本文精編自光大證券《固態(tài)電池，搶占下一代鋰電技術(shù)制高點(diǎn)》、中金《從 Quantum Scape看石榴石狀氧化物固態(tài)電池的真實(shí)進(jìn)展》
摘要：蔚來(lái)將于1月9日發(fā)布新轎車產(chǎn)品及150度電池包，外界紛紛猜測(cè)，為大幅提升能量密度，該電池或?yàn)楣虘B(tài)技術(shù)方案。
當(dāng)前車企搭載主流產(chǎn)品均為液態(tài)鋰電池，而固態(tài)電池將液態(tài)電解質(zhì)替換為固態(tài)電解質(zhì)，能大幅降低熱失控風(fēng)險(xiǎn)；通過(guò)采用金屬鋰負(fù)極，能將電池能量密度提升70%以上。但缺點(diǎn)是固態(tài)電解質(zhì)電導(dǎo)率比電解液低10倍以上，快充性能不佳，以及制備工藝復(fù)雜、成本較高。
不過(guò)正因?yàn)榭粗馗甙踩?、高續(xù)航，眾多電池廠商、車企均在持續(xù)研發(fā)、驗(yàn)證固態(tài)電池商用化方案。如近期吸引極大關(guān)注的美國(guó)固態(tài)電池企業(yè)Quantum Scape，計(jì)劃于2024年開始量產(chǎn)固態(tài)電池。
一、固態(tài)電池——下一代高性能鋰離子電池
1991年索尼(103.99, 1.99, 1.95%)公司推出商業(yè)化液態(tài)鋰離子電池，隨后液態(tài)鋰電池進(jìn)入快速發(fā)展。
2015年至今，由于全球范圍汽車電動(dòng)化浪潮，車企對(duì)長(zhǎng)續(xù)航、高安全性動(dòng)力電池持續(xù)追求推動(dòng)電池研發(fā)不斷革新。
國(guó)內(nèi)為例，目前我國(guó)動(dòng)力電池已由磷酸鐵鋰轉(zhuǎn)向高鎳三元，但供應(yīng)商推測(cè)，未來(lái)五年依靠現(xiàn)有三元體系，動(dòng)力鋰電池單體能量密度難以實(shí)現(xiàn)高于350Wh/kg的目標(biāo)，即無(wú)法達(dá)到國(guó)家要求。
另外磷酸鐵鋰轉(zhuǎn)向高鎳三元過(guò)程中，許多車企出現(xiàn)電池自燃事故（三元電池能量密度高，但存在安全性差），引發(fā)消費(fèi)者安全擔(dān)憂。
正因?yàn)閷?duì)更高能量密度和更高安全性的追求，目前各國(guó)均在加緊固態(tài)電池研發(fā)。
對(duì)比液態(tài)鋰電池，固態(tài)電池具備以下優(yōu)點(diǎn)：
1）固態(tài)電池將液態(tài)電解質(zhì)替換為固態(tài)電解質(zhì)，大大降低熱失控風(fēng)險(xiǎn)；
2）固態(tài)電池電化學(xué)窗口可達(dá)5V以上，高于液態(tài)鋰電池（4.2V），允許匹配高能正極和金屬鋰負(fù)極，大幅提升理論能量密度；
3）固態(tài)電池可簡(jiǎn)化封裝、冷卻系統(tǒng)，在有限空間進(jìn)一步縮減電池重量，體積能量密度較液態(tài)鋰電池（石墨負(fù)極）提升70%以上，達(dá)到500Wh/kg。
當(dāng)然，固態(tài)電池現(xiàn)階段也面臨許多技術(shù)障礙，包括：
1）大部分固態(tài)電解質(zhì)電導(dǎo)率比電解液小10倍以上，快充性能并不佳；
2）循環(huán)過(guò)程中物理接觸變差，影響使用壽命；
3）制備工藝復(fù)雜。
綜合而言，由于對(duì)更高能量密度、更高安全性的追求，目前各國(guó)都在加緊固態(tài)電池研發(fā)，以期搶占技術(shù)高點(diǎn)。即使實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化尚需時(shí)間，但過(guò)程中的技術(shù)創(chuàng)新已經(jīng)能被持續(xù)應(yīng)用，提升產(chǎn)品力。
二、政府引導(dǎo)，固態(tài)電池進(jìn)入‘軍備競(jìng)賽’階段
各國(guó)政府近年陸續(xù)出臺(tái)政策扶持新能源汽車行業(yè)，#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#多個(gè)國(guó)家明確固態(tài)電池發(fā)展目標(biāo)和產(chǎn)業(yè)技術(shù)規(guī)劃：2020-2025年著力提升電池能量密度并向固態(tài)電池轉(zhuǎn)變，2030年研發(fā)出商業(yè)化全固態(tài)電池。
中國(guó)方面，部分企業(yè)已進(jìn)入固態(tài)鋰離子電池（半固態(tài)電池）中試階段，2025年前或可實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，如寧德時(shí)代、輝能科技等。
日韓方面，豐田計(jì)劃2022年實(shí)現(xiàn)搭載固態(tài)電池的電動(dòng)車量產(chǎn)。目前全球范圍內(nèi)，日本企業(yè)的固態(tài)電池技術(shù)較為領(lǐng)先，許多日韓企業(yè)選擇抱團(tuán)研發(fā)。
歐洲則謀求在固態(tài)電池領(lǐng)域翻盤，歐美各大車企紛紛投資固態(tài)電池初創(chuàng)企業(yè)。例如美國(guó)高校衍生的初創(chuàng)企業(yè)Solid Power、Solid Energy Systems、Quantum Scape等。
很明顯，固態(tài)電池領(lǐng)域已經(jīng)進(jìn)入‘軍備競(jìng)賽’階段，市場(chǎng)參與者眾多，車企、電池企業(yè)、投資機(jī)構(gòu)、科研機(jī)構(gòu)等在資本、技術(shù)、人才三方面進(jìn)行博弈。
多數(shù)機(jī)構(gòu)預(yù)期，按照目前發(fā)展情況，2025年固態(tài)電池將實(shí)現(xiàn)商業(yè)化量產(chǎn)。從演進(jìn)角度，固態(tài)電池技術(shù)發(fā)展預(yù)計(jì)采用逐步顛覆策略，液態(tài)電解質(zhì)含量逐步下降，全固態(tài)電池是最終形態(tài)。
三、鋰電顛覆者？固態(tài)電池企業(yè)Quantum Scape一月暴漲10倍
美國(guó)固態(tài)電池企業(yè)Quantum Scape今年通過(guò)借殼上市，股價(jià)在過(guò)去2個(gè)月以飆漲10倍，最新市值高達(dá)414億美元。如此巨大漲幅，Quantum Scape底氣何在？
明星團(tuán)隊(duì)，產(chǎn)業(yè)巨頭背書。Quantum Scape成立于2010年，由斯坦福大學(xué)科學(xué)家Jagdeep Singh、Fritz Prinz和Tim Holme創(chuàng)立，主要研發(fā)固態(tài)電池。
值得一提的是，Quantum Scape董事會(huì)‘風(fēng)云人物’聚集。Doerr——美國(guó)最大風(fēng)險(xiǎn)基金Kleiner Perkins Caufield & Byers的合伙人；JB Straubel——作為特斯拉前首席技術(shù)官、聯(lián)合創(chuàng)始人，曾負(fù)責(zé)特斯拉電池研發(fā)工作。此外，還兩名董事則與其最大股東大眾集團(tuán)有關(guān)。
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，并宣布建立合資公司，希望實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
根據(jù)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(tuán)和大陸集團(tuán)等。截止上市前，Quantum Scape已獲得超過(guò)8億美元融資。
產(chǎn)品方面，12月8日Quantum Scape公布其固態(tài)電池技術(shù)最新性能數(shù)據(jù)，稱其固態(tài)電池能量密度高達(dá)400Wh/kg，可為電動(dòng)車提供的續(xù)航里程將高出80%，并且能在15分鐘充電80%。
中金分析，Quantum Scape的固態(tài)電池路線為氧化物體系下的鋯酸鑭鋰石榴石狀復(fù)合氧化物固態(tài)電池，主流電解質(zhì)體系為L(zhǎng)i3La3Zr2O12（LLZO），即鋯酸鑭鋰。Quantum Scape首席執(zhí)行官Jagdeep Singh認(rèn)為后續(xù)商業(yè)化‘任務(wù)’并不難，接下來(lái)將主要解決工程、制造問(wèn)題，計(jì)劃在2024年與大眾合作進(jìn)行固態(tài)電池量產(chǎn)。
憑借產(chǎn)品性能突破，有人才，有金主，Quantum Scape能否成為鋰電池顛覆者？