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产业观察 | 固态电池产业及技术近况分析
文章起源：新宝GG工厂 | 颁布功夫：2024-10-31
*本栏目为【新宝GG工厂】原创内容，如需转载请表明出处。
固态电池是一种使用固体电极和固体电解质的电池。与现今普遍使用的锂离子电池和锂离子聚合物电池分歧，固态电池选取锂、钠造成的玻璃化合物为传导物质，取代以往锂电池的电解液大幅提升锂电池的能量密度、安全性及使用寿命。 固态锂电池重要由正极、负极以及固态电解质组成，最性质区别是将液态电池的电解液与隔阂代替成固态电解质，实现不用或者罕用隔阂及电解液。正极通常选取锂、镍金属或类似资料。当锂离子从固态电解质中移动到正极时，正极资料会产生氧化反映，开释出电子。负极通常选取石墨烯、硅资料、锂合金或类似资料，锂离子从固态电解质移动到负极时，负极资料会产生还原反映，接管电子。固态电解质是由可导电的固体资料组成，重要能够分为以下几类：聚合物、氧化物、硫化物、氯化物及卤化物固态电解质，拥有高离子电导率、高机械强度和长循环寿命蹬着势。 凭据电解质状态分类，电池可细分为液态(25wt%) 、凝胶态（10-25wt%）半固态(5-10wt%)、准固态(0-5wt%)和全固态(0wt%)四大类，其中半固态、准固态和全固态三种统称为固态电池。车企选取固态电池考量要求，短期驱动成分重要为安全性，持久驱动成分重要是能量密度，其中以半固体及全固态电池为目前技术研发及产业化利用沉点关注方向。 半固态电池：通过削减液态电解质的用量，增长氧化物和聚合物的复合电解质，其中氧化物重要以隔阂涂覆和正负极包覆大局增长，聚合物以框架网络大局填充，此表负极从石墨系统升级到预锂化的硅基负极、锂金属负极，正极从高镍升级到了高镍+高电压、富锂锰基等正极,隔阂仍保留并涂覆固态电解质涂层，能量密度可达350 Wh/ kg 以上。半固态电池固然削减了液态电解质的用量，但仍存在易燃的风险。 全固态电池：通过取缔原有液态电解质，选用氧化物、硫化物、聚合物等作为固态电解质，以薄膜的大局宰割正负极，从而代替隔阂的作用，其中氧化物目前进展较快，硫化物将来潜力最大，聚合物机能上限较低，负极从石墨系统升级到预锂化的硅基负极、锂金属负极，正极从高镍升级到了超高镍、镍锰酸锂、富锂锰基等正极，能量密度可达500 Wh/ kg。 凭据固态电解质材质及个性，固态电池技术路线重要能够分为以下几大类别： 硫化物固态电池：硫化物固态电池使用的是无机硫化物资料作为电解质，这类资料通常拥有较高的锂离子电导率，靠近或超过传统液态电解质的水平。硫化物固态电解质因其高的离子电导率而备受关注，然而，硫化物电解质对水汽敏感，容易与水反映天生有毒的硫化氢气体，且与空气中的氧气、水蒸气产生不成逆的化学反映，导致离子电导率降低和结构粉碎。因而，硫化物固态电解质的开起事度较大，对出产环境要求严苛。 氧化物固态电池：氧化物固态电池使用的是氧化物资料作为电解质，这类资料的离子导电率通常较低，但拥有优良的机械机能和化学不变性。氧化物电解质的致密描摹使其拥有更高的机械强度，在空气中不变性好，耐受高电压。但是，由于其机械 强度高，氧化物电解质的形变能力和柔软机能差，电解质片易脆裂，固固界面接触损耗大，限度了其利用。 聚合物固态电池：聚合物固态电池由聚合物基体和锂盐组成，室温下离子电导率较低，但在加热至60℃以上时，离子电导率得到显著提升。聚合物电解质拥有质量轻、弹性好、机械加工机能优越的特点，且其工艺与现有锂电池靠近，易于大规模量产。然而，聚合物电解质室温下离子导电率低，且存在锂枝晶穿透造成短路的风险，热不变性有限。 结合型固态电池：除了上述三种重要类型的固态电池表，还有结合型固态电池，如复合固态电解质，它是由硫化物/氧化物和聚合物电解质复合得到的电解质。这种复合电解质综合了无机和有机固态电解质的利益，兼具高锂离子导电率和电化学不变性。 这些固态电解质各有优势和劣势，聚合物电解质柔韧性好、质量轻，但室温电导率较差；氧化物电解质电化学窗口宽、不变性好，但易脆裂；硫化物电解质室温电导率高，但空气不变性较差；此表，还有卤化物、氯化物固态电解质，目前尚处于尝试室研发阶段，在大规模贸易化方面不具备可行性。凭据分歧的利用需要和机能要求，选择相宜的固态电解质资料是全固态电池研发的关键。 从电池技术刷新层面来看，锂离子电池技术从前几十年中迅快发展，传统液态电池系统成熟，但难以出现大幅机能突破，仍存在能量密度、充电快率、成本、循环寿命等问题有待解决，这为新的技术蹊径提供了发展机遇。固态电池由于拥有较高理论能量密度和高安全性，是最有技术颠覆潜力、最具产业发展远景的下一代电池技术。随着研发持续投入，新技术新资料的加快升级，预计固态电池在将来几年内会有更多贸易化利用落地；厥坠烫绯氐姆⒄构，重要能够分为以下几个阶段： 科研人员起头索求固态电解质的概想，重要使用金属锂作为负极资料，玻璃陶瓷作为电解质。但由于这些资料存在较高的电阻和较低的离子电导率，使得电池机能不太梦想，且金属锂的活跃性导致电池存在安全隐患，因而这一阶段的固态电池未能得到宽泛利用。 20世纪90年代，橡树岭国度尝试室开发出一类新型固态电解质，用于造作薄膜锂离子电池，为固态电池的后续发展奠定了肯定基础。然而，整体而言，固态电池的发展快率较为缓慢，仍面对着诸多技术难题，如电解质的离子电导率提升、电极与电解质界面的不变性等问题有待解决。 随着电动汽车和便携式电子设备市场迅快发展，人们对电池的能量密度和安全性提出了更高要求，固态电池沉新引起宽泛关注。钻研者们起头索求选取聚合物电解质代替玻璃陶瓷电解质，并逐步发展出以聚合物电解质为主题的固态电池。例如，法国博洛雷集团在聚合物固态电池领域起步较早，2011年就利用自主开发的电动汽车和电动巴士在法国巴黎及其郊表提供汽车共享服务，其固态电池能量密度为100wh/kg。 近年来，资料科学和纳米技术不休发展，固态电池技术获得沉大突破 ？蒲腥嗽背晒ρ蟹⒊鲇涤懈呃胱拥绲悸省⒏呋登慷群统ぱ肥倜墓烫缃庵首柿，2016年至2019年期间，固态电池专利增长率为45%，有关钻研成就及文章专利的数量实现了爆炸性增长，技术逐步从尝试室走向产业利用。 固态电池的发展是一个渐进的过程，涉及资料科学、电化学、机械工程等多个领域的技术突破和创新。随着全球对清洁能源和电动汽车需要的增长，固态电池依附其高能量密度、安全性和长命命蹬着势，成为电池技术发展的沉要方向。预计将来几年将实现技术突破和市场规模的显著增长。随着产业化过程的加快，固态电池有望在新能源汽车、储能、消费电子、低空飞行等领域得到宽泛利用。 固态电池技术因其高安全性、高能量密度和优良的温度适应性而被视为最拥有发展潜力下一代电池技术，但其贸易化过程面对诸多挑战，其中出产成本过高、产业链的不美满和量产技术的不成熟也是造约其发展的沉要成分。其中批量投产仍须解决以下三大技术难题：低离子电导率、锂枝晶成长和固-固界面不变性差等问题。 1、低离子电导率：高离子电导率的实现前提是发展高机能固态电解质、提高全固态电池充放电快率的关键，目前重要通过掺杂、开发纳米尺度结构以及界面工程等伎俩来改善离子电导率，但目前业界对于离子运输机造的理解水平还不够，这对于充放电快率提升是一个挑战。 2、锂枝晶成长：固态电解质固然拥有高机械强度，但依然难以齐全抑造锂枝晶的成长和实现锂金属的均匀沉积，锂金属可能在负极表表形成枝晶，甚至在固态电解质内部成核，导致电池短路，从而引发安全风险，这对固态电池的安满是一个较大的挑战。 3、固-固界面不变性：由于短缺电解液的浸润，固与固的界面阻抗大，影响电池功率，同时界面接触差在循环过程中界面将不休被粉碎，直接影响固态电池的循环寿命等机能。只管目前在工艺和资料维杜仔一些改进措施，但界面问题仍是固态电池最大的挑战。
图：固态电池产业链图谱
目前，固态电池行业正处于贸易化早期阶段，尚未大规模量产。产业链上游的正极资料供给稳步提升，负极资猜中锂金属负极成为发展沉点。下游新能源汽车产量迅快增长，对固态电池的需要不休上升。固态电池技术的发展和利用预计将出现从半固态到全固态电池的过渡。
图：固态电池产业链环节沉点企业
固态电池市场正迎来急剧发展期，预计将来几年将实现技术突破和市场规模的显著增长。2023年，全球固态电池出货量约为1GWh，重要以半固态电池为主。预计到2024年，全球固态电池出货量将达到3.3GWh，而到2030年将增长至614.1GWh；2030年全球市场规模将超过2500亿元。中国市场空间在2023年达到约10亿元，预计2024年将达到17亿元，2030年将增至200亿元。随着产业化过程的加快，固态电池有望在新能源汽车、移动设备、储能系统等领域得到宽泛利用。 固态电池作为下一代电池技术的前沿方向，目前重要的技术蹊径蕴含硫化物、氧化物和聚合物三种。每种技术蹊径都有其怪异的优势和挑战。 日韩企业主攻硫化物技术路线。硫化物电解质拥有高电导率和较宽的电化学不变窗口，使其在全固态电池中拥有最大的潜力。因而日韩起步最早并选择了硫化物固态电解质路线; 日本丰田公司从20世纪90年代起头研发固态电池，2010年推出硫化物固态电池，2014年样品电池能量密度达到400wh/kg，2020年全固态电池装车并在测试路段试运行，打算2025年推出第一款建设全固态电池的混动车型; LG、三星 SDI 等电池企业均选择布局锂硫固态电池；车企端丰田、本田均提出在 2030 年前将硫化物固态电池装车出产的指标。 欧洲企业左袒聚合物电解质路线，美国多技术路线推动。聚合物电解质作为最早实现贸易化的技术路线，利益在于易加工，并且与现有液态电解液出产设备、工艺的兼容性较高，欧洲企业选择聚合物固态电解质路线居多；美国执行多技术路线推动，在氧化物、硫化物等技术路线均有布局，呈多元化发展态势。以作为美股固态电池上市第一股Quantum Scape已与公共集团的电池子公司Power Co达成合作和谈，以加快Quantum Scape固态电池氧化物技术的产业化。 我国重要以氧化物为主，积极布局固态、半固体多技术路线。氧化物系统因研发成本和难度相对较低，较多新玩家和国内企业选择这一路线，也有望在半固态和准固态电池中利用，最快实现规；铣。其中氧化物路线代表性企业：清陶能源、卫蓝新能源等草创企业，亦蕴含赣锋锂业、孚能科技、国轩高科等传统液态锂电企业。 从长远的角度来看，硫化物技术路线处于开发进度早期但潜力巨大。硫化物固态电解质固然研起事度高，但因其优异的机能和巨大的潜力吸引实力和本钱雄厚的电池玩家不休投入研发。将来头部玩家依附于十几年的技术堆集，一旦实现突破将在硫化物固态电池领域形成高技术壁垒。我国在硫化物技术方向上，重要以巴中时期、中科固能、屹锂科技、湖南恩捷为代表。巴中时期作为我国传统液态锂离子电池的头部企业，目前在进行基于硫化物电解质的全固态电池研发成立起10Ah级此外验证平台，并打算在2027年幼批量出产全固态电池。中科固能作为中国科学院物理所孵化科创企业，专一于硫化物全固态电解质资料的研发，已研造出多款适合于分歧利用场景的硫化物固态电解质资料。
图：国内固态电池产业散布图
（二）部门典型企业
蓝新能源是中国科学院物理钻研所固态电池产学研孵化企业，成立于2016年，位于北京房山窦店，主营固态锂离子电池，集研发、出产、市场、销售于一体，是国度级专精特新幼巨人企业、独角兽企业，拥有 CNAS 资质，拥有 40余年固态电池产业钻研经验，在多个固态锂电技术领域实现“初次”突破。公司由中国工程院院士陈立泉、中国科学院物理钻研所钻研员李泓、教授级高级工程师俞会根共同提议创办，汇聚了电池资料、电芯、系统等领域的高精尖人才，公司现有人员超 1100 人，研发人怨丶比 32%，其中博士 20 多人，硕士 200多人。
公司产品重要利用领域涵盖新能源汽车、储能、幼动力三大部门，其中典型电芯产品蕴含:360Wh/kg 高能量密度动力电芯具备超高能量密度，单次续航里程 1000+km，已于 2023 年底量产交付温反汽车，并在多家驰名整车厂获得定点:280Ah 超高安全储能电芯，已于2023 年下半年量产交付，为三峡、海博思创、国电投等多个储能项目供货;320Wh/kg 高能量密度幼动力电芯，目前已为国内表多家无人机、机械人、便携电源等客户供货。 清陶能源成立于 2016年，由中国科学院院士、清华大学教授南策文团队领衔创办，专一于固态锂电池及有关配套产业链的研发出产，并已在固态电池主题资料、主题工艺、定造设备方面实现了自主可控。公司专一于新能源资料的产业转化，率先实现了固态锂电池的产业化，并建成了规；烫︼绯亓坎，着力打造整合“固态锂电池-关键资料-主题设备-综合利用”全产业链。 清陶能源总部位于江苏昆山，目前在江苏盱眙建有主题资料出产基地，在江苏昆山和江西曲靖别离建成 0.6GWh、1GWh 电池出产基地，在广东西安和江苏盱眙别离建有电池有关设备出产基地，在贵州铜仁建有电池回收基地。同时，为了满足不休增长的市场需要，扩大出产规模，清陶能源已经布局并获批建设在江苏昆山的 10GWh 固态动力电池出产基地、浙江衡阳的 10GWh 固态电池出产基地和四川成都的 15GWh固态储能电池出产基地。 江西赣锋锂电科技股份有限公司是赣锋锂业的控股子公司，背靠赣锋锂业的品牌、技术、资源。赣锋在 2016 年便已着手固态电池布局，浙江锋锂新能源科技有限公司是固态电池及资料的主题研发、出产基地，产品蕴含固态锂离子电池、固态锂金属电池、固态锂电池模组、固态电解质资料等。公司在氧化物和硫化物固态电解质、半固态和锂金属负极固态电池均有储蓄，其中半固态电池已经进入了产业化的阶段。 赣锋锂电选择锂金属负极系统作为公司固态电池技术路线的发展方向，该技术路线能量密度高，发展潜力大，第二代固态电池能量密度达到 400Wh/kg。2022 年，赣锋-东风E70 固态电动车实现装车运营，2023年7月，由赣锋锂电沉庆项目出产的首批固态电池起头交付。2023年9月，公司颁布了半固态“新锋”电池，能够实现 10 万公里无衰减、3000+次循环寿命等机能提升。 中科固能新能源科技有限公司（简称“中科固能”）成立于2022年10月，由吴凡教授结合中国科学院物理所、溧阳市当局结合创办。中科固能由多位院士组成战术征询委员会，是中国科学院物理所硫系全固态电池技术产业化的唯一平台，代表世界顶尖全固态电池技术水平。初始建院团队由25位博士后、博士、硕士、工程师组成，预计投入超5000万元，占有齐全的资料、电芯先进中试出产线。中科固能着眼于服务全固态电池高低游产业链千亿规模市场，打造中央钻研院、工程院等业务板块，对内满足企业新产品研发必要，对表提供硫系固态电解质资料、电芯产品的测试服务。公司提供全固态电池综合解决规划，专一于硫化物固态电解质和硫化物固态电解质膜的研发和出产。 中科固能聚焦打造硫系电解质、电解质膜、电极膜到电芯的全固态电池生态链，已与多家企业签署战术合作和谈。2024年3月23日，中科固能与宝晟能源签署战术合作和谈，宝晟(信阳)能源科技有限公司是一家专一于干法电极技术和工艺研发的公司。2024年2月26日，中科固能与琥崧集团签署战术合作和谈，强强结合，共同携手，就硫化物固态电解质市场化利用通力协契。2024年1月6日，中车戚墅堰机车有限公司与溧阳中科固能新能源科技有限公司就轨路交通用固态电池项目签署合作和谈。今年岁首，中科固能实现近亿元天使轮融资，本轮融资由和暄资能力投，可珹本钱、红点中国、平陵集团等机构跟投。将重要用于产线建设、技术研发等。 中科深蓝汇泽新能源（商丘）有限责任公司成立于2022年4月，是一家聚焦高比能、高安全固态锂电池研发、造作与利用的高科技企业。公司主题技术传承于中国科学院通辽生物能源与过程钻研所固态能源技术团队，由国度新能源汽车专项固态电池项目首席科学家，国度天然科学基金“卓越青年”基金获得者，国务院特殊津贴专家崔光磊成立，其携带研发团队深耕固态电池领域二十余年，提出了“刚柔并济”的新型固态电解质资料和“原位固化”的工艺，解决了固-固界面、室温离子电导和电压窗口等挑战。这些国际初创的创新技术不仅提升了固态电池的机能，还推动了固态电池的贸易化过程。中科深蓝汇泽占有有关专利260余项，具备齐全的知识产权布局。目前已成功开发四代综合机能优异的固态锂电池，两全高能量密度、高功率与高安全机能，具备5C快充能力，在深海、深空、大规模储能、新能源汽车等方面得到了持久靠得住性验证，产品机能国际当先。 截至2022岁首，中科深蓝汇泽团队提供的百余批次固态锂电池电源系统，在深海领域全数实现零故障利用。这标志取我国成功突破了全海深电源技术瓶颈，添补了全海深高能量密度深海电源系统技术空缺。其研发的固态锂电池技术不仅满足了深海特种电池“高耐压”“高安全”“高能量密度”的“三高”刻薄要求，还突破了国表技术垄断，为国产深海设备提供了壮大的靠得住动力。据有关信息显示，中科深蓝汇泽于今年5月获得了武进高新投、淡明本钱和春华本钱的天使+轮投资，并于今年10月成功实现数亿元Pre-A轮融资。据悉该轮由全球驰名投资机构淡马锡领投，投资方蕴含中国石化本钱、国信创新股权、汇智本钱、煜华本钱等多家驰名机构，春华创投与丰元股份持续加持。本轮融资将为中科深蓝汇泽在全固态电池的贸易化过程提供强有力的支持，资金重要用于加强固态电池代次开发、出产与拓展新兴市场。 （文字：新宝GG工厂 产业推进中心 编纂：卢晔 审核：娄雪松）
