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前言

當(dāng)前階段，新能源汽車主要以磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池這兩種鋰離子電池為主要的動(dòng)力電池。對(duì)于電動(dòng)汽車來說，對(duì)電池壽命、充放電性能、容量、體積等方面有較高的要求。從目前來看，無論是磷酸鐵鋰電池還是三元鋰電池，綜合性能在各種技術(shù)的加持下，已經(jīng)發(fā)揮到了“極限”，在技術(shù)上越來越難有新的突破。并且液態(tài)鋰電池在充放電過程中會(huì)不可避免地發(fā)生副反應(yīng)，不僅影響電池壽命，同時(shí)有機(jī)易燃電解液引起的安全問題以及行業(yè)內(nèi)多起汽車自燃問題，引發(fā)民眾對(duì)鋰電池安全性的疑慮。此時(shí)，很多車企都把目光投向了固態(tài)電池。

一、固態(tài)電池的優(yōu)勢(shì)

固態(tài)電池采用固態(tài)電解質(zhì)取代電解液，具備安全性優(yōu)勢(shì)。固態(tài)電解質(zhì)主要包括聚合物、氧化物、硫化物三種類型。與電解液相比，固態(tài)電解質(zhì)同時(shí)具備不易燃、耐高溫、化學(xué)活性低的特性，此外還具備一定的力學(xué)強(qiáng)度，可以更好的抑制鋰枝晶生長，抵抗外界應(yīng)力沖擊，降低熱失控風(fēng)險(xiǎn)，從而大幅提高電池安全性能。

固態(tài)電解質(zhì)兼容更高比容量正負(fù)極材料，打開能量密度上升空間�！袄锍探箲]”是電動(dòng)車領(lǐng)域始終繞不開的話題，也不斷推動(dòng)著電池能量密度的不斷提高。正負(fù)極材料化學(xué)體系決定著電芯能量密度的上限。與電解液相比，固態(tài)電解質(zhì)具備更高的安全性與更寬的電壓窗口，有望解決高壓正極材料如富鋰錳基、尖晶石鎳錳酸鋰與現(xiàn)有電解液不兼容的問題。固態(tài)電解質(zhì)具備一定結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，可以補(bǔ)償負(fù)極材料尤其是硅基材料的體積變化應(yīng)力，也不容易導(dǎo)致鋰損耗，提升硅基材料循環(huán)性能，從而使硅基負(fù)極向更高硅含量拓展。此外，固態(tài)電解質(zhì)適配鋰金屬負(fù)極，有望最終實(shí)現(xiàn)鋰金屬電池的產(chǎn)業(yè)化。

二、固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)鏈解析

固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)鏈與液態(tài)電池結(jié)構(gòu)相似，但上游原材料會(huì)多一些金屬元素(主要由于固態(tài)電解質(zhì)和陽極材料的選擇，如會(huì)新增鑭、鍺、鋯或錫等)，而在制造設(shè)備端亦會(huì)出現(xiàn)一些新的設(shè)備。

1、原材料：鋯、鍺等材料尤為重要

（1）鋯源：國內(nèi)鋯英砂儲(chǔ)量少，需求大，對(duì)海外依賴高

固態(tài)電池氧化物電解質(zhì)含鋯，我國鋯礦進(jìn)口依賴度高，供給格局長期偏緊。未來影響鋯英砂市場的主要因素：

1）全球供應(yīng)縮減：20年以來，海外主要礦山受品位下行、安全局勢(shì)升級(jí)致部分停運(yùn)等影響，供應(yīng)量不斷縮減，且澳洲大部分鋯礦山將于26-27年進(jìn)入資源枯竭期，預(yù)計(jì)鋯英砂供應(yīng)將持續(xù)短缺。

2）市場需求或恢復(fù)緩慢：房地產(chǎn)市場恢復(fù)若不及預(yù)期，將極大影響硅酸鋯市場需求及上游鋯英砂原料市場。

3）匯率波動(dòng)：國內(nèi)經(jīng)濟(jì)基本面加快恢復(fù)向好，人民幣匯率整體呈雙向波動(dòng)態(tài)勢(shì)，彈性不斷增強(qiáng)。

（2）鍺源：國內(nèi)鍺礦儲(chǔ)量豐富，鍺價(jià)處于上行通道

硫化物電解質(zhì)中含鍺，中國是全球第二大鍺礦存儲(chǔ)國，也是全球第一大鍺生產(chǎn)國。

我國鍺礦資源較為豐富，已探明鍺礦產(chǎn)地約35處，保有儲(chǔ)量高達(dá)3526噸，占全球41％，僅次于美國（占全球45%），是全球第二大鍺礦存儲(chǔ)國。全球鍺生產(chǎn)主要特征：

1）生產(chǎn)集中度較高，中國、美國和俄羅斯三國產(chǎn)量超全球75%；

2）中國自2004年起取代美國，成為全球最大鍺生產(chǎn)國，近十年貢獻(xiàn)全球68.1％的鍺。

鍺原料需求旺盛，美國、英國等海外國家將鍺列入戰(zhàn)略資源，對(duì)鍺礦開采較為謹(jǐn)慎，疊加礦山品位下降，鍺原料供給偏緊。鍺產(chǎn)品主要應(yīng)用于光纖、紅外光學(xué)等領(lǐng)域。中國鍺產(chǎn)品主要內(nèi)銷及出口至美、日等鍺消費(fèi)大國，目前鍺下游需求表現(xiàn)較好，且國際市場方面，地緣沖突帶給軍工紅外及相關(guān)鍺產(chǎn)品的需求逐步釋放，海外用戶采購積極，鍺價(jià)整體處于上行通道。

2、正極：短期沿用三元體系，長期向高電壓材料迭代

正極材料短期沿用高鎳體系，長期向超高鎳、富鋰錳基、高壓尖晶石等材料迭代。固態(tài)電池電化學(xué)窗口更寬，因此可以使用的正極材料更為廣泛。

半固態(tài)/固態(tài)電池短期預(yù)計(jì)仍會(huì)沿用三元高鎳體系，或通過單晶化、氧化物包覆、金屬摻雜等手段進(jìn)一步提升電壓，從而提升電池能量密度。在固態(tài)電解質(zhì)、金屬鋰負(fù)極等技術(shù)逐漸成熟后，正極材料預(yù)計(jì)向超高鎳、富鋰錳基、高壓尖晶石等新型體系進(jìn)一步迭代。其中尖晶石鎳錳酸鋰兼具較高比能、低成本及高安全，但難點(diǎn)在于穩(wěn)定高壓正極的界面。富鋰錳基具備極高比容、高電壓及成本優(yōu)勢(shì)，預(yù)計(jì)主流應(yīng)用路線為正極材料復(fù)合。

3、負(fù)極：短中期向硅基負(fù)極發(fā)展，長期向鋰金屬負(fù)極迭代

電池能量密度提升，驅(qū)動(dòng)負(fù)極向高性能迭代，目前以石墨負(fù)極為主，中短期向硅基負(fù)極發(fā)展，長期有望切換至金屬鋰。

鋰電池負(fù)極材料目前以石墨為主，具有高電導(dǎo)率和高穩(wěn)定性等優(yōu)勢(shì)，但已接近理論比容量（372mAh/g）。硅基負(fù)極理論比容量高（4200mAh/g），但存在體積膨脹（380%）、導(dǎo)電性差和SEI膜不穩(wěn)定的問題，多與石墨摻雜應(yīng)用。從工藝端看，硅基負(fù)極會(huì)拉動(dòng)硅烷、PAA、單壁管、補(bǔ)鋰劑等材料的需求。鋰金屬負(fù)極理論比容量高（3860mAh/g），電位低（-3.04eV），導(dǎo)電性優(yōu)異，因此具有巨大潛力，可以使用于全固態(tài)電池中。但存在鋰枝晶、循環(huán)時(shí)體積變化等問題。液態(tài)電解質(zhì)中，由于硅和電解液發(fā)生副反應(yīng)，消耗硅/鋰/電解液，鋰枝晶容易刺穿隔膜引發(fā)短路的問題，新型負(fù)極應(yīng)用受到限制。而固態(tài)電解質(zhì)電化學(xué)窗口更寬，化學(xué)穩(wěn)定性更高，可抑制鋰枝晶生長，因此打開材料選擇空間，預(yù)計(jì)中短期向硅基負(fù)極發(fā)展，長期向鋰金屬負(fù)極迭代。

4、隔膜：短期保留并增加價(jià)值量，長期預(yù)計(jì)被取代

隔膜短期仍保留，通過涂覆固態(tài)電解質(zhì)，增加其價(jià)值量，長期預(yù)計(jì)被取代。半固態(tài)電池中，主流的原位固化工藝仍然需要隔膜來分隔正負(fù)極防止短路，并作為載體表面涂覆氧化物或者復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)，從而增加價(jià)值量。全固態(tài)電池中，全固態(tài)電解質(zhì)也具有隔膜的功能，隔膜是否需要被保留取決于各方案設(shè)計(jì)差異，長期來看，隔膜會(huì)逐漸退出電池市場。

5、制備/封裝：全固態(tài)電池向疊片+軟包的方向迭代

正極、電解質(zhì)和負(fù)極的復(fù)合過程，是固態(tài)電池制備的關(guān)鍵工序，其中溫等靜壓為重要復(fù)合方式。固態(tài)電池可將電極單元直接堆疊內(nèi)串，因此無需內(nèi)部極耳，從而提高制造效率，降低包裝成本。但一體化疊片存在固-固界面接觸問題，需通過施加壓力等手段來進(jìn)行改善。傳統(tǒng)輥壓等方法可能導(dǎo)致顆粒的重新堆積與變形，目前一種優(yōu)選的方法是采用溫等靜壓法，一般溫度在80-120℃，壓力在300MPa左右，利用氣/液體介質(zhì)均勻傳遞壓力的性質(zhì)，從各個(gè)方向?qū)υ嚇舆M(jìn)行均勻加壓，進(jìn)而獲得堅(jiān)實(shí)的坯體，預(yù)計(jì)在固態(tài)電池領(lǐng)域有較大發(fā)展。

全固態(tài)電池向疊片+軟包的方向迭代。與液態(tài)鋰離子電池相比，固態(tài)電池后段工序不需要注液化成，但需要加壓或者燒結(jié)；制造/封裝方式看，氧化物及硫化物電解質(zhì)柔韌性較弱，更適用于疊片工藝，其內(nèi)部變形、彎曲或斷裂的概率低，此外軟包封裝在能量密度上也具備優(yōu)勢(shì)，可容忍充放電過程中的體積變化，因此疊片+軟包的封裝方式最適合于固態(tài)電池。

6、應(yīng)用：率先切入高端消費(fèi)領(lǐng)域，預(yù)計(jì)24年開啟規(guī)模化裝車

（1）消費(fèi)領(lǐng)域

在消費(fèi)電池應(yīng)用領(lǐng)域上，固態(tài)電池有望率先發(fā)揮安全與柔性優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用于對(duì)成本敏感度較小的微電池領(lǐng)域，如植入式醫(yī)療設(shè)備、無線傳感器等，待技術(shù)進(jìn)步后，將逐漸向高端消費(fèi)電池滲透。

消費(fèi)電子一般指消費(fèi)電子產(chǎn)品，指供日常消費(fèi)者生活使用但非生活必需電子產(chǎn)品，通常具有小巧輕便、操作簡單和節(jié)能設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)。近年來由于我國居民消費(fèi)水平不斷提升，消費(fèi)電子產(chǎn)品市場需求持續(xù)增長，促進(jìn)了我國消費(fèi)電子行業(yè)快速發(fā)展。到目前我國已成為全球領(lǐng)先的消費(fèi)電子產(chǎn)品前沿市場，產(chǎn)銷規(guī)模均居世界第一，全球主要的電子生產(chǎn)和代工企業(yè)大多數(shù)在我國設(shè)立制造基地和研發(fā)中心。數(shù)據(jù)顯示，2017年我國消費(fèi)電子市場規(guī)模為16120億元，2021年增至18113億元，市場規(guī)模龐大。

（2）動(dòng)力領(lǐng)域

固態(tài)電池動(dòng)力領(lǐng)域仍受性能、成本制約，半固態(tài)預(yù)計(jì)24年開啟規(guī)�；�裝車，30年前后規(guī)�；瘧�(yīng)用于儲(chǔ)能領(lǐng)域。動(dòng)力方面，固態(tài)電池提升安全和續(xù)航，并有利于打造高電壓平臺(tái)、更高效的CTC技術(shù)和熱管理系統(tǒng)。預(yù)計(jì)短期由安全性驅(qū)動(dòng)，長期由能量密度驅(qū)動(dòng)，但目前技術(shù)尚不成熟，衛(wèi)藍(lán)、清陶、鋒鋰、國軒、孚能半固態(tài)電池均配套商業(yè)化車型，23年開啟小批量裝車發(fā)布，24年預(yù)計(jì)開啟規(guī)模化裝車。

（3）儲(chǔ)能領(lǐng)域

國內(nèi)固態(tài)電池也已經(jīng)開始進(jìn)入儲(chǔ)能領(lǐng)域。2023年2月，清陶能源在成都市郫都區(qū)簽約落地動(dòng)力固態(tài)電池儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)基地；2023年11月3日，江蘇數(shù)世能源推出高安全固態(tài)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，并搭載全球首款基于碳化硅技術(shù)的工商業(yè)模塊化儲(chǔ)能變流器。

三、固態(tài)電池市場規(guī)模預(yù)測

2030年全球固態(tài)電池市場空間或超3000億元。業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為全固態(tài)電池的規(guī)模化量產(chǎn)需要5-10年，在此之前，固液混合電池的漸進(jìn)式路線更符合技術(shù)發(fā)展規(guī)律，是過渡路線。固液混合電池可以在維持較高的能量密度同時(shí)實(shí)現(xiàn)快充需求；另一方面固液混合電池的安全屬性能夠帶來車型溢價(jià)，因此在一定溢價(jià)情況下有望被市場接受，可以在新能源汽車、消費(fèi)電子、航空航天等領(lǐng)域得到應(yīng)用。若2025年/2030年固態(tài)電池在動(dòng)力電池、消費(fèi)電池、其他電池中的滲透率分別達(dá)3%/10%、5%/20%、2%/3%，對(duì)應(yīng)全球市場空間有望達(dá)到439/3634億元。

四、固態(tài)電池行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)

1、行業(yè)現(xiàn)狀

（1）半固態(tài)兼具安全、能量密度與經(jīng)濟(jì)性，率先進(jìn)入量產(chǎn)階段

半固態(tài)電池通過減少液態(tài)電解質(zhì)含量、增加固態(tài)電解質(zhì)涂覆，兼具安全性、能量密度和經(jīng)濟(jì)性，率先進(jìn)入量產(chǎn)階段。全固態(tài)電池工藝并不成熟，仍處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段，而半固態(tài)電池已經(jīng)進(jìn)入量產(chǎn)階段。半固態(tài)電池保留少量電解液，可以緩解離子電導(dǎo)率問題，同時(shí)使用固化工藝，將液態(tài)電解質(zhì)轉(zhuǎn)化為聚合物固態(tài)電解質(zhì)，疊加氧化物固態(tài)電解質(zhì)涂覆正極/負(fù)極/隔膜，提升了電池的安全性/能量密度，同時(shí)兼容傳統(tǒng)鋰電池的工藝設(shè)備，達(dá)到更易量產(chǎn)較低成本的效果，預(yù)計(jì)半固態(tài)電池規(guī)模化量產(chǎn)后，成本比液態(tài)鋰電池高10-20%。

（2）國內(nèi)半固態(tài)電池率先產(chǎn)業(yè)化

國內(nèi)半固態(tài)電池率先產(chǎn)業(yè)化。與海外企業(yè)直接專注于全固態(tài)動(dòng)力電池不同，國內(nèi)企業(yè)以市場驅(qū)動(dòng)為主，主要布局目前可量產(chǎn)的半固態(tài)電池路線。早在2020年12月，蜂巢能源就推出了“果凍電池”，基于聚合物凝膠化技術(shù)，起到“不起火、不冒煙、自愈合”的效果。贛鋒鋰業(yè)第一代半固態(tài)電池能量密度為260Wh/kg，第二代固態(tài)電池采用鋰金屬負(fù)極， 能量密度達(dá)400Wh/kg，安全性達(dá)到車規(guī)要求。國軒高科360Wh/kg高比能半固態(tài)電池已通過新國標(biāo)安全測試并進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段。億緯鋰能22年12月發(fā)布50Ah軟包半固態(tài)電池，能量密度330Wh/Kg，循環(huán)壽命超過1000次，使用溫度可拓展到-20℃-80℃，已完成設(shè)計(jì)定型，處于裝車驗(yàn)證階段。2023年4月，寧德時(shí)代推出凝聚態(tài)電池，兼具高比能+高安全，能量密度更是高達(dá) 500Wh/kg，打破當(dāng)前體系能量密度天花板，滿足航空級(jí)的質(zhì)量與安全要求。

半固態(tài)電池裝車量產(chǎn)加速驗(yàn)證。目前半固態(tài)電池已經(jīng)在相關(guān)車型上得以量產(chǎn)驗(yàn)證。東風(fēng)旗下已有兩款搭載半固態(tài)電池車型，22年E70實(shí)現(xiàn)首批小規(guī)模交付，23年嵐圖追光正式量產(chǎn)，但其電池性能相較于目前液態(tài)電池而言并不具備優(yōu)勢(shì)。蔚來ET7可搭載衛(wèi)藍(lán)新能源研發(fā)的360Wh/kg電芯，續(xù)航可突破1000公里，于2023年6月底實(shí)現(xiàn)交付，進(jìn)入量產(chǎn)階段。賽力斯SERES5搭載贛鋒鋰業(yè)第一代固態(tài)電池，能量密度為260Wh/kg，2023年6月已經(jīng)實(shí)現(xiàn)首批交付。上汽、長安、廣汽、北汽等車企也都推出了半固態(tài)電池的裝車計(jì)劃。

（3）海外主打全固態(tài)路線，各國力爭實(shí)現(xiàn)商業(yè)化

全固態(tài)電池25年集中量產(chǎn)，28年大規(guī)模商業(yè)化放量。各國廠商研發(fā)生產(chǎn)模式差異化，主要通過自行研發(fā)、聯(lián)合研發(fā)及投資初創(chuàng)公司，以全固態(tài)路線為主，材料體系選擇多樣，技術(shù)迭代迅速，部分企業(yè)已交付A樣，將于25年集中量產(chǎn)。

美國：初創(chuàng)企業(yè)風(fēng)靡，商業(yè)化進(jìn)程較快。著重于推動(dòng)電動(dòng)車產(chǎn)業(yè)鏈本土化，擁有大量固態(tài)電池初創(chuàng)公司，創(chuàng)新為主打，風(fēng)格以快速融資上市為主要目的，技術(shù)路徑多為聚合物電解質(zhì)和氧化物電解質(zhì)，商業(yè)化進(jìn)程較快，代表廠商為Solid Power、SES、Quantum Scape等。

日本：組織產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合，全力搭建硫化物技術(shù)體系。日本廠商普遍較早布局固態(tài)電池，通常以企業(yè)與機(jī)構(gòu)聯(lián)合研發(fā)的形式推進(jìn)，主攻硫化物固態(tài)電解質(zhì)，代表廠商包括豐田、松下、日產(chǎn)等企業(yè)。

韓國：內(nèi)部研發(fā)與外部合作并行，主攻硫化物技術(shù)體系。研究模式以企業(yè)自行研究和外部合作并行為主，技術(shù)路線集中于硫化物體系，電芯開發(fā)速度遜于日本，但韓企延續(xù)正負(fù)極材料研發(fā)優(yōu)勢(shì)，有望較快搭建固態(tài)電池材料供應(yīng)鏈，領(lǐng)先廠商包括三星SDI、LG、SKI等企業(yè)。

（4）車企綁定電池廠共同研發(fā)

車企綁定電池廠，提前布局固態(tài)電池技術(shù)，海外車企處于領(lǐng)先地位。海外車企為卡位下一代電池技術(shù)，紛紛入局，其中日系車企布局較早，受政策驅(qū)動(dòng)，攜手電池企業(yè)共同研發(fā)，歐美車企則通過投資初創(chuàng)企業(yè)進(jìn)行布局。國內(nèi)車企同樣積極合作固態(tài)電池新秀，如蔚來合作衛(wèi)藍(lán)新能源，北汽、上汽、廣汽投資清陶能源等。車企入局為固態(tài)電池企業(yè)提供了資金、技術(shù)、客戶多重保障，有助于推進(jìn)固態(tài)電池商業(yè)化進(jìn)程。

2、發(fā)展趨勢(shì)

固態(tài)電池技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用預(yù)計(jì)將呈現(xiàn)梯次滲透趨勢(shì)。

階段一：引入固態(tài)電解質(zhì)，保留少量電解液，正負(fù)極仍為三元+石墨/硅負(fù)極，并采用負(fù)極預(yù)鋰化等技術(shù)提高能量密度。

階段二：用固態(tài)電解質(zhì)逐步至完全取代電解液，用金屬鋰取代石墨/硅負(fù)極，正極仍為三元材料。

階段三：逐漸減薄固態(tài)電解質(zhì)的厚度，并用硫化物/鎳錳酸鋰/富鋰錳基等材料取代正極。

五、小結(jié)

固態(tài)電池是公認(rèn)最具前景的新一代動(dòng)力電池，幾乎所有的動(dòng)力電池企業(yè)以及車廠都在加速布局，期待能在固態(tài)電池時(shí)代把握市場主動(dòng)權(quán)。隨著電動(dòng)汽車1000km續(xù)航逐漸成為車企賣點(diǎn)，兼顧高能量密度與安全性的固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程提速明顯，半固態(tài)電池已經(jīng)實(shí)現(xiàn)裝車，全固態(tài)原型電芯也已有企業(yè)研發(fā)成功。

作為核心技術(shù)的固態(tài)電解質(zhì)以及相匹配的正負(fù)極材料，是現(xiàn)在各大科研院所、企業(yè)研發(fā)部門技術(shù)攻關(guān)的重點(diǎn)。隨著材料技術(shù)的不斷突破，固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化逐步從半固態(tài)向全固態(tài)過渡，在這個(gè)過程中，氧化物、硫化物、聚合物以及復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)技術(shù)路線的選擇，全新正負(fù)極材料的開發(fā)，將帶來電池材料體系的一場全面變革！

參考來源：

固態(tài)電池行業(yè)深度：現(xiàn)狀及趨勢(shì)、國內(nèi)外政策、產(chǎn)業(yè)鏈及相關(guān)公司深度梳理.慧博資訊

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【行業(yè)分析】固態(tài)電池行業(yè)研究：鋰電革新升級(jí)，半固態(tài)產(chǎn)業(yè)化前景可期.技術(shù)創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/蘇簡）

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