Quantum Scape，計劃於2024年開始量產固態電池。

一、固態電池——下一代高效能鋰離子電池

1991年索尼公司推出商業化液態鋰離子電池，隨後液態鋰電池進入快速發展。

2015年至今，由於全球範圍汽車電動化浪潮，車企對長續航、高安全性動力電池持續追求推動電池研發不斷革新。

國內為例，目前我國動力電池已由磷酸鐵鋰轉向高鎳三元，但供應商推測，未來五年依靠現有三元體系，動力鋰電池單體能量密度難以實現高於350Wh/kg的目標，即無法達到國家要求。

另外磷酸鐵鋰轉向高鎳三元過程中，許多車企出現電池自燃事故（三元電池能量密度高，但存在安全性差），引發消費者安全擔憂。

正因為對更高能量密度和更高安全性的追求，目前各國均在加緊固態電池研發。

對比液態鋰電池，固態電池具備以下優點：

1）固態電池將液態電解質替換為固態電解質，大大降低熱失控風險；

2）固態電池電化學視窗可達5V以上，高於液態鋰電池（4.2V），允許匹配高能正極和金屬鋰負極，大幅提升理論能量密度；

3）固態電池可簡化封裝、冷卻系統，在有限空間進一步縮減電池重量，體積能量密度較液態鋰電池（石墨負極）提升70%以上，達到500Wh/kg。

當然，固態電池現階段也面臨許多技術障礙，包括：

1）大部分固態電解質電導率比電解液小10倍以上，快充效能並不佳；

2）迴圈過程中物理接觸變差，影響使用壽命；

3）製備工藝複雜。

綜合而言，由於對更高能量密度、更高安全性的追求，目前各國都在加緊固態電池研發，以期搶佔技術高點。即使實現全固態電池產業化尚需時間，但過程中的技術創新已經能被持續應用，提升產品力。

二、政府引導，固態電池進入「軍備競賽」階段

各國政府近年陸續出臺政策扶持新能源汽車行業，多個國家明確固態電池發展目標和產業技術規劃：2020-2025年著力提升電池能量密度並向固態電池轉變，2030年研發出商業化全固態電池。

中國方面，部分企業已進入固態鋰離子電池（半固態電池）中試階段，2025年前或可實現量產，如寧德時代、輝能科技等。

日韓方面，豐田計劃2022年實現搭載固態電池的電動車量產。目前全球範圍內，日本企業的固態電池技術較為領先，許多日韓企業選擇抱團研發。

歐洲則謀求在固態電池領域翻盤，歐美各大車企紛紛投資固態電池初創企業。例如美國高校衍生的初創企業Solid Power、Solid Energy Systems、Quantum Scape等。

很明顯，固態電池領域已經進入「軍備競賽」階段，市場參與者眾多，車企、電池企業、投資機構、科研機構等在資本、技術、人才三方面進行博弈。

多數機構預期，按照目前發展情況，2025年固態電池將實現商業化量產。從演進角度，固態電池技術發展預計採用逐步顛覆策略，液態電解質含量逐步下降，全固態電池是最終形態。

三、鋰電顛覆者？固態電池企業Quantum Scape一月暴漲10倍

美國固態電池企業Quantum Scape今年透過借殼上市，股價在過去2個月以飆漲10倍。如此巨大漲幅，QuantumScape底氣何在?

明星團隊，產業巨頭背書。Quantum Scape成立於2010年，由斯坦福大學科學家Jagdeep Singh、Fritz Prinz和Tim Holme創立，主要研發固態電池。

值得一提的是，Quantum Scape董事會「風雲人物」聚集。Doerr——美國最大風險基金Kleiner Perkins Caufield & Byers的合夥人；JB Straubel——作為特斯拉前首席技術官、聯合創始人，曾負責特斯拉電池研發工作。此外，還兩名董事則與其最大股東大眾集團有關。

早在2012年大眾就已與Quantum Scape合作，2018年大眾向Quantum Scape投資1億美元，成為其最大股東，並宣佈建立合資公司，希望實現固態電池產業化生產。

根據路演資料，Quantum Scape投資者還包括比爾•蓋茨、Khosla Ventures、Kleiner Perkins、Qatar Investment Authority、上汽集團和大陸集團等。截止上市前，Quantum Scape已獲得超過8億美元融資。

產品方面，12月8日Quantum Scape公佈其固態電池技術最新效能資料，稱其固態電池能量密度高達400Wh/kg，可為電動車提供的續航里程將高出80%，並且能在15分鐘充電80%。

中金分析，Quantum Scape的固態電池路線為氧化物體系下的鋯酸鑭鋰石榴石狀複合氧化物固態電池，主流電解質體系為Li3La3Zr2O12（LLZO），即鋯酸鑭鋰。Quantum Scape執行長Jagdeep Singh認為後續商業化「任務」並不難，接下來將主要解決工程、製造問題，計劃在2024年與大眾合作進行固態電池量產。

憑藉產品效能突破，有人才，有金主，Quantum Scape能否成為鋰電池顛覆者？

編輯/gary

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