中國粉體網訊 全固態(tài)電池是公認的下一代電池首選方案之一，被中國、美國、日本、韓國等國家列入重要發(fā)展戰(zhàn)略，已成為下一代電池技術競爭的關鍵制高點。
1、全固態(tài)電池機遇來臨 商業(yè)化驟然加速
2023年全球動力電池裝車歷史首次突破700GWh，同比增長38.6%。全球儲能鋰電池出貨量為225GWh，同比增長50%。
2023年，國內共有15個固態(tài)電池項目擴產，投資總額超千億元。根據(jù)中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會預測，2024年全球固態(tài)電池（含半固態(tài)電池）需求量為2.3GWh，2030年全球固態(tài)電池需求量有望達到220GWh，2024—2030年需求量的年復合增長率將達到114%。
2、固態(tài)電池或是未來鋰電的終極形態(tài)
固態(tài)電池可能是未來鋰電的終極形態(tài)，正在成為一種行業(yè)共識。固態(tài)電池是一種新型電池技術，采用具有高離子傳導性、穩(wěn)定性的固態(tài)電解質取代易燃、易爆的有機電解液，能夠大幅度提升電池的本征安全性，拓寬電池應用場景。
數(shù)據(jù)顯示，目前主流的液態(tài)鋰電池的能量密度在200-300Wh/kg之間，而固態(tài)鋰電池的能量密度最高可達500Wh/kg，工作溫度范圍可擴展至-50~200℃，充電時間縮短至液態(tài)鋰電池的1/3。固態(tài)電池可沿用液態(tài)鋰電池材料體系，且機械和化學特性更加穩(wěn)定，無電解液泄露、干涸等問題，預計量產成本或將僅為目前液態(tài)鋰離子電池的30%，被視為未來新能源汽車的最佳電池解決方案。
3、固態(tài)電池技術難點、經濟痛點、發(fā)展趨勢
技術難點：固態(tài)電解質導致電導率低及固-固界面穩(wěn)定性差
固態(tài)電池由于采用固態(tài)電解質導致離子電導率低，使電池充放電速度較慢和容量衰減較快，且相較于固-液接觸，固-固界面接觸性和穩(wěn)定性更差。此外，高剪切模量無機固態(tài)電解質也不能完全阻止鋰枝晶生長。換言之，離子電導率為首要核心指標，而不同的固態(tài)電解質性能也各有優(yōu)劣，具體開發(fā)路線還需考慮綜合性能的影響。
動力電池技術發(fā)展趨勢
不同種類固態(tài)電解質的性能特點
氧化物固態(tài)電解質（如石榴石型LLZO、NASICON型LATP等）對環(huán)境空氣和高溫狀態(tài)更穩(wěn)定，但界面阻抗較大，容易生長鋰枝晶。
硫化物固態(tài)電解質（如晶態(tài)鋰鍺磷硫LGPS）離子電導率高于氧化物，但其制備方法復雜，環(huán)境穩(wěn)定性差，生產成本高。在全球范圍內，現(xiàn)階段固態(tài)電池主要以全固態(tài)電池為主導，其中硫化物電解質占據(jù)主導地位。
聚合物固態(tài)電解質機械加工性能優(yōu)、黏彈性好，但其室溫離子電導率低，導致電池倍率性能差。
經濟性痛點：高科技電極新材料生產難度大且價格高昂
目前固態(tài)電池部分原材料未實現(xiàn)量產，電池電極材料成本高，如采用石墨負極的硫化物固態(tài)電池材料成本最高，達到137.9美元/kWh，遠高于傳統(tǒng)鋰電池93.2美元/kWh，且所需的電極材料均是高科技新材料，既需要科技進步降低生產難度，也需要時間由市場消化高昂的價格使其被廣泛使用。不過采用鋰負極可大幅降低固態(tài)電池成本，提升產品競爭力。
發(fā)展趨勢：原材料實現(xiàn)迭代升級
原材料實現(xiàn)迭代升級是主流趨勢，固態(tài)電池技術發(fā)展和應用將按“固態(tài)電解質→新型負極→新型正極”形式呈現(xiàn)梯次滲透。核心在于引入新材料體系：負極材料將從石墨向硅基負極、含鋰負極，金屬鋰負極升級；正極材料從高鎳三元，向高電壓高鎳三元、超高鎳三元，再向尖晶石鎳錳酸鋰、層狀富鋰基等新型正極材料迭代升級。
4、國內外固態(tài)電池技術研發(fā)路徑分析
目前國際上主要研究機構、企業(yè)也均以氧化物和硫化物這兩種技術路線為主要突破方向。氧化物體系分為薄膜和非薄膜類，前者開發(fā)重點在于容量的擴充與規(guī)�；a，后者綜合性能較好，是當前研發(fā)的重點方向；硫化物體系處于發(fā)展空間巨大與技術水平不成熟的兩極化局面，亟需解決安全性等問題。
從國外來看，固態(tài)電池研發(fā)路線各異。日本選擇了硫化物路線，研發(fā)布局最早，技術和專利全球領先，打造了高校、車企和電池廠共同研發(fā)的體系，力爭2030年實現(xiàn)全固態(tài)電池商業(yè)化，能量密度目標為500Wh/kg。日立造船在2023年開發(fā)出容量5000mAh的全固態(tài)鋰電池“ASLiB”。
韓國選擇氧化物和硫化物路線并行，政府提供稅收抵免支持固態(tài)電池研發(fā)，疊加動力電池巨頭聯(lián)合推進，目標是于2025—2028年開發(fā)出能量密度為400Wh/kg的商用技術，2030年完成裝車。LD新能源曾表示2026年前實現(xiàn)聚合物半固態(tài)電池商業(yè)化，同步研制基于硫化物的全固態(tài)電池。
歐洲國家以聚合物路線為主，同時布局硫化物路線，其中德國研發(fā)布局投入最大。美國全路線布局，由能源部出資，初創(chuàng)公司主導研發(fā)，并與眾多車企達成合作，目標在2030年能量密度達到500Wh/kg。
Solid Power于2023年向寶馬集團交付用于測試的全尺寸汽車電芯，并計劃在2028年將電解質材料產能增至4萬噸/年。Bollore曾表示全球最早實現(xiàn)聚合物電解質固態(tài)電池商業(yè)化裝車，累計投入3000輛搭載30kWh固態(tài)電池的電動汽車。Quantum Scape曾表示2023年開始試產部分固態(tài)電池，2025年實現(xiàn)大規(guī)模量產。
國內有部分新型固態(tài)電池企業(yè)集中于氧化物和硫化物，另一部分企業(yè)選擇固液混合技術作為過渡方案使用。2023年臺灣輝能發(fā)布100%硅負極LCB固態(tài)電池，到2024年1月，臺灣輝能科技宣布全球首條固態(tài)電池生產線已正式投產，固態(tài)電池的樣品已發(fā)到各大新能源車企進行測試、開發(fā)模塊。
寧德時代2023年4月19日發(fā)布凝聚態(tài)電池，能量密度500Wh/kg，2023年內實現(xiàn)量產能力。2023年7月，寧德時代與商飛合資設立商飛時代，擬將凝聚態(tài)電池用于載人航空。國軒高科400Wh/Kg的三元半固態(tài)電池目前在公司實驗室已有原型樣品，并于2022年底實現(xiàn)小批裝車。蜂巢能源2022年7月成功研發(fā)20Ah級硫系全固態(tài)原型電芯。贛鋒鋰電2023年江西新余已具備2GWh固態(tài)電池產能，2023年供應賽力斯固態(tài)純電SUV即將上市。
從電池企業(yè)進展看，固態(tài)電池的研發(fā)到量產時間大都接近或略早于2030年。但據(jù)粉體網編輯了解，國內外知名性能源車企卻較為統(tǒng)一的表示固態(tài)電池的批量應用時間在2030年前后，甚至更晚一些。也有專家表示，人工智能正在改變材料的研發(fā)范式，將大幅度加速全固態(tài)電池的研發(fā)速度，這對2030左右實現(xiàn)全固態(tài)電池產業(yè)化突破增加了確定性。
參考來源：
張春英，等：固態(tài)電池技術發(fā)展現(xiàn)狀綜述，中國一汽無錫油泵油嘴研究所
楊貴永，等：固態(tài)電池發(fā)展態(tài)勢及研判，吉利汽車研究院(寧波)有限公司
國聯(lián)證券、國信證券、人民網、中國能源報、各公司官網等
(中國粉體網編輯整理/昧光)
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