車東西（公眾號：chedongxi）
文 | Bear
2019年的諾貝爾化學獎花落鋰電池領域，一時間，鋰離子電池這一驅動信息化社會的基礎元件成為了人們關注的焦點。“鋰電之父”古迪納夫也成為媒體熱議的話題，時年97歲的他仍然奮鬥在研發的一線，並在三年前開發出了全球首個全固態電解質鋰電池。
▲“鋰電之父”約翰·B·古迪納夫
這類電池以固態電解質取代了傳統鋰離子電池的有機液態電解質，能量密度達到了普通鋰電池的三倍，並擁有1200次的完整充放電循環。這一技術將有望應用於電動汽車上，徹底解決電動汽車的續航焦慮。
事實上，自誕生之初，這一電池體系就以安全性、穩定性著稱。隨著2016年無機硫化物材料的發現，固態電池的離子電導率以及電化學窗口取得突破性的進展，這一產品的應用前景從精密傳感器等小眾市場一下子拓展到了電動汽車、消費電子等大範圍的應用領域。有學者認為，固態電池是目前距離量產最近的下一代電池解決方案。
▲鋰電池技術路徑演變
不過，關注固態電池的不僅僅只有古迪納夫等學界的大牛。在汽車產業，豐田、寶馬、本田、日產、現代、大眾等國際主流車企已經紛紛開始佈局固態電池領域，國內長城、比亞迪、天際汽車、蔚來汽車、愛馳汽車與眾多動力電池供應商也已入局，並亮出了固態電池的落地時間表。
▲全球車企、供應商固態電池佈局
目前，固態電池共有聚合物電解質、無機氧化物電解質、無機硫化物電解質三大技術路線，各有優缺點。但總體來看，三條技術路線距離量產仍有距離，但其作為電池明日之星的地位十分穩固， 一場爭奪電動汽車電池技術制高點的暗戰已然打響。
一、概念奠基於200年前 2017年技術突破迎高潮
固態電池，顧名思義就是以聚合物、無機氧化物或無機硫化物等固態電解質取代有機液態電解質填充電池內部的電池體系。
▲傳統電池（左）與固態電池（右）結構原理圖對比
其工作原理就是在讓鋰離子通過固態電解質中的離子通道移動於正負極材料之間，與電極交換電荷，完成充放電過程。由於固態電解質的理化性質穩定，現階段的固態電池技術，通常有著優於傳統鋰電池的能量密度、安全性與穩定性。
固態電池的三大技術特徵分別是固態電解質、兼容高能量的正負極以及輕量化的電池系統。
固態電解質的概念非常好了解，傳統鋰電池以液態電解質作為鋰離子遷移的介質，固態電池則是將液態的電解質替換為固態電解質材料。可以認為，固態電解質是固態電池的核心，而固態電解質目前有分為聚合物、無機氧化物與無機硫化物三種類型。
對比傳統的液態電解質，固態電解質高溫狀態下性質穩定，不易燃，且能夠有效防止大功率放電形成的鋰晶枝刺穿隔膜造成電極短路，可以說是液態電解質的理想替代品。
不僅如此，固態電池還擁有更高的電化學窗口，可以搭載高壓正負極材料而不用擔心電解質會因為高電壓產生氧化（液態電解質會有這樣的副作用）。
▲固態電池可採用先串聯後並聯的組裝方式
此外，由於固態電池電芯內部不含液體，可以實現先串聯後並聯組裝的方式，減輕了電池PACK的重量；固態電池性質穩定的特點，也可以省去動力電池內部的溫控元件，進一步實現動力電池的減重。
有一點需要注意的是，固態電池其實並非最新的技術體系，深究其概念奠基的起點，甚至遠遠早於當前主流電池——鋰離子電池的形成。
固態電池概念奠基的起點可以追溯到19世紀上半葉，當時熱力學定律仍在摸索之中，沒有人知道晶體的週期性結構，距離點無序、熵增熵減等概念的形成還有近一個世紀的路要走，當時的主流科學界甚至不承認原子與離子的存在。
就是在這樣的電學理論與大環境均不成熟的時代，被冠以“天才”之名的邁克爾·法拉第發現了液體與固體中離子的移動現象，並通過這一現象發現了電荷通過電解質的通道，以及電解過程中釋放的離子與電極交換電荷的能力。這一發現，為後來的電化學與固態離子學奠定了基礎。
▲電化學奠基人邁克爾·法拉第
他曾對固態電解質導電的現象進行記錄：“我曾發現硫化銀的離子電導率在加熱之後會迅速上升，在此之後，我又發現了一種具有相同屬性的物質：氟化鉛。當其冷卻時，這兩種物質並不能起到電流的傳導作用，不過一旦溫度上升，它們就會變成電的良導體，甚至可以在固態的條件下將其點燃。”
這樣的記錄極大地啟發了後世對於固態電池的研究，在20世紀50年代後固態電池迎來研發熱潮的時候，曾有研究人員指出：“這是迄今為止，有記錄的最早的有關於固態電解質從弱導電態過渡到導電態的觀察結果。”
不過即便如此，固態電池的研發也沒有因為奠基時間早而一番風順，早期固態電解質的物理與化學性質決定了其低能量密度、低電壓以及高電阻的特性。即使是在20世紀90年代對材料進行改良之後，固態電池也依然只能打造成薄膜類電池，應用於精密傳感器等高端領域，難以真正實現普及。而固態電池的“後輩”們——鉛酸電池、鎳氫電池、鋰離子電池則開始在各個領域活躍。
直到2016年，日本科學家Yuki Kato與Ryoji Kanno發現了兩種具有高離子電導率與高穩定性新型鋰基超離子導體材料，固態電池才重新成為學界與業界的研究焦點。
而後在2017年，“鋰電之父”古迪納夫所帶領的工程師團隊發明了玻璃電解質材料，研發出了全球首個全固態電解質鋰電池。填充玻璃電解質解決了固態電池電解質與電極界面高電阻、離子電導率低的問題，甚至擁有比液態電解質更好的離子電導率。
▲“鋰電之父”約翰·B·古迪納夫
這一特性使其能夠實現比現階段鋰電池高三倍的能量密度，並擁有1200次的完整充放電循環。同時由於移除了有機液態電解液，該電池將不會有燃燒的風險，安全性與穩定性更勝傳統鋰離子電池一籌，這些優勢使得固態電池具備了成為下一代電動汽車動力電池的主流選擇。
不過需要指出的是，雖然現階段固態電池在技術指標上領先於三元鋰電池，但這一技術路線目前仍然面臨著整體成本高、技術有待驗證等問題，可以認為仍然處於產業早期的發展階段。
▲固態電池與三元鋰電池各項指標對比情況
從行業應用來看，目前真正進入落地階段且具有商業價值的，只有應用於精密傳感器領域的薄膜類固態電池。此前，曾有行業分析師認為，固態電池相對於大盤而言只是一個利基市場（相對小眾）。除非取得技術上的飛躍式進展，否則到2025年，整個電池市場規模達到2000億美元的時候，固態電池的市場規模僅有70億美元。
不過，眾多押寶固態電池的車企顯然是相信固態電池技術將會迎來飛躍式突破的。自2012年豐田正式宣佈在固態電池領域取得研究成果之後，寶馬、本田、日產、現代、大眾等國際車企以及國內長城、比亞迪、天際汽車、蔚來汽車、愛馳汽車等車企紛紛宣佈自身的固態電池佈局。
在車企規劃的時間表中，2020年開始，固態電池將會初步投入使用。而到2025年，固態電池的能量密度將會攀升到一定程度，同時成本大幅下落，從高端產品向低端產品普及。從這一時間表來看，固態動力電池的風口將會很快到來。
二、豐田已暗中研發10年 現代寶馬福特全部入局
國際車企在固態電池上的研發起點相對較早，最早入局的豐田在2008年就與固態電池創企伊利卡（Ilika）展開了合作，並於2012年公佈了研發成果。而在2016年新型固態電解質材料發現之後，寶馬、本田、日產、現代、大眾等車企巨頭紛紛宣佈開始固態電池研發，並將落地時間定在了2020年-2030年之間。
▲國際車企佈局固態電池情況
1、豐田2008年開始研發固態電池 預計2020年初上車
在固態電池領域，豐田一直是這一路線的忠實支持者。
2008年，特斯拉首款“量產”車型Roadster剛剛下線，電動化浪潮還未席捲全球之時，豐田就開始了固態電池的研發。
2008年2月，豐田與南安普頓大學孵化出的初創公司伊利卡（Ilika）達成合作，共同進行固態電池材料的研發。雙方的願景，是使用導電陶瓷材料來替代鋰離子電池中的易燃液態電解質。
▲豐田與固態電池創企ilika合作
六年之後，在2014年日本東京舉辦《汽車世界》期刊會議上，豐田汽車詳細介紹了其與伊利卡（Ilika）在固體電池合作上的進展。
當時，豐田汽車負責固態電池業務的高級執行董事奧田平（Soichiro Okudaira）表示：“豐田已經研發出了能量密度400Wh/L（“Wh/L”是電池能量密度的另一種單位，由於材料密度不同，難以與“Wh/kg”直接換算）的固態電池，比同時期的鋰離子電池能量密度高出約1/3。”
與此同時，豐田的工程師表示，固態電池的潛力遠不止於此。到2025年，豐田將會把固態電池的能量密度提升到600-700Wh/L，能夠為電動汽車提供約1000公里的續航里程。
隨後，豐田又在2017年與“老朋友”松下展開合作，共同研發下一代技術更加成熟的固態電池。據路透社報道，豐田預計在2020年初推出搭載固態電池的純電動汽車。
2、本田日產聯手“老大哥”豐田 組建日本固態電池“國家隊”
豐田那邊如火如荼地研發固態動力電池，本田日產也在2017年紛紛宣佈自研動力電池。但在動力電池這樣高技術壁壘的行業，本田日產的起步已經較為落後，他們要如何逆轉這樣的局面呢？
2018年，本田、日產聯手豐田、松下、湯淺以及日本三大化工集團成立了”鋰電池技術與評估中心（Lithium Ion Battery Technology and Evaluation Center)”，簡稱”Libtec”，以聯盟的形式開展固態電池的研發。
▲日本成立鋰電池技術與評估中心
彼時日本動力電池產業市場份額在全球範圍內呈下滑態勢，日本政府也極力促成Libtec的成立，併為這一聯盟投資了16億日元。就這樣，本田與日產也搭上了豐田的大船。
據瞭解，Libtec的目標是在短期內推出支持550公里綜合續航電動汽車的固態動力電池，而到2030年，將會推出支持800公里綜合續航電動汽車的固態電池。並且，由於固態電池支持大功率充放電，電動汽車的充電速度也將得到大幅提升。
3、現代、寶馬、福特投資固態電池初創公司Solid Power
與日本汽車產業抱團取暖的思路不同，寶馬、現代、福特三家車企看中了同一家固態電池初創公司——Solid Power。
三家車企分別在2017年、2018年、2019年宣佈投資這家分離自科羅拉多大學博爾德分校的初創公司，不過他們並未透露向Solid Power投資的金額。其中，只有寶馬宣佈會在2026年量產搭載固態電池的電動汽車。
據electrek報道，Solid Power在2018年完成了2000萬美元的A輪融資，並在固態電池鋰離子陽極技術上獲得了突破。該公司表示，目前其生產的樣品的能量密度要比普通的三元鋰電池能量密度高50%，並且支持目前行業通用的卷對卷生產工藝。
4、大眾投資斯坦福大學背景創企QuantumScape
大眾也在2018年6月宣佈投資斯坦福大學的固態動力電池初創公司QuantumScape，投資金額為1億美元。交換條件是成為該公司的最大股東，並在董事會成員中佔有席位，雙方合作開發適用於大眾車型的固態電池。
據瞭解，QuantumScape成立於2010年，總部位於加利福尼亞州聖何塞，擁有約200項固態電池技術專利和專利申請，深厚的專業知識正是大眾看中這家公司的原因。
大眾的官方新聞宣稱，QuantumScape的固態電池能夠使e-golf的綜合續航里程從300公里提升到750公里，並且大眾已經對QuantumScape的電池樣品進行了測試，推測測試對象為此前搭載了固態電池的PB18 e-tron純電動超跑。
雙方共同的目標是使得固態電池真正能夠應用於汽車工業領域，並預計在2025年建成一條為電動汽車生產固態電池的生產線。
5、雷諾日產三菱聯盟投資美國固態電池公司Ionic Materials
投資固態電池企業這件事當然也少不了對新興技術充滿熱情的雷諾日產三菱聯盟，這一聯盟成立的初衷就不光是為了互相提振三家車企的銷量，而是通過交叉持股的方式形成強合作關係來提升整個聯盟的競爭力。
2018年年初，雷諾日產三菱聯盟成立10億美元的產業基金“聯盟風投”（Alliance Ventures），投資的第一個項目就是美國電池公司Ionic Materials，據瞭解，這家公司的主要研發方向為開發可用於電動汽車的無鈷固態電池。
據瞭解，目前雷諾日產三菱聯盟與Ionic Materials的合作已經取得了一定的進展，今年年底，Ionic Materials的固態電池將會交予OEM進行驗證，預計在2025年投入量產。
除了豐田早早將固態電池作為自家電動汽車的動力電池方向之外，國際車企大多選擇了在2017年左右湧入固態電池產業，這與固態電池的電解質材料在2016年-2017年間取得突破性進展脫不了關係。
在產業佈局方面，日系車企與日本的動力電池、化工企業形成了抱團之勢，試圖搶佔固態電池的落地先機。歐美韓系車企則主要採取投資初創公司的方式，來增強自身在固態電池領域的技術儲備，不同的玩家形成了不同的打法。
三、北汽、比亞迪帶頭佈局固態電池 蔚來、天際積極跟進
國際車企扎堆佈局固態電池，但國內車企對於固態電池的佈局卻顯得有些不急不緩。
根據公開資料整理，國內傳統車企僅有北汽集團與比亞迪兩家佈局固態電池；新造車公司對固態電池接受度更高，蔚來汽車、天際汽車、愛馳汽車分別與臺灣輝能科技達成合作，共同研發動力電池；哪吒汽車也在此前宣佈了與清陶能源的合作計劃，SERES也佈局了固態電池領域。
▲國內車企佈局固態電池情況
1、傳統車企：北汽、比亞迪兩大新能源領頭羊對壘
在傳統車企的陣營中，北汽與比亞迪是目前在新能源汽車領域佈局較為深入，並且銷量最大的兩家車企。提前將電動化的基因刻在品牌形象中，意味著這兩家車企在新能源汽車領域必須保有足夠的技術優勢。因此，這兩家車企也是國內最先佈局固態電池技術的傳統車企。
北汽集團旗下北汽產投於2019年8月完成了對國內固態電池創企清陶能源的投資，雙方將在固態鋰電池的產業化方面合作，但並未公佈具體的量產落地時間。
▲北汽產投宣佈領投清陶能源C輪融資
據瞭解，清陶能源的創始人團隊來自於清華大學，自2002年開始研發固態電池。2018年11月，清陶能源的首條固態電池生產線投產，這也是國內首條投產的固態電池生產線，該公司的固態電池的單體能量密度能夠達到400Wh/kg。
北汽產投此次與中銀投資共同主導的C輪投資並未對外透露金額，但顯而易見的是，這是北汽集團部署固態電池的重要一步。
與北汽集團靠“買買買”來獲取技術基礎不同，比亞迪走的是自研動力電池的路線，這一前提是比亞迪在電池領域的深厚技術積累。
2016年，比亞迪就確定將固態電池作為下一代動力電池的發展路線，隨後，比亞迪申請了一種全固態鋰離子電池及其正極複合材料的發明專利。2018年，比亞迪再次確認將固態電池作為發展重點，並著手推動固態電池的產業化研發。
據瞭解，比亞迪將會在未來5-10年內推出固態動力電池產品，並將其應用在新能源汽車上。
2、新造車公司：蔚來、天際、愛馳、哪吒已入局
新造車公司也被固態電池技術吸引入局，目前，天際汽車、蔚來汽車與愛馳汽車已經先後與臺灣電池公司輝能科技達成合作。哪吒汽車則選擇了與北汽集團相同固態電池公司——清陶能源。
在今年4月的上海車展期間，天際汽車展出了搭載固態電池的天際ME7樣車，吸引了眾多好奇的目光。隨後不久，該公司便宣佈了與輝能科技的合作事宜。據瞭解，該公司在2018年就量產了450Wh/L的固態電池。
▲天際汽車與輝能科技簽訂合作協議
不過需要指出的是，該公司所採用的方案是目前久違成熟的無機氧化物固態電解質方案，雖然技術路線較為成熟，但這一路線固態電池的性能潛力較為有限。
不過作為國內為數不多的能夠量產固態電池的企業，輝能科技也吸引了另外兩家新造車公司——蔚來汽車與愛馳汽車。這兩家公司分別在9月底與輝能科技達成了合作，輝能科技將以自主研發的高電壓鋰陶瓷電池為基礎，分別與蔚來汽車、愛馳汽車展開合作，開發輝能MAB固態電池包。
另一家新造車公司，哪吒汽車則是在2019年10月與清陶能源達成了合作，選擇相信國內新能源汽車領頭羊北汽的眼光。
綜合國內整車廠的固態電池研發情況與落地時間表，我們可以發現一個特點：
國內固態動力電池的研發落地被分為了三個階段：
第一階段，2016年-2020年，研發階段；
第二階段，2021年-2025年，初步投入應用；
第三階段，2025年-2030年，大規模量產落地。
屆時，大規模量產落地的全固態電池將能夠滿足《中國製造2025》中，對於2030年國內動力電池密度達到500Wh/kg的要求。
四、19家國內動力電池公司研發 固態電池還未到量產階段
雖然國內整車廠入局固態動力電池市場的玩家較少，不過在動力電池產業鏈內，固態電池已經成為了兵家必爭之地。據瞭解，目前國內包括寧德時代、比亞迪、贛鋒鋰業、萬向123、輝能科技、力神電池、億緯鋰能在內的19家動力電池公司已開始固態電池的研發。
▲動力電池供應商佈局固態電池情況
國內市場的動力電池供應商們從過去動力電池的市場份額爭奪戰中，領悟到了誰先入局，誰就可能成長為獨角獸的定律。因此國內動力電池供應商對於固態電池技術的研發最為積極，據不完全統計，共有19家動力電池供應商開始佈局固態動力電池技術研發，寧德時代、輝能科技、萬向123等公司的進展目前較快。
其中，寧德時代所選擇的路線是目前開發潛力最大、難度也最大的硫化物電解質路線。2016年10月，寧德時代新能源研究院柳娜博世詳細介紹了寧德時代在硫化物固態電池領域的研發路徑：
寧德時代主要以硫化物電解質為主要研發方向，採用正極包覆與熱壓的方式來解決界面電阻問題；同時對硫化物進行改性，增強其熱穩定性。但基於理性分析，寧德時代表示，目前全固態電池距離商業化仍有一段較長的距離。
輝能科技與清陶能源所走的都是無機氧化物電解質路線，以此來生產非薄膜型固態電池，這類電池的離子電導率隨不如硫化物固態電池，但也遠好於聚合物固態電池。
輝能科技於2013年就實現了此類固態電池的量產，但主要的應用領域為消費電子領域，近兩年才轉向汽車動力電池。由於動力電池對於安全性、穩定性以及能量密度的要求更高，因此輝能科技目前還處於與整車廠進行產品驗證的階段。
萬向123的打法與前兩者稍有不同，該公司主要採取外部投資與內部研發並舉的策略。在對外投資方面，該公司先後投資了固態電池公司Solid Power以及美國固態電池公司Ionic Materials。
萬向一二三通過將Ionic Materials研發的導電離子聚合物與自家的三元 /石墨鋰離子材料相結合發出了一款具有高能量密度，高安全性的全固態電池，該公司表示，這一類型的固態電池有望在2022年正式應用於電動汽車產品。
五、博世、戴森、NGK|NTK跨界進入固態電池產業
事實上，除了上述被提及的整車廠、動力電池供應商之外，還有零部件供應商以及其他領域的玩家跨界進入了固態動力電池領域。
▲跨界供應商固態電池佈局情況
其中最具代表性的就是博世、戴森以及日本火花塞製造商NGK三家公司。
2017年固態電池的研發熱潮興起之時，博世曾經收購固態電池初創公司Seeo，並曾表示將會在2020年之前推出總體能量密度超過260Wh/kg的固態電池包。
▲博世此前對動力電池業務的規劃
2017年12月，該公司還曾考慮投資200億歐元，在2030年之前建立起年產能200GWh的動力電池工廠，以此來與松下、LG、寧德時代等全球一線的動力電池供應商們競爭。
不過很快，在2018年2月，博世就宣佈放棄動力電池以及固態電池的研發項目，並宣佈解散博世旗下的動力電池合資公司“Lithium Energy and Power GmbH＆Co. KG（LEAP）”，並出售其固態電池子公司Seeo。
與此同時，博世在一份聲明中給出了他們放棄固態電池與動力電池技術開發的原因，主要的理由是投資風險過高，目前難以判斷是否能給博世集團帶來回報。
另一家傳統汽車產業零部件供應商NGK|NTK也宣佈開始研發固態電池技術，該公司主營業務原本為發動機火花塞與氧傳感器，但其高級工程與研發總經理Takio認為：“（汽車）行業在某種程度上將不可避免地從內燃機轉向電池電動汽車，最終導致我們的火花塞和氧傳感器業務過時。”
▲火花塞製造商NGK|NTK試生產的固態電池樣品
因此，NGK|NTK在2018年4月宣佈將大力研發固態電池項目，該公司表示，他們過去在先進陶瓷工藝方面的專業技術將為該公司的固態電池研發提供技術基礎。
戴森入局固態電池的動機與博世和NGK不同，該公司並不想成為一家固態電池供應商，而是想要自己打造電動汽車。
2015年，戴森以9000萬美元的價格收購了美國固態電池初創公司Sakti3，並在第二年斥資14億美元建造了固態電池工廠。當固態電池的研發步入正軌之後，戴森在2017年正式宣佈了進軍電動汽車產業，致力於打造高端電動汽車品牌。
在隨後的兩年裡，電動汽車的浪潮席捲全球，但戴森並沒有如人們預料地推出電動汽車的樣品。時間來到了2019年10月10日（北京時間10月11日），當天凌晨，戴森正式宣佈放棄電動汽車項目，並聲稱該公司已經研發出了電動汽車的原型車，但並沒有為找到該產品的目標用戶。
不過，根據戴森公開信中透露出的信息，戴森公司並沒有打算放棄已經投入海量資源的固態電池項目，並將繼續推動固態電池的量產與落地。
雖然跨界的玩家並不多，但從投入金額與部署力度來看，傳統汽車零部件供應商與其他領域的玩家也非常看好固態動力電池的前景。
六、產業尚處於早期發展階段 三條技術路線並行
儘管眾多整車廠、Tier1、動力電池供應商已經湧入固態電池領域，提前開啟了卡位賽模式。但從第一部分對比過的成本與技術成熟度的角度上來看，固態電池仍處於產業的早期發展階段，距離真正的量產落地還有相當長的一段時間。
目前確定搭載固態電池並開始量產的車型也僅有奧迪PB18 e-tron一款，第一批只生產50輛。據瞭解，這一車型的售價將會頗為昂貴。其中，恐怕有一大部分成本屬於車輛內部的固態電池。
▲奧迪PB18 e-tron
據瞭解，奧迪的這款純電超跑將會配置800V的高壓電氣架構，在動力方面，奧迪PB18 e-tron將會搭載三電機動力系統，與Quattro全時四驅系統相配合，其輸出功率可達到500kW，如果通過增壓，這一功率可以在一段時間內衝到570kW。而其高達830N/m的組合扭矩使其0-100km/h的加速時間縮短到了2秒以內，這個數據已經達到了目前勒芒賽車的水平。據外媒報道，這款車型的WLTP續航里程將可能超過500公里。
顯然，奧迪在固態電池上的投資是值得的，固態電池將擁有遠超三元鋰電池的充放電功率、循環壽命以及輕量化的電池系統，這些條件將為PB18 e-tron這款電動超跑帶來一般電動汽車無法媲美的性能。
1、技術難點：固態電解質離子電導率低、高界面阻抗
那麼，既然固態電池能夠為電動汽車提供如此優秀的性能，為何沒有儘快投入實用呢？
正如文章第一部分所提到的，固態電解質材料雖然在安全性與部分電化學性能上優於液態電解質，但由於其固體的形態，也存在著先天的缺陷。
眾所周知，化學反應所選擇的介質通常會選擇液體，這是因為離子在液態的物質中更容易移動，也更容易發生反應。
固態電解質的第一大技術難點就是鋰離子的遷移效率，這直接影響了固態電解質的離子電導率。據瞭解，目前絕大多數的固態電解質的離子電導率在10^-7—10^-2 S/cm之間，而目前三元鋰電池所使用的液態電解質的離子電導率為10^-2 S/cm，絕大多數固態電解質的離子電導率低於液態電解質，影響了固態電池的實用性能。
另一個問題出在固態電解質與電極的接觸上，液態電解質可以最大限度地與電極保持接觸，而固態電解質與電極之間很難做到完美貼合，如此一來，電極與電解質之間的界面阻抗就會上升，同樣影響固態電池的實用性能。
2、三大技術路線：聚合物、無機氧化物、無機硫化物
針對上述的技術難點，近十年內，學界與業界不斷湧現出新的解決方案。目前，已經有三條較為成熟的技術路線：聚合物電解質、無機氧化物電解質以及無機硫化物電解質。
a.聚合物電解質：
材料：聚環氧乙烷、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯等。
研究公司：寧德時代、Solid Power、Seeo、ionic materials、Bollore集團子公司BatScap。
使用這一電解質的固態電池率先實現小規模量產，技術已經較成熟，易於加工、電極界面阻抗可控。但其性能上限較低，高溫條件下才具備高離子電導率，室溫條件下離子電導率極低。這些條件限制了聚合物固態電池的能量密度上限，最終能量密度很難超過300Wh/kg。
法國博洛雷公司最先將這類固態電池商業化，2011年12月，該公司將搭載30kWh固態聚合物電池+雙電層電容器動力系統的電動車推向共享汽車市場，共計投入2900輛，設立900座服務站與近4500臺充電樁。服務用戶合計達到18萬人以上，其中近4成的約7萬人為活躍用戶，每天的利用次數約為1.8萬次。
但早期的技術限制使得該項目並不具備大規模商業化的價值，該電池能量密度僅為110Wh/kg，並需要配備200W的加熱元件為其加溫。停車時，該加熱器也需要處於工作狀態，停車時必須連接充電器，電池功率密度低，使得需要為緊急起步、緊急加速等大功率放點場景配備雙電層電容器。如此一來，這類聚合物固態電池的實用價值就大打折扣了。
b.無機氧化物電解質：
材料：薄膜型（LiPON）、非薄膜型（LLZO）。
研究公司：Sakti3、Quantum Scape、muRata、TDK、NGK|NTK。
無機氧化物電解質對比上述聚合物電解質，在室溫下擁有更高的離子電導率，但界面阻抗也更高。但好在界面阻抗可以採用緩衝層填充等方法來進行規避，因此這類固態電池已經具備實用價值，並且已有產品投入市場。
應用無機氧化物電解質的固態電池又可以分為薄膜型固態電池與非薄膜型固態電池。
薄膜型固態電池的優點是性能優異，能在50C的工作環境下，循環45000次後，仍然保持95%的電池容量。但缺點是擴容困難，單體薄膜型固態電池的容量很小，不到mAh級別，對於動力電池所需的Ah級別，需要串聯大量薄膜電池來實現，這一過程會使得固態電池的生產工藝難度增加，造價直線飆升。
對比之下，非薄膜型固態電池的實用性能要高得多，其離子電導率略低於薄膜型產品，但遠高於聚合物體系，且可以生產成容量型電池而非薄膜型態，減少了生產成本，是當下中國動力電池企業關注的焦點，上文中提到的輝能科技與清陶能源都選擇了這條路線。
c.無機硫化物電解質：
材料：Thio-LISICON、LiGPS、LiSnPS、LiSiPS。
研究公司：豐田、松下、寧德時代、三星SDI。
這條路線是目前三條主流路線中開發難度最大、性能潛力也最大的一條路線。
開發難度大主要是由於該電解質材料還處於研發的早期階段，電池產品對環境十分敏感，也存在安全問題。其內部的硫化物電解質對空氣敏感，容易氧化，遇水易產生 H2S 等有害氣體，生產過程需隔絕水分和氧氣。
而性能潛力大則是因為硫化物電解質離子電導率能與液態電解質媲美；電化學窗口達到5V以上，可滿足快充快放的需求；並且應用前景廣泛，能夠用於電動汽車、消費電子等領域。
因此，匯聚在這一條路線上的幾乎都是動力電池產業最頂尖的玩家。據瞭解，豐田已經研發出了Ah級別的動力電池，並製成了較大的電池組樣品，寧德時代也已對硫化物固態電池進行了前瞻佈局，並設計好了工藝路線。
三條路線綜合來看，聚合物電解質、無機氧化物電解質、無機硫化物電解質的性能各有優劣，且因為技術的成熟程度不同，未來落地的時間表也有所不同。
不過從車企與動力電池公司規劃的時間表來看，固態電池的落地節奏依然有跡可循。據瞭解，這一技術最早將會在明年小範圍地量產上車，早期將會集中配置在高端車型上。真正大規模實現量產落地，在消費級市場普及將會在2025年之後。因此，目前固態動力電池產業仍然只是車企與動力電池供應商的卡位賽，距離落地還有一段距離。
結語：固態動力電池風口即將到來
固態電池因其高能量密度、安全性、穩定性，被學界與業界同時認定為是下一代動力電池的主流路線，豐田、寶馬、本田、日產、現代、大眾等國際車企與北汽、比亞迪等自主品牌紛紛擠進固態電池產業，提前開始了卡位賽。
雖然固態電池的落地在整車廠、動力電池供應商的時間表中大多還有3-6年的時間，但車企、供應商的入局為這一產業帶來了資金基礎，固態電池技術的成熟速度有望被加快。
尤其是三條清晰的技術路線為當下產業內的公司提供了明確的研發路徑的選擇，當三元鋰電池再難滿足電動汽車的需求時，外部環境將會促使固態電池產業從發展期迅速過度到成熟期。
綜合入局玩家數量、資金基礎以及電動汽車產業的需求三點來看，固態動力電池產業的風口或許很快就會到來。
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