突发 | 比亚迪秦Pro EV地库中爆燃？BYD回应：未发生爆炸，在调查中

汽车日报 常思玥

[ 行业] 日前，有一组聊天记录在比亚迪的车友群众流传，信息显示：在北京中关村·壹号的B2地库中，一辆疑似为比亚迪秦Pro EV在车位中停放，车身有明显的火烧痕迹。

对此消息，懂车帝第一时间与比亚迪方面进行了沟通，得到的回复是：“目前比亚迪售后团队已经抵达事故现场进行初步勘察。现场火情及时扑灭，未发生爆炸，也没有人员伤亡。车辆于2019年初销售，具体原因，将配合相关部门进一步调查。”对于此事的后续发展，懂车帝将保持关注。

车辆疑似为比亚迪秦Pro EV

同时，信息还显示，车主则是在发现车辆异常情况后弃车逃生。从目前掌握的信息来看，这款秦Pro EV是在2019年被销售给车主的，其搭载的电池并不是目前比亚迪所主推的刀片电池，而是“NCM622”三元锂电池，也就是说，电池中镍、钴、锰的比例为6：2：2。

车辆在爆燃前，似乎出现了比较明显的冒烟现象

疑为车友群中的聊天记录

疑为涉事车主所发布的消息

今年比亚迪汽车的销量不断增长，在10月份再次交出了一份亮眼的销量答卷，其中新能源汽车的销量占比更是达到了90.1%，而汉EV的销量则是依然达到一万辆以上。

汉EV

具体来看，在今年10月，比亚迪股份有限公司的整体销量（乘用车+商用车）达到89,935辆，其中乘用车达到88,898辆，同比增长90.9%。

值得注意的是，在比亚迪的乘用车销量中，新能源汽车的占比已经超过了90%，10月份，比亚迪共售出80,003辆新能源乘用车，同比增长幅度达到262.9%。

研判：比亚迪DM-i超级混动专用功率型刀片电池技术优势

2021年1月11日，比亚迪发布了全新的DM-i超级混动平台。由1台插混专用高效发动机（骁云-插混专用1.5L高效发动机或骁云-插混专用涡轮增压1.5Ti高效发动机），1组由驱动电机和发电机“2合1”构成的双电机EHS电混系统，1组大容量大功率的DM-i超级混动专用功率型刀片电池，构成了百公里油耗3.8升、综合续航里程超1100公里的秦PLUS的主要分系统系统。

作为一款DM车型，秦PLUS（包括宋PLUS和唐PLUS）的动力源是骁云系列插混专用发动机，适配的DM-i超级混动专用功率型刀片电池用于在EHS电混传统系统“调节”燃油效率和电驱动效率。

适配秦PLUS的DM-i超级混动专用功率型刀片电池装载电量从8.3-21.5度电、甚至46度电，这套DM-i超级混动专用功率型刀片电池独特的热管理控制技术（策略），超越了在售的2021款唐DM、汉DM以及汉EV。

此前，新能源情报分析网先后发布《深度：研判比亚迪秦PLUS晓云-混动专用1.5发动机技术状态》、《研判：比亚迪DM-i超级混动平台的EHS电混系统技术优势》两篇文章，对发动机和EHS电混系统进行技术解读。本文将对比亚迪DM-i超级混动专用功率型刀片电池，全新的热管理控制技术（自加热和直冷）状态研读和判定。

1、DM-i超级混动专用功率型刀片电池自加热技术及控制策略：

比亚迪给出DM-i超级混动专用功率型刀片电池一个全新的定义：全球首款搭载脉冲自加热技术的动力电池。这一全新的脉冲自加热技术，基于主动控制电芯高频充放电次数和功率，使得电芯内部产生热量，达到自加热效果。

换句话说，只要启动车辆，DM-i超级混动专用功率型刀片电池激活开始放电，就会激活自加热功能（根据外部温度）。在BMS系统的监控下，对每组电芯进行温度和电压检测。一旦某组电芯在单位时间内温度或电压大范围波动，BMS系统即刻介入或降低输出功率或直接开启直冷散热系统，对整个动力电池总成内部进行主动高温散热伺服。

目前，比亚迪官方发布的关于DM-i超级混动专用功率型刀片电池脉冲自加热技术资料十分有限，其工作原理也表述得很笼统。不过，这种自加热技术与2017年理工大学、北汽新能源和某电池厂商联合开发的“全气候”电池预热策略有些相似。在电池电芯中加入特殊镍材料，加热极耳以及加热控制开关，并覆盖保温层。一旦车辆启动电池系统放电，电芯内部分电流流过镍材料，就会产生热量，用于低温预热伺服。这款“全气候”电池可以在-45摄氏度运行，并在0摄氏度自动关闭，或系统设定在合适的指定温度停止。

尽管目前不能确认比亚迪的DM-i超级混动专用功率型刀片电池以及自加热管理技术，是否与汉EV等车型适配的刀片电池存在较大的技术差异。但是综合售价10.78万元起售的秦PLUS用于取代传统燃油车的市场定位，DM-i超级混动专用功率型刀片电池以及自加热管理技术的成本将不会有巨大提升的可能。

需要注意的是，比亚迪自行研发和量产的DM-i超级混动专用功率型刀片电池激活自加热功能后，整体均温性较同时期在售的其他车型（电池系统）更好，升温效率提升约10%，并且可以通过对安全性能要求十分苛刻的“穿刺”测试。

2、DM-i超级混动专用功率型刀片电池直冷散热技术及控制策略：

用于EV车型的刀片电池和用于DM-i的刀片电池，在本质上都是采用磷酸铁锂材质和大电芯形制。然而，DM-i超级混动专用功率型刀片电池的电芯（红色区域所指），由内部串联多组小单体（黄色箭头所指）构成。

DM-i超级混动专用功率型刀片电池的电芯纵向布置于电池总成内部（含EV刀片电池电芯横向布置在电池总成内部）。这种单体由“横改置”的优势十分明显，不仅仅提升了体积密度，更可以增加单体的长度。而每支刀片电池的电压标定在20伏，理论上可以通过串联不同数量，获得所需要的更高要的电压平台。

红色箭头：横置于DM-i超级混动专用功率型刀片电池内部的电芯

黄色箭头：位于DM-i超级混动专用功率型刀片电池总成内部的前端，用于BMS和控制线缆布设

蓝色箭头：位于DM-i超级混动专用功率型刀片电池总成外部的前端，用于固定来自BC系列电动压缩机引出的空调管路（1进1出）和高压线缆

上图为DM-i超级混动专用功率型刀片电池内部结构爆炸图，位于电池壳体最上端铺设了一层冷板；之下是横置的刀片电池电芯；之下是托盘（下壳体以及保温层）、之下是铺设在外壳体（托盘）外侧的护板。

红色箭头：由BC系列电动空调压缩机引出的硬管-向刀片电池总成内“泵”入携带“冷量”制冷剂的输入端

蓝色箭头：携带刀片电池总成内“热量”制冷剂的输出端-至BC系列电动空调压缩机

白色箭头：在顶置的冷板，完成由BC系列电动空调压缩机与两条管路完成“冷量”和“热量”交换全过程

上图为秦PLUS搭载的DM-i超级混动专用功率型刀片电池总成前端的诸多接口技术状态细节特写。

橘色箭头：正副高压线缆合并捆扎、密封和固定

红色箭头：固定在壳体前端的空调膨胀体

蓝色箭头：从BC系列电动空调压缩机引出的空调管路（1进1出）

横置的刀片电池电芯在高温环境运行，产生的热量上升至顶置的冷板，由空调管路内的制冷剂在BC系列电控压缩机伺服下，完成了“冷量”和“热量”的交换，以达到主动高温散热伺服的技术设定。

上图为汉EV搭载的刀片电池及灌装专用低导电率电解液热管理循环系统部分细节特写（开启低温预热功能）。

白色箭头：PTC控制模组处于加热状态

绿色箭头：低导电率冷却液被加热

汉EV与其他品牌（型号）适配液态动力电池热管理系统的新能源车一样，由单独的水冷板控制模组、PTC控制模组、电子水泵、阀体以及相关附属管路构成。

需要为动力电池提供低温预热伺服时，通过PTC控制模组加热循环管路内的冷却液，通过电子水泵“泵”入电池内部的管路用于模组升温；需要为动力电池提供高温散热伺服时，通过水冷板模组与来自电动空调的“冷量”为冷却液进行降温，通过电子水泵“泵入”电池内部的管路用于模组散热。

无论高温散热，还是低温预热，都是通过对冷却液进行“冷热”后，在用于电池系统的降温或升温，已达到预设的工作温度。在“冷量”和“热量”交换过程中，就需要用来自动力电池或发动机的能量进行做功。另外，一旦动力电池内部管路破损导致冷却液泄露，还会引发燃烧事故。

需要注意的是，比亚迪自行研发和量产的DM-i超级混动专用功率型刀片电池启动直冷控制功能后，主动高温散热效能更加均衡、全部电芯降温速度更快且一致性更好，整套系统的结构结构大幅简化同时，可靠性更占优。

3、DM-i超级混动专用功率型刀片电池独特的热管理控制技术（策略）优势：

上图为比亚迪秦PLUS（搭载骁云直列四缸1.5混动专用发动机）前部动力舱各分系统细节状态特写。

红色箭头：IPB制动系统补液壶

绿色箭头：EHS电混系统双电机电控系统

白色箭头：EHS电混系统双电机驱动系统

蓝色箭头：骁云1.5混动专用发动机、EHS电混系统的驱动电机与发电机共享的高温散热循环管路补液壶

黄色箭头：EHS电混系统双电控系统高温散热循环管路补液壶

上图为唐PLUS（搭载骁云直列四缸1.5T混动专用发动机）前部动力舱各分系统细节状态特写。

红色箭头：采用弥勒循环技术的骁云1.5T混动专用发动机本体

绿色箭头：设定在靠近散热器的涡轮增压器

红色箭头：骁云1.5T混动专用发动机、EHS电混系统的驱动电机与发电机共享的高温散热循环管路补液壶

黄色箭头：EHS电混系统双电控系统高温散热循环管路补液壶

适配不同热效率技术的骁云1.5发动机和骁云1.5T发动机，都可以与EHS电混系统关联，并与其双电机部分串联在一个高温散热循环管路内。由于EHS双电机电控系统散热需求温度明显低于双电机驱动系统，因此单独设定一套高温散热循环管路。

因为DM-i超级混动专用功率型刀片，采用了全新的自加热低温预热技术和直冷高温散热技术，因此取消了基于“DM2.0”和“DM3.0”平台诸多车型（秦Pro DM、宋Pro DM、唐DM、汉DM）配置的动力电池液态热管理循环管路。

需要注意的是，基于DM-i平台车型（秦PLUS、宋PLUS和唐PLUS）的动力舱结构“异常”简单，去掉了用于电池系统的PTC控制模组、水冷板控制模组、起码1组电子水泵、1套“X通”阀体以及多条循环管路以及不少于4升的冷却液，使得整车自重降低与可靠性均得到不同程度的提升。

笔者有话说：“历史总是惊人的相似，却又在不同的高度进行重复”

2014年比亚迪秦上市，配置1套基于6DCT的驱动电机（电机电控单独设定）和磷酸铁锂电池（被动式风冷散热）。随后秦以量产车状态参加2014年中国汽车拉力锦标赛（SAE组）。

2017年比亚迪秦100上市，配置1套基于6DCT的驱动电机（电机电控单独设定）和三元锂电池（液冷主动高温散热）。随后秦以量产车状态参加2017年中国汽车拉力锦标赛（SAE组）。

2019年比亚迪秦Pro DM上市，配置1套基于6DCT的驱动电机（电机电控“2合1”设定）、BSG电机（电控单独设定）和三元锂电池（单独设定1套液冷主动高温散热系统）。随后秦以量产车状态参加2010年中国汽车拉力锦标赛（SAE组）。

2020年比亚迪汉DM双擎四驱版上市，配置的1套BSG电机与后置驱动电机单独设定，两台电机控制系统进行了“2合1”集成，三元锂电池系统具备完整的液态高温散热和低温预热循环系统。

比亚迪DM车型驱动技术状态持续进化，电驱动系统从基于机械型DCT系统向基于电传动的EHS系统转换；发电机从12伏电压普型、高电压125千瓦BSG型向90千瓦集成型转换；电控系统则从单独设定向不同类型的集成化转换。

比亚迪DM车型电池及热管理控制技术持续进化，经历了磷酸铁锂电池-三元锂电池-刀片电池三个发展阶段；热管理控制技术从被动式风冷、主动式液冷、主动式液冷+PTC低温预热，再到直冷散热+脉冲式自加热转换。

DM-i平台的发动机、EHS电混系统和专用刀片电池及热管理控制技术，相对以往比亚迪量产的DM车型节能效率大幅度提升同时，结构得到了优化、可靠性得到了加强。

最重要的是，基于DM-i平台的秦PLUS在制造成本层面超越了相同售价的燃油车，在综合性能层面碾压所有竞品生产PHEV车型。

未完待续。。。

新能源情报分析网评测组出品

新能源汽车专题：固态锂电池深度研究

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一、心脏!车用储能系统

1、便捷!汽车接受底线和核心需求

根据国标《汽车和挂车类型的术语和定义》(GB/T 3730.1—2001)，汽车是由动力驱动，具有 4 个或 4个以 上车轮的非轨道承载的车辆。基于便捷、舒适的交通需求，用户(及社会)对汽车的关注点涉及多方面易量化 和不易量化的内容。

使用便捷性是绝大多数情况下用户对汽车的接受底线和核心需求，可简明体现为汽车在某工况/工况组合下运行的行驶时间和充能时间，及对应的行驶路程。

行驶路程越长(对应续航能力)/行驶速度越快(对应动力性能)，单次充能时间越短/充能时间占总时间的 比例越小(对应充能能力)，可认为整车的使用便捷性越高;在充能不便的条件下，单次充能的行驶路程越长， 整车的使用便捷性越高。

2、储能!整车百年“科技树”的土壤

汽车的续航能力、动力性能和充能时间的决定性因素是其储能(及配套动力)系统的本质理化属性。这已为长逾百年的汽车进化史所证实。

燃油汽车和电动汽车的起步时间相近。前者以戴姆勒、本茨等人对内燃机的发明和车用为标志，后者以特鲁夫对动力电池(铅酸电池)的车用为标志。

和早期的燃油汽车相比，电动车具备诸多优势:环境影响低、驾驶平顺、几乎无噪音、操作简单，动力性 方面也率先实现了超过 100km/h的最高时速。20 世纪初叶，美国电动车市场占有率完全可以和燃油汽车分庭抗 礼。

但是，铅酸电池的能量密度和充能时间相比于燃油有本质差距，且对基础设施的依赖性更强，体现到产品 上的结果是彼时电动车的使用便捷性潜力远不及燃油车。随着燃油产量的飞速增长、加油站和公路的布局完善、 多缸高转速内燃机的发明、空气压缩机的应用，燃油乘用车不仅续航里程长、加油速度快，而且单位能量成本 大幅降低、动力性有所改善、能量效率显著提高;加之流水线的发明使得制造成本大幅降低、配套基础设施逐 步完善，燃油车在接近一个世纪的时间里充分享受了燃油高能量密度孕育的便捷性红利。相应产业形成了强大 的路径锁定，极大程度压制了电动车的发展。

可见，无论试图在强离网条件(能量密度-续航里程优先)还是强并网条件(充能时间优先)下重整旗鼓， 更先进的动力电池都是电动车“逆袭”燃油车的关键。

二、期待!高性能纯电动汽车

1、电池!从铅酸到锂离子

动力电池的典型组成部分包括正极、负极等活性物质，电解质(液态/固态)、或有隔膜等辅助组元;使用 于常温或略偏离常温的温度环境下;理论上和电池外界没有物质交换，相应化学能的释放途径是电极的氧化还 原反应;多要求具备电化学可充能力(二次电池，和一次电池相区分)。

在锂离子电池商业化之前，铅酸电池和镍系(如镍镉、镍氢)电池是二次电池的主要选择。但 20 世纪末-21世纪初，以钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和多元金属酸锂为正极，以石墨为负极，配合电解质(电解液)和隔膜 制成的锂离子电池(因使用电解液也称为液态锂离子电池)体现出了大幅超过原有二次电池的性能。这一方面 使得锂离子电池淘汰镍氢电池成为 3C 电池的标配，另一方面也意味着锂离子电池可以作为动力电池汽车的核 心储能装置，提供从未实现过的 200km 以上的续航及更短的充能时间，满足乘用车、商用车的基本使用需求。

锂离子电池中，不同正负极活性物质的容量和对锂电压不同，辅助组元的克容量不同，多因素共同影响了 电池的能量密度(以 Wh/kg 计):

E=U/[1/Qc+1/Qa+minact]

在配套充电基础设施功率和普及性不易一蹴而就、整车里程焦虑长期存在的实际需求驱使下，高能量密度 电池为纯电动汽车提高续航里程、增强竞争力所必须，三元镍钴锰/镍钴铝材料正极结合石墨/部分硅碳负极，辅 之以配套电解液、隔膜的锂离子电池成为主流选择。

2、复苏!纯电动乘用车领衔

动力电池技术进步叠加政策推动，新能源汽车从销量到品质在国内外都取得了长足进展。

新能源汽车补贴和双积分政策是推动产业发展的重要因素。工况续航、电池系统能量密度和整车整备质量- 百公里电耗共同决定纯电动乘用车补贴。在退坡过程中，电池系统能量密度、整车百公里电耗等关键参数的门 槛要求逐渐提升。

“双积分”政策是补贴退坡后配额形式的长效扶持政策。积分设置方面，纯电动乘用车积分和续航里程正 相关，插电混动乘用车积分固定，燃料电池乘用车积分和系统额定功率正相关。

截至 2018 年底，我国新能源汽车销量已突破 120 万辆大关，保有量达260余万辆。纯电动乘用车是其主要 组成部分。

纯电动乘用车内部，车型结构有相当程度的调整。2018 年 6 月补贴过渡期后，A00 级车型的月度市场份额 从 2017 年及 2018年补贴过渡期内的 2/3 以上下降至约 1/3 至50%，全年份额降至 50%以内，A0、A 级车占比 回升;除补贴政策变化外，产品结构也受电池产能、具体车型的供需情况影响。

技术水平方面，整车续航里程增加，电池系统能量密度增加，百公里电耗降低。从工信部新能源汽车推荐 目录的车型来看，2018年共有 124 款车型的工况续航里程超过 400km，远远多于 2017年的 17 款，后续工况续 航里程超过 500km 的车型也开始涌现;已有 53 款车型的电池系统能量密度超过 160Wh/kg，这一标准在 2017 年还没有车型能够达到，2019 年电池系统能量密度最高已达 182Wh/kg。

工况续航里程超过 500km 的车型中，比亚迪秦 pro(2019 款，或定名EV600)、广汽 Aion S 均属于 A 级车，补贴后售价控制在20万元以内。

新能源汽车在国外也不同程度受到扶持。以美国为例，2008 年美国通过了《能源独立与安全法》(Energy Improvement and Extension Act)，其中的 30D 条款专门针对新能源汽车(New qualified plug-in electric drive motor vehicles)出台专项税收抵扣。该条款经2009年的《美国复兴和再投资法》(The American Recovery and Reinvestment Act)和 2013 年的《美国纳税人救助法案》(American Taxpayer Relief Act ，ATRA)修订后执行至 今。法案规定，美国纳税人自 2009 年 12 月31日以后新购置的符合条件的插电式混合动力汽车及纯电动汽车， 可享受相对应的税收返还。返还金额具体计算方法:以车辆动力电池容量 5kWh 为起点，对应2500美元，大于 5kWh 的部分以 417 美元/kWh 计算累进补贴，上限 7500 美元。同时，该法案规定，对某一制造厂商而言，按季 度统计，当在美国国内累计销量达到 20 万台时，即触发补助退坡机制:从达标后的第二季度开始计算，在接下 来的第一、二季度补贴减半，第三、四季度再减半，自此之后不再享受补贴。

产品方面，特斯拉 Model 3 的综合性能和驾驶体验征服了诸多用户，接近 600km 的工况续航，约 12.5kWh 的百公里电耗等基本代表了目前纯电动乘用车的最高技术水平。Model 3 获评美国知名评测机构消费者报告(Consumer Reports)“最令人满意”汽车;荣登 2018 年下半年美国加州汽车销量榜首位，也证实了高性能纯电 动乘用车的大规模量产交付能力。特斯拉已触及补贴调整条件，2019 年初开始进入补贴减半期。

综合国内外有关进展可以认为，纯电动乘用车从技术、销量规模和车型结构完备程度等方面已经初步具备 了向燃油乘用车发起挑战的能力。

3、瓶颈!安全性和能量密度取舍

但是，在动力电池使用性能不断取得进展、整车工况续航持续走高、百公里电耗有效控制、综合性能逐步 提升的过程中，纯电动乘用车的安全性问题始终存在。即使明星纯电动乘用车企业特斯拉，其产品也有诸多安 全事故发生。

安全事故的发生和驾驶员的行为有关，也和整车的本征安全性有关。动力电池本身是纯电动汽车安全性的核心影响因素。

如前所述，动力电池包括了活性物质和辅助组元两类组成部分。活性物质需直接发挥储能作用，存在一定 安全性风险不可避免，且没有大幅降低的可能性;辅助组元理论上应只起辅助作用，但电解液、隔膜等液相、 固相复合材料事实上本征储存了较多化学能而且高度不稳定，对安全事故的引发、扩大和最终失控有关键性负 面作用。

业界认为，动力电池的内短路往往意味着热失控，使得电池发生安全事故。

对电池的机械滥用、热滥用、电滥用都可能导致隔膜失效，电池内部(正极、正极集流体)和(负极、负 极集流体)之间短路，大量放热并引燃电极、电解液和隔膜，造成不可挽回的电池热失控。这个过程中，隔膜 的物理强度、热和化学稳定性等的不足是事故发生的主要原因。

在没有内短路发生的情况下，电池也可能发生事故。对使用 NMC532 正极、PET/陶瓷无纺布隔膜的动力电 池进行的有关研究表明，电池热失控温度(231 度)低于隔膜失效温度(257 度);事故机理为，电池负极和电 解液中溶剂的持续反应、电解液中六氟磷酸锂的分解引发电池早期的温升和性能退化;正极和电解液在较高温 度条件下反应释氧，氧和正极对应的金属离子扩散至负极后大量反应产热造成热失控事故发生。也就是说，轻 度的热滥用即可能使得负极-电解液-正极体系的稳定性遭到破坏;电解液化学稳定性的不足是安全事故发生的 重要驱动力。

在动力电池取得显著技术进展，相应车型续航最终大幅提升的同时，电极材料的化学活性同步增强，稳定 性逐步劣化，为满足安全性要求各类基本材料的改性复杂度不断增加;辅助组元的质量/体积占比则有所下降。 我们认为，在传统电池材料体系下，兼顾能量密度的提高和安全性的维持这两个目标愈发困难;相应车型的工 况续航也难以进一步大幅提升。

我们也认为，同等条件下采用液态锂离子动力电池的纯电动乘用车安全性较难达到现有燃油乘用车水平; 同时大幅优化动力电池的能量密度和安全性，最终使得整车产品具备更强的竞争力的方式是革新现有动力电池 材料体系。

三、固态!锂电池+钢筋铁骨

1、希望!以固态之名

与液态锂离子电池不同，固态锂离子电池将隔膜和电解液更换为固体电解质。其最大的潜在优势恰为高安 全性和高能量密度。

安全性方面，固态锂离子电池不存在电解质-电极材料反应产气问题;过充使得锂金属在负极沉积并引发刺 穿短路的可能性低;固体电解质耐高温性能远优于当前电解液-隔膜，这些特性令固态锂离子电池的安全性远高 于液态锂离子电池。

能量密度方面，常规正负极体系下的固态锂离子电池能量密度和液态锂离子电池相近。但固态锂离子电池 对高容量高电压电极(锂金属/合金负极、硫正极等)体系的兼容性潜力可能更大，这使得固态锂离子电池有望 成为高能量密度电池(350Wh/kg 或以上)的实际技术载体。

另外，固态锂离子电池不含电解液，电池后处理工艺可大幅简化。基于上述优势，固态锂离子电池的基础 研究不断推进，最终产业化应用尤其是车用的目标也逐渐明晰。

2、道路!固体电解质

常规液态锂离子电池中，电解液-隔膜体系起到的基本作用是工作温域内的锂离子导通、电子绝缘、电极浸 润/化成及避免电极直接接触，体现在储能技术体系中的主要效果是保持充放电过程中的高能量效率，且不构成 功率短板。固体电解质虽然有潜力提升电池的安全性和能量密度，但首先需要发挥常规电解质的基本作用，即 工作温域内具备较高的离子电导率。

以室温-稍高温度范围内的较高锂离子电导率为基本标准进行选择，固体电解质材料体系初步形成了有机聚 合物、氧化物和硫化物三类。固体电解质室温条件下的锂离子电导率至少应在常规电解液锂离子电导率的1/100以上。

在常规锂离子电导合适的情况下，固体电解质还需要解决电解质-电极界面之间的较高阻抗问题。相应手段包括缓冲层包覆、第二相掺杂改性、元素取代等。

最终，锂离子电导率、电子绝缘性能、正负极材料兼容性、密度、厚度、强度、界面阻抗、原料易得性(原 材料成本)、制造工艺性(制造成本)、环境影响(后处理成本)等技术参数可以对前述固体电解质材料体系进 行较完整的综合评定。

固体电解质:有机聚合物体系

常规液态锂离子电池使用的电解液和隔膜以有机成分为主，故同样隶属有机物的有机聚合物是固体电解质 基体的自然选择。有机聚合物固体电解质体系包括聚氧化乙烯(PEO)及与其结构有一定相似性的聚合物(聚 氧化丙烯、聚偏氯乙烯、聚偏氟乙烯)等。

聚氧化乙烯由于其和锂负极的良好兼容性成为有机聚合物固体电解质的主流选择。鉴于聚氧化乙烯本征不 含锂，需要首先掺杂前述锂盐;其导锂机理为醚氧键/电负性较高的其他原子对锂离子的诱导，及后续非晶态区 域富锂链段运动实现锂离子的近邻转移，最终效果体现为锂离子从聚合物层一侧进入，另一侧脱出，实现锂离 子的充放电输运。聚氧化乙烯掺杂锂盐后的结晶度越高其强度越高但锂离子电导越低，所以无机粒子掺杂，聚 合物嫁接、共聚、交联改性等降低适度结晶度的手段也为研究者大量采用。至今，聚氧化乙烯固体电解质在稍 高温度条件下的锂离子电导已可为实用所接受，且其密度较低、界面阻抗较低，易于薄层化及进行机械加工。

但是，掺杂锂盐后的聚氧化乙烯固体电解质耐高电压能力差，常规电压的三元材料即可使其被氧化，使得 正极材料选择受限，很大程度上限制了最终电池的能量密度。另外，聚氧化乙烯强度相对较低，其抗穿刺短路 能力相比于其他固体电解质体系较弱。

固体电解质:氧化物体系

氧化物体系的固体电解质主要包含钙钛矿结构的锂镧钛氧化物(LLTO)，石榴石结构的锂镧锆氧化物(LLZO)，快离子导体(LISICON、NASICON)等，导锂机制多为材料在微观层面形成了结构稳定的锂离子输 运通道。氧化物固体电解质最大的优势即源于无机氧化物本征属性:机械强度大，理化稳定性较高，耐压能力 强，制造复杂度不高。同时，经过部分元素掺杂后，稍高温度条件下(如 80oC)氧化物固体电解质的锂离子电 导也可为实践所接受。

氧化物固体电解质的不足也源于其无机氧化物本征属性:对电极-电解质界面而言，界面接触能力差、循环过程中界面稳定性也差，导致循环过程中界面阻抗提升较快，正负极有效容量发挥不足，电池寿命衰减较快; 薄层化也较困难。所以，氧化物固体电解质多需要添加部分聚合物成分并配合微量离子液体/高性能锂盐-电解液， 或采用辅助原位聚合等方式制造准固态电池，以保留部分安全性优势并改善电解质-电极的界面接触。

固体电解质:硫化物体系

硫化物体系的固体电解质可认为是由硫化锂及锗、磷、硅、钛、铝、锡等元素的硫化物组成的多元复合材 料，材料物相同时涵盖晶态和非晶态。硫的离子半径大，使得锂离子传输通道更大;电负性也适宜，所以硫化 物固体电解质在所有固体电解质中锂离子电导最好，其中Li-Ge-P-S体系在室温下的锂离子电导可以和电解液直 接相比。另外，硫化物固体电解质的机械强度较大，其对高容量硫正极的兼容性最好。

硫化物固体电解质的主要缺点包括:硫的电负性不及氧，使得搭配高电压正极时电解质层部分贫锂，增大 了界面电阻;搭配金属锂负极时生成的 SEI 膜阻抗也较大;硫化物为无机非金属颗粒，循环过程中也存在相对 严重的电解质-电极界面劣化问题。另外，材料体系对水、氧等非常敏感，一旦发生事故同样易燃;薄层化也困 难。这些使得其制造工艺要求非常高。

综上所述，不同固体电解质材料体系性能优缺点各有不同，尚未出现综合性能优异的固体电解质;跨基本 类型的材料复合与成分、结构的精确控制也许是取得突破的关键。

3、荆棘!科学、工程和商业化现实

从固体电解质的研发现状出发可以发现，固态锂离子电池虽然具备若干关键的显性/潜在优势，但仍存在若 干较重要的待解决问题。

材料体系科学方面，诸多技术指标带来了复杂多样的需求，电极和电解质的本征性能及不同使用条件下的 界面相互作用都必须纳入考虑，这使得固态锂离子电池的研究成为一项真正的尖端复合材料系统工程。固态锂 离子电池材料体系的储能、循环传质和最终失效机理需要大量的科学底层解释;基本综合性能的获得和优势性 能的取舍对实验和模拟计算的要求均非常高;电解质、电极材料结构-功能的精确有序耦合即使仅在实验室层面 实现也富有挑战。

工程实践与商业化方面，消费者对固态锂离子电池性能的高要求和对降低成本的迫切需求使得产业发展的 边界约束非常强大。现有液态锂离子电池材料体系研究、电池材料制备、电池单体生产工艺和配套设备生产已 逐步趋于成熟，整车层面应用也经过了不同车型的大量实践验证;但固态锂离子电池材料体系的不确定性同时 带来了工艺路线的不确定性，和现有设备体系的兼容性也尚难断定，最终规模化后的度电成本也难于有效估计。故固态锂离子电池的工程实践与商业化同样充满变数。

四、必争!固态锂电战略

1、规划!长期制高点

虽然仍处于技术起步阶段，固态锂电的诱人前景仍然促使世界主要经济体对其进行长期规划，以促进技术 进步和产业发展。

美国对固态锂电的扶持计划为 Battery500，依托美国能源部，由西北国家实验室负责牵头，多家院校和企 业作为顾问或者支撑。其具体路径为减少电解液等辅助组元，增加活性物质的比例和容量并降低成本，最终实 现高性能固态锂电的经济实用化:单体能量密度 2023 年达到 275Wh/kg。

日本对固态锂电的扶持计划为 Rising-I、Rising-II、Solid-EV等，多个车企、院校和研究机构加入计划。日 本的开发目的为面向量产化的核心技术，面向标准制定，面向技术评估;开发的思路是从现有的电池材料起步， 优化电池结构削减辅助组元，同步进行固态化替代，在解决安全性问题的同时增加活性物质的比例和容量，最 终达成固态锂电阶段性目标:单体能量密度 2025 年超过 300Wh/kg，2030年达到 400Wh/kg。

我国对固态锂电的扶持政策分布于诸多顶层设计中。

《汽车产业中长期发展规划》要求实施动力电池升级工程。充分发挥动力电池创新中心和动力电池产业创 新联盟等平台作用，开展动力电池关键材料、单体电池、电池管理系统等技术联合攻关，加快实现动力电池革 命性突破。

《节能与新能源汽车技术路线图》对固态锂电的材料体系、界面问题等均有较详尽的描述。技术目标为单 体能量密度 2020年达到 300Wh/kg，2025 年达到400Wh/kg，单体容量和成组技术等同步研发，后续实现推广

2、开拓!千里行足下

作为创新型领域，固态锂电相关专利数量是重要的技术实力参考指标。

国际专利方面，日、美、德、韩等国申请较多;公司/组织方面，丰田申请最多，而且进行了多国专利布局。

国内专利方面，科研院所和企业都有涉及，科研院所专利数量占优。从丰田、现代等国际车企，比亚迪等 自主企业的专利申请量可以看出车企对固态锂电的重视。

全球范围内，进行固态锂电研发的企业主要分布于北美、欧洲和东亚;技术路线也涵盖了聚合物、氧化物、 硫化物和复合材料体系等多种。

丰田希望通过硫化物/复合材料体系电解质及相应电池的研发，实现固态锂电的“上车”，其产业化规划时间节 点为 2020 年。

率先实现固态锂电车用的公司是法国博洛雷集团(Bollore)。但其材料体系(磷酸铁锂+聚氧化乙烯)限制 了电池系统能量密度，使得整车续航不足 200km。

固态锂电技术的高度创新性决定了拥有较强学术背景，且具备自主创新能力的初创公司也可能以小博大有 所作为。如核心团队源出 MIT的 SolidEnergy 希望最终实现钴酸锂-聚合物&离子液体-锂金属固态锂离子电池的 商用化;核心团队源出清华大学材料学院的清陶发展研发氧化物基固态锂离子电池及相应设备;核心团队源出 中科院物理所的卫蓝新能源研发原位固化聚合物基固态锂离子电池等。

五、上车!风雨兼程

1、逐步!向着高能量密度未来

当前实用化的固态锂离子电池已经体现了更高的安全性，但是电池容量普遍偏小，能量密度相比于主流液 态锂离子电池尚未体现出优势，而且较高倍率充放电、循环寿命等性能不及液态锂离子电池，成本也较高。所 以其应用在规模化车用之前，有望先从特种需求入手，如对倍率性能和循环寿命要求不高，但对安全性要求较 高且具备一定能量密度需求的飞机、军用等领域。波音 787 机型即采用了日本汤浅(YUASA)的钴酸锂-石墨 液态锂电池(单体能量密度 102Wh/kg，系统能量密度 79.2Wh/kg)以满足较高的电耗所需，但该机型某飞机自 2012 年底投运至 2013 年初出现辅助动力舱电池模块起火事故止仅飞行22次，169 小时;事故电池部分膨胀， 集流体烧蚀，排气阀破裂，说明液态锂电难于同时满足当代客机的能量和安全需求，而固态锂电或为合适选择。

我们中性估计，2020-2021 年左右，固态锂电即可在部分特种应用方面取得一定市场规模。在前期拓展应用领域同时，固态锂电技术将保持安全性优势，向高能量密度进发;同步的整车实验也将逐 步展开。

高能量密度固态锂电的实用化或循如下途径:从现有正负极、固体电解质材料体系出发，寻找/优化和锂金 属/高比容量锂合金及高比容量正极匹配的固体电解质材料体系;固体电解质用量优化;致密化;正极比容量提 升;减少其他辅助组元用量;优化正负极容量比例。

鉴于正负极容量比 1:1 的锂金属负极固态锂电完全充放时电池不同部分的体积改变、界面位置/形貌变化和 负极形貌变化极大程度地影响电池寿命，而负极合金化对此的改善潜力明显，我们估计，实用化的高安全性、

高能量密度固态锂电最终的材料体系为高压高镍三元正极或硫系正极、超薄层多元复合固体电解质、锂合金负 极;单体能量密度接近 400Wh/kg。

2、远眺!纯电动终极答案或如何

如果高性能固态锂离子电池顺利研发成功，且现有体系下的液态锂离子电池也获得充分优化，我们不妨对 二者进行综合比较，试看固态锂离子电池能为纯电动乘用车带来何种程度上的性能提升。对相应时点的估计， 我们预期为 2025 年左右。(活性物质方面，固态锂电假设为高压高镍三元正极、锂合金负极;液态锂电假设为 较高压高镍三元正极、硅碳负极)

在电池性能的比较上，电池单体能量密度方面，固态锂电高于液态锂电;电池系统成组效率方面，固态锂 电受益于高安全性也更高;循环寿命和快充能力方面，固态锂电较液态锂电仍存差距。另外，固态锂电的电导 仍然较小并部分影响整车电耗。安全性方面固态锂电更高。

电池成本的比较上，我们中性估计高能量密度固态锂电的综合成本将和液态锂电相近。

另外，鉴于固态锂电在大倍率充放/应对实际功率波动方面仍然存在性能短板，我们构想整车动力构型方案 为增程式;由固态锂电作为主要储能装置，并为其搭配高性能快充电池(拟采用快充型磷酸铁锂电池)进行功 率波动平抑，以发挥固态锂电优势并延长电池包寿命。

我们选取 B 级纯电动 SUV 比亚迪唐EV作为参考车型。假设到 2025 年，其百公里电耗有较明显下降，并 分别搭载液态锂电(能量型)和增程式构型固态锂电+液态锂电(功率型)，统一限定电池包质量。假设届时 120kW 功率的快充桩已较为普及，60kW 功率的快充桩已普及。

三者基本性能均可满足乘用车一般性应用。在关键的工况续航方面，采用增程式构型的固态锂电+功率型液 态锂电组合的车型领先对应能量型液态锂电车型 150km，高达 900km 的工况续航可以认为真正告别了里程焦虑; 快充时间方面，能量型液态锂电车型相对更短;安全性方面，固态锂电+功率型液态锂电的组合也相对更高。综 合考虑各种因素后我们认为，如果材料-工艺-设备体系研发与量产进展顺利，增程式平台设计合理优化充分， 采用增程式构型的固态锂电+功率型液态锂电组合可能是以长续航和高安全性为卖点，有较长时间离网需求的 纯电动车型的主要技术方案;而使用液态锂离子电池技术的车型更可能依托发达的电力系统，在不同的续航里 程-快充时间之间寻求平衡。固态锂电或可引领纯电动汽车的下一次技术革新。