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固態電池行業專題報告:固態電池產業化加速,未來市場空間廣闊

固態電池行業專題報告:固態電池產業化加速,未來市場空間廣闊

編輯:轉自:行業報告研究院 發布時間:2024-12-20

1 固態電池安全性高,有望突破能量密度上限

1.1 固態電池概念:固態電解質替代電解液及隔膜

傳統鋰電池主要由正極材料、負極材料、隔膜和電解液四大部分組成。其中,正、負 極材料決定了電池的容量,隔膜用于隔離正負極,同時允許離子通過,電解液則是連 接正負極的介質,充當鋰離子傳輸的媒介。固態電池是使用固體電解質來替代傳統鋰 離子電池的電解液和隔膜,實現離子傳輸和電荷儲存,是一種新型的電池技術。 傳統液態鋰電池的兩端為電池的正負兩極,中間為液態電解質。在鋰離子從正極到負 極再到正極的來回移動過程中,電池的充放電過程便完成了。固態電池的工作原理與 之相通,充電時正極中的鋰離子從活性物質的晶格中脫嵌,通過固態電解質向負極遷 移,電子通過外電路向負極遷移,兩者在負極處復合成鋰原子、合金化或嵌入到負極 材料中;放電過程與充電過程恰好相反。

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根據電解液質量百分比含量,固態電池可分為“半固態電池”、“準固態電池”和“全 固態電池”三大類。 (1)半固體電池:電解液含量占比在5%-10%,半固態鋰電池是固液混合電解質電池, 其電解質采用固液混合方案,固態電解質和液態電解質同時存在,在電芯構成上也保 留了傳統液態鋰電池的隔膜結構,為通往全固態電池路上的“折中方案”。 (2)準固態電池:電解液含量占比在0%-5%,準固態電池相較半固體電池電解液含量 更低,保留有傳統液態鋰電池的隔膜結構。 (3)固態電池:電解液含量占比為0%,全固態電池由固態電解質和固態電極構成, 電池內部正極、負極和電解質均采用固體材料,并去掉隔膜的電池類型。

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1.2 固態電池優勢:具備高安全性能、高能量密度關鍵優勢

1.2.1高安全性:工作溫度范圍寬,耐熱性好

液態鋰電池過熱容易失控,產生各類安全問題。在使用過程中,過度充電、撞擊、短 路、泡水等因素會導致電池熱失控,導致燃燒、爆炸等安全風險。當液態電池溫度上 升至90°C-120°C時,由于電池過熱,鋰電池負極表面SEI膜開始分解,嵌鋰碳直接 暴露于電解液并反應放熱、產生大量可燃氣體;當電池溫度上升至130°C時,電池隔 膜會開始熔化,導致電池發生內短路,釋放大量熱量,導致溫度劇烈上升;電池溫度 上升至200°C后,促進電解液氣化分解,電池發生劇烈燃燒及爆炸。 固態電池工作溫度范圍更寬,耐熱性更好。固態電池正常工作溫度范圍為-50℃- 120℃,與普通鋰電池相比具有更廣泛的溫度適應性。同時,由于固態電解質具有耐 高溫、不可燃、絕緣性好的特性,在受熱過熱時,固態電池不易產生短路問題,安全 性能大大提升。

1.2.2高能量密度:兼容高比容量正負極,電池結構優化

液態鋰電池能量密度已經接近極限。電池能量密度與電極材料相關,近年來,液態鋰 電池技術升級加速,正極、負極材料持續迭代,電池能量密度也不斷提升。正極材料 方面,材料體系從磷酸鐵鋰向能量密度更高三元發展,而三元電池內部,也從333到523,再到811,不斷改善。負極材料方面,早些年鋰電池的負極普遍采用石墨,現在 加入了硅,借助硅碳負極,磷酸鐵鋰電池的能量密度取得了一定提升。目前,液態鋰 電池技術已經基本成熟,主流的磷酸鐵鋰電池的能量密度在200Wh/kg以下,三元鋰電 池的能量密度在200-300Wh/kg之間,材料的潛能基本被挖掘得接近極限值。 固態電池能量密度能達到500Wh/kg以上,有望實現能量密度極限的突破。相較于液態 鋰電池,固態電池能量密度極限更高。根據財經十一人數據,主流液態鋰電池的能量 密度范圍約為150-300Wh/kg,半固態電池約350Wh/kg左右,全固態電池可以達到 500Wh/kg以上,能量密度有望實現大幅提升。

固態電池能量密度的提升主要在于正負極材料和電池結構兩個方面的升級。 (1)正負極材料:固態電解質本身不能提升能量密度,但是固態電解質能夠兼容高比 容量正負極。傳統電解液在電壓4V以上時,就會發生分解反應,所以液態鋰電池具有 一定的電壓上限。固態電解質更穩定、更安全、電化學窗口更寬,能夠承受5V以上電 壓。因此固態電解質可以兼容高比容量的正負極,比如富鋰基正極、硅負極、鋰金屬 負極等材料,進而大幅提升電芯能量密度。例如,在負極材料方面,目前主流負極材 料石墨的比容量為365mAh/g,固態電池負極材料硅碳負極的比容量高達1000- 2000mAh/g,金屬鋰的比容量高達3860mAh/g,比容量是石墨的10倍,硅碳負極、金屬 鋰負極的應用將能夠大幅提升鋰電池能量密度。

(2)電池結構方面:固態電池具備結構優勢,能夠在堆疊,PACK方面實現能量密度提 升。一方面,傳統液態鋰離子中,需要隔膜把正負極分隔,防止短路,同時需要在電 池中注入電解液,連接正負極。固態電解質則將電解液的隔膜功能合二為一,因為沒 有液體的存在,電芯結構更加緊密,能量密度得到更高。另一方面,傳統液態鋰離子 電池的電解液具有流動性,內部的堆疊串聯很容易發生短路,引發自放電和放熱。固 態電解質不具備流動性,固態電池可以實現電芯內部的串聯、升壓,可以降低電芯的 包裝成本,并提升整體的體積能量密度。

1.3 固態電池主要挑戰:界面、成本問題是制約產業化的關鍵

1.3.1固-固界面:存在阻抗和相容性問題,影響循環和倍率性能

界面問題是制約固態電池性能的關鍵因素。固態電池電解質-電極界面為“固-固”界 面。與“固-液”界面相比,“固-固”界面存在阻抗大、相容性差的問題,繼而造成 固態鋰電池在循環性能、倍率性能等方面表現并不理想。 “固-固”界面問題主要表現在物理接觸和化學接觸兩個方面。在物理接觸上:電極和 電解質之間為點接觸,接觸面積小導致界面接觸阻抗高,限制界面處鋰離子傳輸;在 化學接觸上:固態電池中金屬鋰負極和固態電解質相互接觸后容易自發地發生化學 副反應,導致“固-固”界面穩定性降低,增大界面阻抗。 目前,在固態電池研發中,解決界面的主要方向之一是通過引入穩定的導電緩沖層消 除或減弱空間電荷效應,抑制界面層的生成,從而降低界面電阻。

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1.3.2離子電導率:固態電解質離子電導率低

固態電解質離子電導率低于液態電解質。離子電導率是衡量電解質中離子傳導能力 的重要參數,它直接影響到電解質的電化學性能和電化學反應速率,對電池的充放電 性能有關鍵影響。電解質的電導率越高,電池內的電子運動就越快,電池的放電效率 就越高。與液態電解質不同,固態電解質中離子間相工作用力強,其離子遷移能壘是 液體的10倍以上、離子電導率低。 在目前主要的三大固態電解質中,常見的氧化物固態電解質室溫離子電導率約為10- 4 -10-3 S/cm,比液態電解質離子電導率(約為10-2 S/cm)低1-2個數量級;聚合物固態電 解質室溫離子電導率約為10-7 -10-5 S/cm,是三大固態電解質中最低,比液態電解質低 3-5個數量級;硫化物固態電解質室溫離子電導率約為10-3 -10-2 S/cm,接近于液態電解 質的室溫離子電導率,但硫化物電解質存在許多界面的不穩定性問題。 對比各類固態電解質,固態電解質的綜合性能與液態電解質還有一定差距,無法支撐 全固態電池的實際應用。因此明確高離子電導率的實現條件是發展高性能固態電解 質、提高全固態電池充放電速度的關鍵。

1.3.3成本:材料成本、生產工藝和產業化程度造成成本較高

固態電池當前成本較高,制約大規模應用。與傳統鋰電池相比,固態電池成本較高, 主要原因包括材料成本高、制造工藝不成熟、生產規模小和供應鏈不完善等。 (1)材料成本方面:部分固態電池電解質使用了的硫化鋰、氯化鋰等高純度化合物, 或者鋯、鍺等稀有金屬,原材料成本高; (2)生產工藝方面:固態電池的制造工藝較為復雜,部分技術路線制備過程包括高 溫燒結、界面優化等步驟,增加了生產成本,對設備和工藝控制也提出了更高要求; (3)產業化程度方面:目前固態電池的生產規模較小,尚未形成規模效應,疊加關 鍵材料供應鏈尚不完善,導致固態電池單位成本較高。 隨著技術的進步以及產業的規?;?,未來固態電池成本有望降低。根據Wind數據統 計,截至2024年10月,我國方形動力電芯平均價格在0.35-0.6元/Wh之間,遠低于固 態電池價格。根據TrendForce集邦咨詢預測,到2030年,全固態電池的電芯價格有望 降至1元/Wh左右;到2035年,全固態電池的電芯價格有望降至0.6-0.7元/Wh,基本與 傳統液體鋰電池價格接近。

2 材料體系迭代,從半固體向全固態轉化

2.1 固態電池發展路線:半固體電池是過渡階段

固態電池技術研發難度大,半固體電池是過渡階段。目前,主流廠商主要是以半固態、 準固態形式介入固態電池領域,所以固態電池技術發展采用逐步轉化策略,通過“液 態-半固態-準固態-全固態電池”的發展路徑,逐步向全固態電池過渡。 從材料體系的變化來分類,固態電池的技術進步路線可以從三個方向發展: (1)電解質:固態電解質替換液體電解液。通過固態電解質替換液體電解液,使得 電池內液態電解質含量逐步下降,從液態鋰電池25%電解液含量向10%、5%、1%電解液 含量發展。 (2)負極材料:增加負極材料中鋰含量。負極金屬鋰含量逐步升級,從石墨負極向 預鋰化負極、富鋰負極、金屬鋰負極發展,最終發展至全固電池的最終形態。 (2)正極材料:采用更高能量正極材料。固態電池電解質化學窗口更寬,能夠兼容 硫化物/鎳錳酸鋰/富鋰錳基等能量密度更高的正極材料。

2.2 電解質:氧化物進展較快,硫化物上限較高

根據電解質不同,目前固態電池主要分為氧化物固態電解質、硫化物固態電解質、聚 合物固態電解質三大主流技術路線。由于電解質的材料特性不同,三大主流技術路線 分別具備不同的產業化優勢與挑戰。

材料體系和材料特性方面:氧化物電解質綜合性能好,硫化物電解質發展上限 更高

(1)聚合物電解質:聚合物電解質是由聚合物基體和鋰鹽共同組成,其中,鋰鹽 包括LiPF6、LiClO4和LiAsF4等,基體包括聚環氧丙烷(PPO)、聚偏氯乙烯(PVDC)、 聚環氧乙烷(PEO)、聚丙烯腈(PAN)、聚偏氟乙烯(PVDF)等。 材料特性方面,聚合物安全性能好、容易制備、機械性能好。但是,聚合物電 解質離子電導率偏低,目前主要通過加入固體塑化劑、陶瓷顆粒等填料或與其 他聚合物單體共聚等方式,提高材料的力學性能、化學穩定性,以及離子電導 率。

(2)氧化物電解質:氧化物電解質包括晶態和玻璃態兩類。其中,NASICON型、 鈣鈦礦型、石榴石型以及LiSICON型等電解質都屬于晶態電解質,而應用在薄 膜電池中的LiPON型電解質屬于玻璃態電解質。 材料體系方面,鈣鈦礦型主要包括LLTO體系,目前研究方向主要是通過改變晶 體結構或將不同物質與之摻雜來提高LLTO的離子電導率;NASICON型固體電解 質 主 要 分 為 三 類 : LiZr2(PO4)3( 簡 稱 LZP) 、 LiTi2(PO4)3( 簡 稱 LTP) 和 LiGe2(PO4)3(簡稱LGP);石榴石型固態電解質主要包括Li7La3Zr2O12(簡稱LLZO); LiPON是一種非晶態電解質,在0-5.5V電壓下相對于Li/Li+時是相對穩定的, 從而使得薄膜固態電池可以使用多種類型的電極材料,但由于LiPON型固體電 解質室溫離子電導率較低,約為10-6 -10-5 S/cm,因此不適用于大體積固態電池。 材料特性方面,氧化物電解質熱穩定性好、電化學窗口寬,綜合性能較好,是 目前進展較快方向,但氧化物電解質具有易碎、加工復雜、界面接觸差、離子 電導率一般等關鍵問題,目前主要研究方向是通過替換元素或摻雜同種異價元 素來提升電導率和穩定性。

(3)硫化物電解質:硫化物電解質包括玻璃及玻璃陶瓷態電解質和晶態電解 質等。 材料體系方面,硫化物玻璃態固態電解質主要包括Li2S-P2S5體系,此類材料完 全結晶時離子電導率并不高,目前主要通過熱處理、球磨加工、摻雜和改性等方式來提高其化學穩定性和電導率;晶態電解質主要包括LGPS體系。2011年, 東京工業大學Kanno教授發現了Li10GeP2S12,其在室溫下具有1.2×10-2 S/cm的電 導率,與液體電解液接近,電導率高,發展潛力大。但LGPS應用了稀有金屬Ge, 生產成本較高。當前研究主要聚焦于通過Si\Sn替代Ge,來降低成本并提高化 學穩定性。 材料特性方面,硫化物電解質離子電導率高,發展潛力大,可以通過摻雜、包 覆提高穩定性,但硫化物電解質制備成本高、穩定性差,目前主要研究方向是 提高電解質穩定性及降低生產成本。

產業化方面:氧化物技術成熟,硫化物商業化潛力大

(1)聚合物路線:起步時間較早,目前已經實現小規模量產,技術水平較成 熟,但技術上限突破難度很大。受制于電導率低、性能上限等問題,產業尚未 快速形成規?;?,技術有待提升。聚合物路線目前在半固態電池中已有應用, 主要參與企業和機構集中在歐美國家。 (2)氧化物路線:各方面的性能表現較為均衡,目前技術已相對成熟,但制備 成本較高,成本優化后,將具有較好的發展潛力。目前國內眾多頭部固態電池 公司,如北京衛藍、江蘇清陶、臺灣輝能,都是以氧化物材料為基礎的固液混 合技術路線為主。 (3)硫化物路線:硫化物電解質的電導率較高,性能表現最優異,商業化潛力 大,但產業化研究難度也最大,目前技術尚不成熟。硫化物體系的主要參與企 業和機構主要集中在日韓及美國,國內企業以寧德時代、比亞迪為代表。

材料體系方面,PEO、LATP技術成熟度高,LLZO、LLTO達到量產水平。聚合物路線電 解質的技術成熟度最高,目前PEO電解質已經可以大批量制備,并且廣泛應用于不同 行業;氧化物路線電解質其次,其中,LATP電解質技術成熟度較高,贛鋒鋰業等均可 以制備噸級以上規模,LLZO、LLTO電解質已經可以量產;硫化物電解質技術成熟度較 低,目前LGPS、LPSCL等體系電解質都還處在試驗階段。

2.3 負極材料:硅基負極是中短期主要方案,金屬鋰是長期路線

固態鋰電池的負極材料體系主要包括金屬鋰負極材料、碳族負極材料和氧化物負極 材料三大類。

材料特性方面:金屬鋰具備高容量和低電位的關鍵優勢

(1)金屬鋰負極材料

金屬鋰具備高容量和低電位的優點,是全固態電池負極材料的終極目標。然而,金屬 鋰在充放電過程中容易形成鋰枝晶,影響循環穩定性,容易導致電池短路和安全隱患, 限制了其產業化應用。目前研究方向主要是通過在鋰金屬表面引入納米涂層或改性 層、將鋰金屬與某些合金材料(如硅、錫等)結合等方式來改善鋰金屬與電解質之間 的界面穩定性,減少鋰枝晶的形成。

(2)碳族負極材料

碳族負極材料包括碳基、硅基和錫基材料。其中,碳基材料以石墨類材料為典型代表, 具有價格低、循環穩定性好、安全性高等優點,然而其理論比容量較低,極限在 400mAh/g左右,目前實際應用己經基本達到理論極限,可開發空間不大。硅基負極材 料,例如Si-C復合材料,是目前負極材料發展的重要方向之一,其比容量高,理論比 容量高達4000mAh/g,將近碳基材料的10倍。但是硅基材料在充放電過程中存在體積 膨脹問題,導致其循環性能差,目前主要研究方向為通過納米化、復合化和表面改性 等技術手段,改善其循環穩定性和倍率性能。

(3)氧化物負極材料

氧化物負極材料主要包括金屬氧化物、金屬基復合氧化物和其他氧化物。典型的氧化 負極材料包括Al2O3、Cu2O、SiOx、Ga2O3、Sb2O5、BiO5等。氧化物負極材料均具有較高 的理論比容量,然而在從氧化物中置換金屬單質的過程中,大量的Li被消耗,造成巨 大的容量損失,并且循環過程中伴隨著巨大的體積變化,造成電池的失效,通過與碳 基材料的復合可以改善這一問題。

產業化方面:硅基負極是中短期的主要方案,金屬鋰是未來長期的發展方向。 傳統液 態鋰電池主要使用碳族材料(如石墨)作為負極,目前技術成熟,產業化高,但受限于碳基比容量,其未來的發展空間有限。硅基負極材料理論比容量高,可以大幅提升電池性能,是固態電池負極材料體系迭代的重要方向之一,但硅基材料在充放電過程 中體積膨脹嚴重,導致循環性能下降。目前,通過碳包覆、納米化等技術手段,硅基 材料的循環穩定性和體積膨脹問題得到了有效改善,硅基負極材料開始在高端市場 實現初步應用。金屬鋰負極材料因其極高的理論比容量(40000mAh/g)和低電位,被 認為是固態電池負極材料的終極目標,但其面臨鋰枝晶生長和化學穩定性差等挑戰, 目前還處在初期試驗階段,是負極材料體系長期的發展方向。

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2.4 正極材料:高電壓、高比容量正極材料是發展方向

目前,固態電池正極材料體系開發主要集中在高鎳三元正極、鎳錳酸鋰、富鋰錳基等 路線。

材料特性方面:鎳錳酸鋰工作電壓最高,富鋰錳基綜合性能好

(1)高鎳三元正極材料(簡稱NCM):高鎳三元材料具有高比容量和較低成本特點, 是目前傳統鋰電池和固態電池正極材料體系的主要迭代方向。在材料特性上,高鎳三 元正極材料通過增加鎳的含量,可以顯著提高電池的能量密度,然而,高鎳材料存在 循環穩定性和安全性等方面問題。 (2)鎳錳酸鋰(簡稱LNM):鎳錳酸鋰是一種具有高工作電壓和良好循環穩定性的正 極材料。其高工作電壓可以達到4.7V,能夠提高電池的整體的能量密度,但鎳錳酸鋰 存在導電性較差的問題。 (3)富鋰錳基正極材料(簡稱Li-rich):富鋰錳基正極材料具有高比容量、高工作 電壓和低成本等優點,綜合性能優異,被認為是下一代正極材料的重要方向。其比容 量能夠達到250-300mAh/g,與高鎳三元相比有明顯提升。然而,富鋰錳基材料存在首 次充放電效率低和循環穩定性差的問題。

產業化方面:短期三元材料廠商具備優勢,富鋰錳基是未來迭代方向。固態電池正極 材料兼容性強,目前主要沿用三元高鎳體系,技術改動較小。當前供應鏈和生產工藝 能夠較好地適應固態電池的需求,無需大規模重構,在三元材料體系方面技術領先的 正極材料廠商具備發展優勢。長期來看,富鋰錳基的高能量密度優勢突出,有望成為 未來的正極材料迭代的主要方向。

3 政策持續發力,市場空間廣闊

3.1 政策方面:各國政策持續發力,推動固態電池技術落地

海外方面:自2020年以來,各國持續推出固態電池產業相關政策,把固態電池產業化 作為國家的戰略目標之一。 (1)美國:2021年,美國發布《鋰電池2021—2030年國家藍圖》,提出到2030年實現 包括固態電池在內的先進電池技術的規?;a,固態電池目標能量密度達到 500Wh/kg。 (2)歐洲:2023年,歐盟發布《歐洲電池研發創新路線圖》、《電池2030+路線圖》, 繼續將第四代固態電池材料研發(交通應用)列為2030年優先事項,并實現電堆成本 控制在75歐元每千瓦時之內。 (3)日本:2022年8月,日本推出《蓄電池產業戰略》,提出通過綠色創新基金等方 式,加快固態電池為核心的新一代電池、材料創新,提升電池續航,能量密度達到當 前2倍以上水平,到2030年左右實現全固態鋰電池的商業化。 (4)韓國:2021-2022年,韓國相繼通過《2030二次電池產業發展戰略》、《二次電池 產業創新戰略》,提出“到2030年韓國占據全球電池產業40%市場份額”的發展目標, 通過公私合作、投資拉動,促進企業科技創新,加速搶占下一代電池技術的戰略高地, 加快產能和供應鏈體系建設。

國內方面:近年來,汽車、儲能政策持續加碼,支持固態電池產業的發展。2020年, 我國發布《新能源汽車產業發展規劃(2021—2035)》,提出加快固態動力電池技術研 發及產業化,首次把固態電池研發列為行業重點發展對象;2022年1月,《"十四五"新 型儲能發展實施方案》發布,提出推動多元化技術開發,研發固態電池等新一代高能 量密度儲能技術;2023年1月,我國發布《關于推動能源電子產業發展的指導意見》, 強調加強固態電池等新型儲能電池產業化技術攻關,推進先進儲能技術及產品規模 化應用,同時加強固態電池標準體系研究。

3.2 海外布局:日韓企業聚焦于硫化物路線,歐美主要投資于初創企業

從技術路線來看: (1)日本:固態電池技術研發起步較早,在硫化物固態電解質具備領先優勢。硫化 物電解質由于具有較高的離子電導率,良好的機械特性而成為全固態電池的有力候 選之一。豐田、日產、本田、松下等均將硫化物固態電池作為主要的研發方向。其中, 豐田表現尤為突出,擁有超過1300項固態電池技術相關專利,位居全球首位。 (2)韓國:聚焦于硫化物技術的同時,在氧化物和聚合物體系上進行技術研究和儲 備。這種多路線并行的策略,一方面可以避免過度依賴單一技術路徑,另一方面可以 在電池技術的過渡階段實現更好的系統適配。量產計劃方面,三星SDI計劃在2027年 開始量產全固態電池,SK On目標是在2028年實現固態電池的商業化,LG新能源則預 計2030年實現全固態電池量產。

(3)美國:固態電池技術的發展主要由初創企業推動。美國固態電池技術初創公司 眾多,包括Solid Power、Quantum Scape、Factorial Energy、Ionic Materials等, 在硫化物、氧化物和聚合物路線都有布局,主要通過與車企綁定模式發展。固態電池 的開發分為初步概念驗證(A樣)、接近最終產品的測試(B樣)和滿足特定要求的客 戶認可樣品(C樣)三個階段。Solid Power已在2023年生產出A樣品,并交付給寶馬 進行測試,計劃今年進入A-2樣階段;Quantum Scape于2023年二季度開始向客戶發送 A0樣品,Factorial Energy電池產品也進入了A樣送樣階段。SES AI Corporation早 在2021年便與車企簽署鋰金屬電池A樣品協議,2023年12月還簽署了鋰金屬電池B樣 品協議。 (4)歐洲:歐洲固態電池參與者主要為汽車制造商,通過投資美國的初創企業來加速 固態電池技術的發展。例如,大眾汽車對Quantum Scape的投資使其成為最大股東; 寶馬和福特投資了Solid Power,后者計劃2025年開發出相應電池配套寶馬原型車; 奔馳則投資了Factorial Energy,雙方還達成合作,共同開發固態電池。

3.3 國內布局:多元路線并舉,企業布局持續加速

固態電池產業參與者眾多,布局趨向多元化。國內固態電池參與者眾多,涵蓋了整車 企業、電池廠商、固態電池初創企業、鋰電材料廠商等多個類型,在固態電池產業鏈 各環節均有布局。目前,各類型企業固態電池布局持續加速。硫化物路線以電池廠商 為主,寧德時代、比亞迪計劃到2027年實現小批量生產,在2030年后實現規?;a。 氧化物路線以初創公司為主,主要通過與車企綁定方式進行固態電池產業布局,其中, 衛藍新能源2023年6月正式向蔚來交付半固態產品,預計2027年實現全固態電池量產; 清陶能源分別與北汽、上汽合作,推動固態電池量產,其臺州固態電池項目預計2025 年投產;輝能科技與奔馳等企業綁定, 2024年其全球首條固態電池生產線正式投產。 另外,欣旺達、廣汽集團、贛鋒鋰業等企業分別通過材料體系迭代實現固態電池技術 升級,并計劃在近年實現固態電池商業化。

3.4 產業化進程:產業化轉折點將至,未來市場空間廣闊

材料體系迭代,固態電池技術有望快速突破。2025-2030年,固態電池技術預計進入 快速突破階段,電解質體系預計將從混合固液電解質體系向全固態電解質體系突破, 正極材料路線預計將從磷酸鐵鋰、高鎳轉向高鎳固化、富鋰技術路線轉化,負極材料 路線預計將從石墨烯向氧化硅、金屬鋰技術路線發展。隨著各類新興技術產業化應用, 鋰電池的能量密度有望得到快速提升。未來,固態電池將有望廣泛應用于無人機、智 能設備、醫療和長續航汽車等領域,市場規模有望實現快速增長。

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從2026年起,固態電池有望進入量產時代。目前,固態電池已從實驗室研發階段逐步 過渡到工廠試點階段,搭載固態電池的車型發布也日益頻繁。根據各大廠商公布的計 劃,預計從2026年開始,固態電池市場將正式邁入量產階段,固態電池的產業化進程 有望顯著提速。國內企業方面,欣旺達、廣汽、衛藍新能源、清陶能源等企業計劃在 2026-2027年實現固態電池或半固態電池量產,比亞迪及寧德時代計劃于2027年實現 固態電池小批量生產。海外企業方面,三星SDI、SKOn、日產、松下、LGES等分別計 劃在2027-2030年陸續實現固態電池商業化。

固態電池市場空間廣闊,2030年有望達到2500億元。目前固態電池產業化還處在初始 階段,出貨規模較小。2023年,固態電池出貨規模為GWh水平,主要以半固體電池為 主,全固態電池仍處在實驗階段?;趯虘B電池技術路線和降本路徑的研判,EVTank 預計固態電池將在2025年開始放量,到2030年全球固態電池的出貨量將有望達到 614.1GWh,在整體鋰電池中的滲透率預計在10%左右,其市場規模將超過2500億元。 在電池類型上,半固體電池為主要類型,全固態電池產業化預計在2030年以后。

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