（原標(biāo)題：固態(tài)電池：液態(tài)鋰電瓶頸助推量產(chǎn)上車！低空飛行器打開(kāi)想象空間丨黃金眼）

　　半固態(tài)電池已量產(chǎn)裝車，全固態(tài)有望在2027年實(shí)現(xiàn)，傳統(tǒng)液態(tài)鋰電技術(shù)迭代已達(dá)瓶頸的當(dāng)下，具備技術(shù)顛覆潛力的固態(tài)電池開(kāi)啟了征程。

　　為何要發(fā)展固態(tài)電池？

　　全球電動(dòng)化快速發(fā)展，鋰離子電池憑借高能量密度、長(zhǎng)循環(huán)壽命等優(yōu)勢(shì)成為消費(fèi)電子、新能源汽車、儲(chǔ)能等諸多下游行業(yè)主要供能載體，支撐全球電動(dòng)化進(jìn)程。

　　但隨著新能源汽車滲透率持續(xù)提升，由于電池?zé)崾Э貙?dǎo)致的新能源車安全事故成為新能源車行業(yè)面臨的一大挑戰(zhàn)；此外，隨著液態(tài)鋰電池技術(shù)愈發(fā)成熟，其能量密度提升愈發(fā)困難，限制新能源車?yán)m(xù)航提升，里程焦慮成為限制新能源車滲透率進(jìn)一步提升另一大瓶頸。

　　資料來(lái)源：雙碳情報(bào)公眾號(hào)

　　全固態(tài)電池使用固體電解質(zhì)替代易燃易爆的電解液，實(shí)現(xiàn)電池本征安全的同時(shí)，可以應(yīng)用更高比容量的正負(fù)極材料，打開(kāi)鋰電池能量密度天花板，成為全面提升鋰電池性能的必然選擇。

　　液體/固態(tài)電池結(jié)構(gòu)示意圖 資料來(lái)源：鋰電前沿

　　由于其以熱穩(wěn)定性強(qiáng)、不易燃的固態(tài)電解質(zhì)，替代易燃的液態(tài)電解液，大幅降低電池自燃、爆炸風(fēng)險(xiǎn)，高安全性是固態(tài)電池核心優(yōu)勢(shì)之一。此外，固態(tài)電解質(zhì)具有更高的機(jī)械強(qiáng)度，能更好地抵抗電池內(nèi)部的機(jī)械應(yīng)力，防止鋰枝晶穿透隔膜導(dǎo)致短路。同時(shí)，其化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)，不易與電極材料發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)一步增加電池穩(wěn)定性。

　　因此，機(jī)械濫用、電濫用、熱濫用三大鋰電池?zé)崾Э刂饕梢?，在固態(tài)電池的應(yīng)用下均得到良好的解決，固態(tài)電池安全性較液態(tài)電池大幅提升。

　　而在能量密度方面，由于以固態(tài)電解質(zhì)替代液態(tài)電解質(zhì)與隔膜，減少電池內(nèi)部非活性材料，增加有效儲(chǔ)能空間；加上固態(tài)電解質(zhì)不易燃，不揮發(fā)，也不易引起電池內(nèi)部短路，使電池可以承受更高電壓，使用更廣泛的電極材料，如金屬鋰負(fù)極、富鋰錳基等，同時(shí)提升正負(fù)極材料比容量及電壓平臺(tái)，進(jìn)而提升能量密度；以及由于沒(méi)有液態(tài)電解質(zhì)，固態(tài)電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以更緊湊，減少電池組件之間的空間，從而提高體積能量密度。

　　除開(kāi)高安全性及能量密度優(yōu)勢(shì)外，固態(tài)電池還具有更好的低溫性能。

　　液態(tài)電池在低溫下，由于電解液粘度增加，鋰離子電導(dǎo)率降低，電池內(nèi)阻上升，容量損失較大，甚至可能因電解液凝固導(dǎo)致電池?zé)o法正常工作。固態(tài)電池由于使用固態(tài)電解質(zhì)，避免了液態(tài)電解質(zhì)的這些問(wèn)題。專業(yè)研究顯示，聚合物固態(tài)電池在-20℃的表現(xiàn)遠(yuǎn)優(yōu)于液態(tài)電池，且在-50℃條件下仍能正常工作。

　　目前進(jìn)展如何？

　　全球固態(tài)電池勢(shì)力主要包括中國(guó)傳統(tǒng)電池廠、中國(guó)新勢(shì)力企業(yè)、韓國(guó)傳統(tǒng)電池廠、日本主機(jī)廠、美國(guó)新勢(shì)力企業(yè)等。

　　其中日本對(duì)固態(tài)電池布局時(shí)間早、布局力度大，日本政府推出《日本蓄電池產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略》，舉國(guó)家之力推動(dòng)固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化，試圖在固態(tài)電池領(lǐng)域彎道超車，目前豐田具有全球最多的固態(tài)電池專利；韓國(guó)主要由三星SDI、LG等龍頭電池企業(yè)布局固態(tài)電池；美國(guó)固態(tài)電池布局以SolidPower、QuantumScape等初創(chuàng)企業(yè)為主，其與歐洲龍頭主機(jī)廠大眾、寶馬等深度合作；中國(guó)則由傳統(tǒng)電池廠、固態(tài)電池新勢(shì)力廠商共同推進(jìn)。

　　海外企業(yè)多采用全固態(tài)電池路線，其中寶馬與SolidPower合作，預(yù)計(jì)2025年推出固態(tài)電池原型車，2030年量產(chǎn)固態(tài)電池車型；大眾與QS合作，預(yù)計(jì)2025年建立固態(tài)電池量產(chǎn)線；奔馳與輝能、FactorialEnergy等合作，計(jì)劃2028年批量生產(chǎn)固態(tài)電池；豐田計(jì)劃2025年推出全固態(tài)電池混動(dòng)汽車，2030年推出全固態(tài)電池純電汽車。

　　資料來(lái)源：鋰電前沿

　　中國(guó)布局固態(tài)電池的企業(yè)包括寧德時(shí)代為代表的電池廠、衛(wèi)藍(lán)為代表的新勢(shì)力、金龍羽為代表的其他行業(yè)轉(zhuǎn)型、贛鋒鋰業(yè)為代表的上游企業(yè)一體化布局。寧德時(shí)代2023年4月發(fā)布凝聚態(tài)電池，能量密度達(dá)500Wh/kg，可用于電動(dòng)載人飛機(jī)；孚能科技第一代半固態(tài)電池能量密度達(dá)330Wh/kg，已在東風(fēng)嵐圖量產(chǎn)裝車；衛(wèi)藍(lán)半固態(tài)電池能量密度達(dá)360Wh/kg，已批量交付蔚來(lái)150kWh車型。

　　根據(jù)中國(guó)汽車動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟，2024年前4月國(guó)內(nèi)半固態(tài)電池裝車量達(dá)1.1GWh，主要由上述三家企業(yè)貢獻(xiàn)。其他企業(yè)中，清陶能源半固態(tài)電池已在上汽智己上車，2025年有望裝車上汽飛凡、MG、榮威等；贛鋒鋰業(yè)2023年上車賽力斯SERES-5，12月與長(zhǎng)城汽車達(dá)成合作協(xié)議，并預(yù)計(jì)2026年上車廣汽；輝能科技與奔馳、Vinfast等合作進(jìn)行固態(tài)電池研發(fā)。

　　2024年5月29日，官媒報(bào)導(dǎo)中國(guó)或?qū)⑼度爰s60億元用于全固態(tài)電池研發(fā)，寧德時(shí)代、比亞迪、一汽、上汽、衛(wèi)藍(lán)新能源和吉利六家企業(yè)獲政府基礎(chǔ)研發(fā)支持。該項(xiàng)目分為七大子項(xiàng)目，聚焦聚合物和硫化物等不同技術(shù)路線。

　　整體來(lái)看，國(guó)內(nèi)企業(yè)半固態(tài)電池企業(yè)與主機(jī)廠合作順利，正有序上車，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程不斷提速。

　　中國(guó)固態(tài)電池企業(yè)產(chǎn)能規(guī)劃 資料來(lái)源：深圳市電池行業(yè)協(xié)會(huì)

　　市場(chǎng)會(huì)有多大？

　　當(dāng)前，固態(tài)電池的應(yīng)用場(chǎng)景和液態(tài)電池基本重疊，未來(lái)將主要在消費(fèi)電池、動(dòng)力電池和儲(chǔ)能電池三大領(lǐng)域全面替換液態(tài)電池。

　　其中，在消費(fèi)電池方面，固態(tài)電池可以憑借其高安全和柔性等優(yōu)點(diǎn)，率先應(yīng)用于對(duì)成本敏感程度較小的微電池領(lǐng)域，隨后逐漸滲透到高端消費(fèi)電池的應(yīng)用中。且隨著固態(tài)電池產(chǎn)品的逐步成熟，未來(lái)將有望滲透至新能源汽車動(dòng)力電池領(lǐng)域；此外，還可以憑借其安全性優(yōu)勢(shì)滲透至儲(chǔ)能電池中。

　　根據(jù)專業(yè)機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，以2024-2025年全球新能源車銷量增速為30%、28%，單車帶電量年均提升0.5度電；2024-2025年全球3C鋰電池出貨增速10%；2024-2025年全球儲(chǔ)能鋰電池出貨增速35%、33%等為前提，2025年全球動(dòng)力、消費(fèi)、儲(chǔ)能電池的出貨量分別為1248、146、345GWh，在固態(tài)電池滲透率為1%、2%、0.7%的假設(shè)下，對(duì)應(yīng)2025年全球固態(tài)電池需求量為17.3GWh。

　　此后在全球動(dòng)力電池部分，2026年全球新能源車銷量增速為25%，此后每年減少3pct；單車帶電量仍每年提升0.5度電；在全球儲(chǔ)能電池部分，從2025年開(kāi)始每年增速降低3pct；在全球3C電池部分，從2025年開(kāi)始每年增速降低1pct為前提，則2030年全球動(dòng)力、儲(chǔ)能、消費(fèi)電池的出貨量分別為2980、1008、204GWh。在固態(tài)電池滲透率為5%、10%、4.7%的假設(shè)下，對(duì)應(yīng)2030年全球固態(tài)電池需求量為223.3GWh，2025-2030年年均復(fù)合增速高達(dá)65.8%。

　　另外值得注意的是，電動(dòng)垂直起降飛行器（eVTOL）對(duì)電池能量密度、安全性、倍率性能等具較高要求，也有望助推固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

　　作為eVTOL核心組件，電池的性能決定了eVTOL的性能和市場(chǎng)接受度，其中高能量密度、高比功率、高安全性等為其對(duì)電池的核心要求，這幾點(diǎn)要求恰為固態(tài)電池核心優(yōu)勢(shì)所在，因此eVTOL的快速發(fā)展將對(duì)鋰電池性能升級(jí)形成助推作用，有望加速固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

　　受益環(huán)節(jié)集中在哪？

　　目前比較確定的是鋰電池技術(shù)向固態(tài)電池轉(zhuǎn)變過(guò)程將帶動(dòng)材料體系升級(jí)，其中固態(tài)電解質(zhì)方面，固態(tài)電池將以固態(tài)電解質(zhì)替代電解液及隔膜；正負(fù)極材料方面，正極將更廣泛的應(yīng)用高鎳三元，并逐漸向富鋰錳基轉(zhuǎn)變；負(fù)極將向硅基負(fù)極、鋰金屬負(fù)極演化；此外還有改善固態(tài)電池鋰離子傳輸效率，提升循環(huán)，進(jìn)一步增強(qiáng)固態(tài)電池安全性的多孔銅箔，以及改善固態(tài)電池柔韌性的鋁塑膜。

　　當(dāng)升科技自主研發(fā)了超高鎳無(wú)鈷、固態(tài)鋰電正極材料、新型富鋰錳基等多款先進(jìn)正極材料，持續(xù)加快雙相復(fù)合固態(tài)鋰電正極、固態(tài)電解質(zhì)等技術(shù)的研發(fā)及科研成果轉(zhuǎn)化。公司2021年12月與衛(wèi)藍(lán)新能源達(dá)成戰(zhàn)略合作，衛(wèi)藍(lán)擬在在2022-2025年期間向當(dāng)升采購(gòu)2.5萬(wàn)噸以上固態(tài)鋰電材料；2022年7月與清陶能源達(dá)成戰(zhàn)略合作，清陶預(yù)計(jì)2022-2025年期間向公司采購(gòu)不少于3萬(wàn)噸固態(tài)電池正極材料。

　　上海洗霸則與硅酸鹽所共同進(jìn)行固態(tài)電解質(zhì)研發(fā)，雙方成立合資子公司科源固能，上海洗霸持股70%，硅酸鹽所持股30%，雙方合作建設(shè)的固態(tài)電解質(zhì)粉體先進(jìn)材料噸級(jí)至拾噸級(jí)工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)線已于2023年1月一次性試產(chǎn)成功，產(chǎn)品經(jīng)硅酸鹽所測(cè)試，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。公司擬募資投建50噸氧化物電解質(zhì)粉體，項(xiàng)目已于2024年2月結(jié)構(gòu)封頂，預(yù)計(jì)2024年二季度進(jìn)入設(shè)備安裝調(diào)試階段。

　　金龍羽2021年8月與重慶錦添翼簽署《關(guān)于共同開(kāi)發(fā)固態(tài)電池相關(guān)技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化的框架協(xié)議》，公司擬在五年內(nèi)投入不超過(guò)三億元人民幣與錦添翼共同進(jìn)行固態(tài)電池及其關(guān)鍵材料相關(guān)技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)。2022年底，公司固態(tài)電解質(zhì)、固態(tài)電芯中試線已建好，硅碳負(fù)極小試線已建好，正極材料研發(fā)已立項(xiàng)，固態(tài)電池相關(guān)研發(fā)進(jìn)展順利。

　　三祥新材以自產(chǎn)氧化鋯為原料，進(jìn)行固態(tài)電解質(zhì)粉體研發(fā)，目前已進(jìn)行LLZO、LLZTO等系列含鋯氧化物固態(tài)電解質(zhì)粉體材料合成試驗(yàn)，氧化物電解質(zhì)正在送樣供下游客戶組裝成固態(tài)電池進(jìn)行相關(guān)性能測(cè)試；氯化物電解質(zhì)開(kāi)發(fā)方面，公司已建設(shè)環(huán)境溫度及濕度可調(diào)控的鋯基氯化物材料制備工藝小試開(kāi)發(fā)線，制備出適用于氯化物電解質(zhì)合成所需的鋯基氯化物材料，并提供給下游客戶及相關(guān)科研院所進(jìn)行氯化物電解質(zhì)合成及組裝固態(tài)電池驗(yàn)證，整體性能表現(xiàn)優(yōu)良，公司2023年申報(bào)了3項(xiàng)氧化物固態(tài)電解質(zhì)專利。

　　東方鋯業(yè)在進(jìn)行包括石榴石型固態(tài)電解質(zhì)的制備技術(shù)研究，同時(shí)推動(dòng)鋰電池正極材料用納米氧化鋯研發(fā)，納米氧化鋯作為推動(dòng)鋰電池正極材料性能提升的添加劑，有望在固態(tài)電池中具更大應(yīng)用體量，公司該產(chǎn)品已發(fā)貨下游客戶進(jìn)行樣品試驗(yàn)。

　　此外還有冠盛股份與東馳能源設(shè)立合資公司，建設(shè)了半固態(tài)電池項(xiàng)目；容百科技成功開(kāi)發(fā)固態(tài)電池正極材料，并已應(yīng)用在終端客戶車型；杉杉股份的硬碳負(fù)極已實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池領(lǐng)域的批量應(yīng)用；璞泰來(lái)的硅碳材料在固態(tài)電池領(lǐng)域已開(kāi)始小批量出貨。

　　這些企業(yè)有望在固態(tài)電池逐步放量之際，迎來(lái)一波不小的業(yè)績(jī)?cè)鲩L(zhǎng)。