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(二)三大技术路线产业化进展

固态电池的三大体系各有优势，其中聚合物电解质属于有机电解质，氧化物与硫化物属于无机陶瓷电解质。纵览全球固态电池企业，有初创公司，也不乏国际厂商，企业之间独踞山头信仰不同的电解质体系，未出现技术流动或融合的态势。欧美企业偏好氧化物与聚合物体系，而日韩企业则更多致力于解决硫化物体系的产业化难题，其中以丰田、三星等巨头为代表。

(1)聚合物体系：率先小规模量产，技术最成熟，性能上限低

聚合物体系属于有机固态电解质，主要由聚合物基体与锂盐构成，量产的聚合物固态电池材料体系主要为聚环氧乙烷(PEO)-LiTFSI(LiFSI)，该类电解质的优点是高温离子电导率高，易于加工，电极界面阻抗可控。因此成为最先实现产业化的技术方向。但其室温离子电导率为三大体系中最低，严重制约了该类型电解质的发展。

电导率过低+低容量正极意味着该材料的较低的能量与功率密度上限。在室温下，过低的离子电导率(10-5S/cm或更低)使离子难以在内部迁移，在50～80℃的环境下利用才勉强接近可以实用化的10-3S/cm。此外，PEO材料的氧化电压为3.8V，难以适配除磷酸铁锂以外的高能量密度正极，因此，聚合物基锂金属电池很难超过300Wh/kg 的能量密度。

法国博洛雷公司率先将此类固态电池商业化。2011年12月其生产的以30kwh固态聚合物电池+双电层电容器为动力系统的电动车驶入共享汽车市场，这也是世界上首次用于EV的商业化固态电池。据资料显示，该公司共投入约2900辆EV，设立了约900座服务站和约4500台充电器，服务用户合计达到18万人以上，其中近4成的约7万人为活跃用户，每天的利用次数约为1.8万次。

该产品为后来者提供了参考与指导，但并不具备商业价值。博洛雷公司的聚合物固态电池采用了Li-PEO-LFP的材料体系，能量密度为110Wh/kg，对比传统电池系统没有密度优势。由于聚合物电解质在室温下难以工作，博洛雷为此电池系统搭配了200W的加热器，发动前需通过加热元件将电池系统升至60-80℃。而在面对长时间停车时，加热器也需要一直处于工作状态，停车时需要连接充电器。加热器的存在，增加能耗，对电池包壳体设计增加了诸多限制，安全性也有待考究。此外，由于聚合物体系功率密度低，应对紧急起步、紧急加速等场景需配载双电层电容器弥补输出。

聚合物体系可卷对卷生产，量产能力最好。由于聚合物薄膜拥有弹性和粘性，博洛雷与SEEO公司的电解质均可由卷对卷的方式量产。卷对卷印刷技术在薄膜太阳能电池、印刷等领域已有较广泛应用，其技术相对成熟，成本低廉。因此，聚合物体系是当前量产能力最强固态电池。

与无机固态电解质复合是潜在的发展方向。将聚合物体系与其他无机固态电解质体系复合能改善聚合物体系的电导率，并能较好结合两者优势，实现“刚柔并济”。

(2)氧化物体系：分为薄膜型与非薄膜型，薄膜型适用于微型电子，非薄膜型综合性能优异

对比有机固态电解质，无机固态电解质包括氧化物体系与硫化物体系，无机材料的锂离子电导率在室温下要更高，但电极之间的界面电阻往往高于聚合物体系。其中氧化物体系开发进展更快，已有产品投入市场。

氧化物体系主要分为薄膜型与非薄膜型两大类。薄膜型主要采用LiPON这种非晶态氧化物作为电解质材料，电池往往薄膜化;而非薄膜型则指除LiPON以外的晶态氧化物电解质，包括LLZO、LATP、LLTO等，其中LLZO是当前的热门材料，综合性能优异。

薄膜型产品性能较好，但扩容困难。锂离子的流动与电流一样，遵循某种“欧姆定律”，如果传导距离缩短，则可以减小电阻值，通过使电解质层变薄可以在一定程度上弥补低离子传导率。除了LiPON 等少数几种固体电解质，大多数材料难以制备成薄膜。已经小批量生产的以无定形LiPON为电解质的氧化物薄膜电池，在电解质层较薄时( ≤2 μm )，面电阻可以控制在50～100 Ωcm2。同时薄膜化的电池片电池倍率性能及循环性能优异，可以在50C下工作,循环45000次后,容量保持率达95%以上。但是薄膜化带来较好性能的同时也面对着扩充电池容量的困境。单体薄膜电池的容量很小，往往不到mAh级别，在微型电子、消费电子领域勉强够用，可对于Ah级别的电动车领域则需要串并联大量的薄膜电池来增加电池组容量，工艺困难且造价不菲。

从涂布到真空镀膜，薄膜型产品多采用真空镀膜法生产。由于涂布法无法控制粒子的粒径与膜厚，成膜的均匀性比较低，真空镀膜法能够较好保持电解质的均匀性。但是真空镀膜的生产效率低下，成本高昂，不利于大规模生产。为了改善材料与电极的界面阻抗，目前为止的应对措施是通过在1000℃以上的高温下烧结电极材料来增加界面的接触面积，对工艺要求较苛刻。薄膜型氧化物固态电池厂家Sakti3于2015年被英国家电巨头戴森收购，可受制于薄膜制备的成本与规模化生产难度大，迟迟没有量产产品。

非薄膜型氧化物产品综合性能出色，是当前开发热门。非薄膜型产品的电导率略低于薄膜型产品，但仍然远高出聚合物体系，且其可生产成容量型电池而非薄膜形态，从而大大减少了生产成本。非薄膜型氧化物固态电池的各项指标都比较平衡，不存在较大的生产难题，已成为中国企业重点开发的方向，台湾辉能与江苏清陶都是此赛道的知名玩家。

原标题：固态电池深度报告:固态电池—后锂电时代必经之路

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