目前市場中關于固態電池的炒作分為狹義和廣義。狹義，簡單來講。就是炒固和液的區別；廣義，就是從正極材料，負極材料，隔膜，電解液，一直炒到包材。

?

固態電池是一種電池科技。與現今普遍使用的鋰離子電池和鋰離子聚合物電池不同的是，固態電池是一種使用固體電極和固體電解質的電池。由于科學界認為鋰離子電池已經到達極限，固態電池于近年被視為可以繼承鋰離子電池地位的電池。固態鋰電池技術采用鋰、鈉制成的玻璃化合物為傳導物質，取代以往鋰電池的電解液，大大提升鋰電池的能量密度。

傳統的液態鋰電池又被科學家們形象地稱為“搖椅式電池”，搖椅的兩端為電池的正負兩極，中間為電解質（液態）。而鋰離子就像優秀的運動員，在搖椅的兩端來回奔跑，在鋰離子從正極到負極再到正極的運動過程中，電池的充放電過程便完成了。

固態電池的原理與之相同，只不過其電解質為固態，具有的密度以及結構可以讓更多帶電離子聚集在一端，傳導更大的電流，進而提升電池容量。因此，同樣的電量，固態電池體積將變得更小。不僅如此，固態電池中由于沒有電解液，封存將會變得更加容易，在汽車等大型設備上使用時，也不需要再額外增加冷卻管、電子控件等，不僅節約了成本，還能有效減輕重量。

固態電池優勢

優勢一：輕——能量密度高。

使用了全固態電解質后，鋰離子電池的適用材料體系也會發生改變，其中核心的一點就是可以不必使用嵌鋰的石墨負極，而是直接使用金屬鋰來做負極，這樣可以明顯減輕負極材料的用量，使得整個電池的能量密度有明顯提高。

優勢二：薄——體積小。

傳統鋰離子電池中，需要使用隔膜和電解液，它們加起來占據了電池中近40%的體積和25%的質量。而如果把它們用固態電解質取代（主要有有機和無機陶瓷材料兩個體系），正負極之間的距離（傳統上由隔膜電解液填充，現在由固態電解質填充）可以縮短到甚至只有幾到十幾個微米，這樣電池的厚度就能大大地降低——因此全固態電池技術是電池小型化，薄膜化的必經之路。

?

優勢三：柔性化的前景。

?

即使是脆性的陶瓷材料，在厚度薄到毫米級以下后經常是可以彎曲的，材料會變得有柔性。相應的，全固態電池在輕薄化后柔性程度也會有明顯的提高，通過使用適當的封裝材料（不能是剛性的外殼），制成的電池可以經受幾百到幾千次的彎曲而保證性能基本不衰減。

?

優勢四：更安全。

傳統鋰電池可能發生以下危險：（1） 在大電流下工作有可能出現鋰枝晶，從而刺破隔膜導致短路破壞 （2）電解液為有機液體，在高溫下發生副反應、氧化分解、產生氣體、發生燃燒的傾向都會加劇。采用全固態電池技術，以上兩點問題就可以直接得到解決。

?

相關產業鏈梳理

?

固態電池產業鏈主要分上游，主要指鋰礦、錳礦、鈷和石墨礦。中游主要含正極材料、負極材料、隔膜和電解質等。下游則為動力電池、3C消費、儲能領域等

（一）上游

?

1、氧化物固態電解質，主要使用鋰鑭鈦氧化物、石榴石結構的鋰鑭鋯氧化物、快離子導體等

?

上海洗霸：與中國科學院上海硅酸鹽研究所簽署固態電解質材料技術相關知識產權轉讓協議。根據協議約定，上海洗霸受讓專利包括《一種有機-無機復合準固態電解質以及準固態鋰電池》、《一種鋰空氣電池用或鋰鋰對稱電池用電解液》、《一種固態鋰金屬電池及其制備方法》。上述專利技術發明人為硅酸鹽所張濤研究員團隊。基于張濤團隊在固態電池電解質核心材料宏量制備和固固界面革新型技術成果，硅酸鹽所將協助上海洗霸驗證技術可行性和實施放大，開展固態電池粉體材料產業化開發工作。

?

東方鋯業：固態電池電解質有很多種，如聚合物聚環氧乙烷；鋰的硫化物；氧化物鋰磷氧氮、鋰鑭鋯氧等。如果是鋰鑭鋯氧固態電解質，則需要用到氧化鋯。公司可用于三元系鋰電池正極材料添加劑的高純超細二氧化鋯產能約為1500噸/年。

?

三祥新材：公司專注于鋯系制品、鑄改新材料等工業新材料的研發、生產和銷售。

?

2、硫化物固態電解質，主要使用硫化鋰及鍺、磷、硅等元素的硫化物

?

云南鍺業：全球已經探明鍺資源的儲量8600噸，其中美國鍺資源儲量3870噸,占全球儲量的45%，居于首位；中國第二，儲量3500噸，占全球儲量的41%，其中云南鍺業占900噸，占中國儲量的26%。

馳宏鋅鍺：擁有鉛鋅、鉬等金屬礦山，其中自有鉛鋅礦中伴生鍺、銀、金、鉍、鎘、銻等多種有價金屬。公司保有鉛鋅資源量超3200萬噸，已探明鍺資源儲量超過600噸。

?

3、聚合物固態電解質，主要使用聚環氧乙烷（PEO）及其衍生材料

奧克股份：公司有開展固態電池電解質的高分子量基聚氧乙烯醚（PEO）的合成工藝技術的研究

?

4、負極材料，固態電池負極材料的趨勢依然是石墨負極——硅碳負極——金屬鋰負極

?

翔豐華：已與清陶能源簽署戰略合作協議，雙方約定將在固態/半固態電池高比容負極材料關鍵技術研發、供應等方面達成全面戰略合作。

?

多氟多：公司目前硅粉是納米級別的，主要應用于硅碳負極材料，目前500噸產線正在建設中。

?

天奈科技:硅負極離子導電性大大低于石墨負極，故需要添加高性能導電劑（單壁碳管）以彌補這個缺點。在鋰電池領域，碳納米管已經憑借其優越的導電性能，作為一種新型導電劑被鋰電池生產企業所廣泛使用，用來提升鋰電池的能量密度及改善循環壽命。

?

硅寶科技：2021 年，公司擬投資 5.6 億元，新建 1 萬噸/年鋰電池用硅碳負極材料、4 萬噸/年專用粘合劑生產基地和鋰電材料研發中心，拓寬新能源業務板塊，為公司創造新的業績增長點。

?

5、添加劑等材料

?

瑞泰新材：部分產品已作為固態電解質或添加劑進入固態電池客戶供應鏈。

?

新倫新材：公司的鋁塑膜產品可以用于固態電池和半固態電池。公司是全球第三大動力類鋁塑膜生產企業，已成為 LG、孚能、捷威等軟包電池龍頭的合格供應商，并與蜂巢達成戰略合作協議。

?

（二）中游

?

6、生產公司

?

贛鋒鋰業：公司正在開展對固態鋰電池的廣泛研究，預期將大幅減少第一代鋰電池的安全問題及提高能量密度，試產階段的固態鋰電池已通過多項第三方安全測試。

?

金龍羽：公司全資子公司電纜實業與錦添翼協商決定，于 2021 年 8 月 6 日在深圳市簽訂了《關于共同開發固態電池相關技術及產業化的框架協議》，電纜實業擬在五年內投入不超過三億元人民幣與錦添翼共同進行固態電池及其關鍵材料相關技術的研究開發，并推動研究成果產業化。

?

高樂股份：2023年1月4日晚間，公司發布公告稱公司與義烏經濟技術開發區管理委員會于2022年12月31日簽訂《戰略合作協議》，擬于義烏經濟技術開發區投資建設2GWH納米固態電池項目，投資總額約為20億元。

?

德爾股份：全資子公司德爾日本專注于全固態電池和燃料電池的研發。2022.9月份：固態電池樣品正在下游客戶驗證。

?

中自科技：2023年公司將完成固態氧化物燃料電池（SOFC）單電池中試生產線的建設 。公司與電子科大吳孟強教授團隊開展固態電池及其核心材料的開發，目前處在研發階段。

?

酷特智能：子公司中廣酷特（青島）新能源有限公司在特種大容量固態鋰電池及儲能領域擁有研發及技術優勢，專利認證相關工作正在積極籌備中。

?

固態電池的應用

?

但隨著電動車的滲透率越來越高，安全性變成一個核心要素。固態電池是解決安全性和提升能量密度的重要方向和技術，當前各國企業進入軍備競賽階段，加注研發固態電池。

?

固態電池采用固態電解質替代液態電解質，可大幅提升鋰電池能量密度、安全性，是現有電池體系長期潛在技術方向。

?

從應用領域來看，固態電池有望優先從高端應用市場開始商業化，并逐步向動力及消費電池領域擴展。基于固態電池優異性能，未來行業發展潛力巨大。

?

?

固態電池行業概覽

?

依據電解質分類，鋰電池可分為液態、半固態、準固態和全固態四大類，其中半固態、準固態和全固態三種統稱為固態電池。

?

固態電池技術難度大，目前主流廠商以半固態、準固態形式介入固態電池領域，提升電池能量密度，同時對固態電池進行技術儲備。

?

液態—半固態—準固態—全固態電池的發展路徑：

?

資料來源：《全固態鋰電池技術的研究現狀與展望》、許曉雄等

固態電池的技術發展采用逐步轉化策略，液態電解質含量逐步下降，全固態電池是最終形態。

?

但是，當前固態電池都還在實驗室到產業化的孵化階段，或者是從中試到產業化的階段，離大規模量產尚早。

?

一方面，全固態電池尚有技術難點有待突破，比如固態電解質的離子電導率遠低于液態電解質，這使得電池內阻明顯增大、電池循環性變差、倍率性能變差等。

?

另一方面，高昂的成本也是制約全固態電池商業化的因素，目前液態鋰電池的產業鏈非常成熟，可以用低廉的成本生產出性能較好的鋰電池，而全固態電池的產業鏈還不夠完善。

?

半固態路線對于現有液態鋰離子電池體系更迭較小，被視作全固態的過渡路線。

?

半固態路線仍然會使用隔膜與液態電解液，通過減少電池內部液態電解質的含量可在一定程度上提升電池比能量和安全性，其制備方法大部分沿用傳統鋰離子電池工藝與裝備技術。

?

固態電池發展技術路線：

?

資料來源：《固態電池的開發現狀及應用思考》，中科院物理所

?

固態電池技術核心環節

?

固態電池通常采用軟包+疊片封裝工藝，中后道工序變化大，不需注液化成。

作為過渡階段的半固態電池供應鏈與現有供應鏈的重合度很高，推動新型添加劑、復合涂層隔膜、凝膠態電解質、高性能正負極等關鍵材料體系的創新。

隔膜通過復合固態電解質涂層增加了價值量，電解液添加劑對于原位固態化合成復合固態電解質，固態電解質成膜工藝成為關鍵。

?

?

從材料體系的變化來分類，固態電池的技術進步路線可以分成三個階段：

?

（1）傳統液態電解液替換為固態電解質，正負極材料不變。

?

該階段通過減少電解液用量，理論上對安全性有一定提升；但由于正負極材料體系沒有本質變化，主要還是高鎳三元+石墨摻硅的正負極體系，無法通過提高能量密度來攤薄固態電池成本的提升。目前大部分廠商的量產規劃均是基于該階段，主要用以打通固態電解質技術與量產的難點。

?

（2）負極換成金屬鋰，正極材料不變。

?

基于鋰金屬負極的固態電池成本能夠顯著提升能量密度，成本也比傳統液態電池更低，是固態電池降本的關鍵，但鋰金屬負極還面臨許多科學和技術問題。

?

（3）負極用金屬鋰，正極換成更高能量的材料。

?

在鋰金屬負極的基礎上，通過正極材料的更新換代能夠繼續提升能量密度，但技術上需要解決的問題更多，實現周期也更遙遠。

?

?

固態電池產業格局

?

固態鋰電池的研發路線有聚合物、氧化物和硫化物電解質三種。

?

目前氧化物體系步調最快，硫化物體系緊隨其后，高能聚合物體系仍處于實驗室研究階段。從成本而言，硫化物體系性價比最高，最有可能成為未來商用的技術路徑。

?

從技術路線上看，主流技術以氧化物及硫化物電解質為主，氧化物在穩定性上占優，而硫化物在導電性上占優。

固態電池的研發，主要集中在中日韓美歐五個國家和地區。

?

氧化物代表企業包括中國臺灣輝能、TDK、豐田、江蘇清陶、北京衛藍等，硫化物代表企業包括寧德時代、松下、LGC等。

中國四大頭部固態電池公司（北京衛藍、江蘇清陶、寧波鋒鋰、中國臺灣輝能），都是以氧化物材料為基礎的固液混合技術路線為主。

?

衛藍、清陶等一級市場固態電池企業和孚能科技、國軒高科、蜂巢能源等動力企業路線選擇有差異，預計2023年陸續看到車端應用。

?

清陶能源現有技術路線是氧化物體系，未來研發聚焦于聚合物與硫化物體系，2020年已經建成了全國首條固態動力電池規模化生產線。

?

衛藍新能源專注于無機氧化物與聚合物固態電解質的研發，有三十年的技術積累優勢，厚積薄發。

?

贛鋒鋰電走氧化物厚膜路線，與孚能科技均已經建成了中試生產線。

?

蜂巢能源的半固態果凍電池已經投產。

?

相較于研發半固態電池，寧德時代偏向于硫化物電解質的開發，同時專注于通過電池結構改性提高性能。

?

在海外市場上，日韓企業大多在保有獨立研發團隊的基礎上抱團研發。

?

日本由于較早進行固態電池產業化規劃布局，目前在全球范圍內處于技術領先地位。直到今天，豐田依然是全球范圍內，擁有硫化物全固態電池專利數量最多的公司。

?

韓國擁有領先技術的三大電池企業也選擇聯合研發固態電池。代表性企業有LG化學、三星、浦項等。

三星在2022年3月宣布開始建設世界第一條全固態電池生產線，浦項配套建設年產能24噸級的硫化物材料生產線。

?

國外公司研發節奏比中國公司早半年到一年，但是國外的量產能力、產業鏈成熟度、使用新技術的意愿及需求不及國內，國內固態電池產業化有可能更快。

我國部分企業已進入固態鋰離子電池（半固態電池）中試階段，2025年前可能實現固態電池量產。

?

國內贛鋒鋰電，衛藍新能源、清陶等初創公司進展較快。目前，衛藍、清陶所建產能均為半固態電池，全固態仍處實驗室研發階段。

?

衛藍正著手建設2GWh固態電池產線，預計2023年初量產，并與蔚來合作，將其半固態電池產品應用于ET7車型，單體能量密度達360Wh/kg；清陶投資50億元，建設10GWh固態電池產能，并與當升科技進行固態電池正極材料合作。

半固態電池增加了固態電解質涂層、原位固態化鋰鹽等材料，鋰鑭鋯氧（LLZO）、磷酸鈦鋁鋰（LATP）、硫化物固態電解質、新型鋰鹽等增量材料供應鏈及其供應商有望迎來機遇。

產業鏈相關布局企業還包括國軒高科、峰巢能源、長春勁能、萬向集團旗下A123 Systems、天齊鋰業、中天科技、力神電池、中航鋰電、卡耐新能源、鵬輝能源、平煤國能鋰電、孚能科技、當升科技、華盛鋰電、東方鋯業、三祥新材、瑞泰新材等。

?

車企也在進一步加快布局固態電池領域，新興電動車制造商步伐較快。

東風汽車近期表示正在研發的第二代固態電池有望在2024年上半年量產，屆時整車續航里程可達1000公里以上；長安深藍也開始加速半固態電池研發，目前已經進入工程化研發階段，2025年將搭載整車應用；吉利汽車專門成立固態電池研發團隊，正在與多家動力電池廠商開展聯合試驗。

?

當前固態電池領域市場參與者眾多，車企、電池企業、投資機構、科研機構等在資本、技術、人才三方面進行博弈。但是從全球來看，目前固態電池仍處于產業化初期階段，攻克現有的技術痛點仍需較長時間。

固態電池成熟應用需要構建完整的產業鏈供應鏈，行業還需要通力合作，優化和開發新的正極、負極、電解質、預鋰化等材料，同時開發新的工藝技術，降低生產制造成本，共同打造產業鏈供應鏈建設。

?

來源：樂晴智庫精選

作者：深度行業研究

原文始發于微信公眾號（鋰電產業通）：固態電池下一代高性能電池，產業解析