中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：目前，全固態(tài)電池是全球公認(rèn)的下一代電池，被列入中國(guó)、美國(guó)、歐盟、日韓等主要國(guó)家的發(fā)展戰(zhàn)略，因此，全固態(tài)電池也成為下一代電池技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵制高點(diǎn)。
鋰電產(chǎn)業(yè)已經(jīng)進(jìn)入新一輪的技術(shù)迭代期，未來誰能解決“固態(tài)電池”的技術(shù)和成本痛點(diǎn)，最早量產(chǎn)、最早有能力大規(guī)模裝車，誰或許就能成為下一個(gè)寧德時(shí)代。
隨著2024年半固態(tài)/固態(tài)電池產(chǎn)品技術(shù)的高速發(fā)展，可以預(yù)見的是，未來兩年固態(tài)電池在關(guān)鍵技術(shù)、成本、量產(chǎn)方面都將實(shí)現(xiàn)重大的突破，在儲(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)用也將會(huì)持續(xù)擴(kuò)大。
國(guó)家政策推動(dòng)固態(tài)電池加快發(fā)展
近十年來，國(guó)家層面圍繞著固態(tài)鋰電池頂層設(shè)計(jì)的政策密集出臺(tái)，鼓勵(lì)和規(guī)范著行業(yè)健康有序發(fā)展。2015年和2017年發(fā)布的《中國(guó)制造2025》和《促進(jìn)汽車動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)方案》均提出建立和健全富鋰層氧化物正極材料/硅基合金體系鋰離子電池、全固態(tài)鋰離子電池、金屬空氣電池、鋰硫電池等下一代鋰離子動(dòng)力電池和新體系動(dòng)力電池的產(chǎn)業(yè)鏈，推動(dòng)固態(tài)電池能力密度達(dá)500Wh/kg 。
2020年10月，國(guó)務(wù)院發(fā)布的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃 （2021—2035年）》首次將固態(tài)電池列入行業(yè)重點(diǎn)發(fā)展對(duì)象，并提出加快研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
2023年1月，工信部等六部門聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于推動(dòng)能源電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》，提出加強(qiáng)固態(tài)電池標(biāo)準(zhǔn)體系研究。
2024年6月，工信部印發(fā)《2024年汽車標(biāo)準(zhǔn)化工作要點(diǎn)》，聚焦前沿技術(shù)領(lǐng)域和新型產(chǎn)業(yè)生態(tài)，圍繞固態(tài)電池、電動(dòng)汽車換電、車用人工智能等新領(lǐng)域，前瞻研究相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)子體系，支撐新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新模式創(chuàng)新發(fā)展。開展動(dòng)力電池耐久性、規(guī)格尺寸、回收利用等標(biāo)準(zhǔn)制定，以及固態(tài)電池、鈉離子電池等新一代動(dòng)力電池標(biāo)準(zhǔn)預(yù)研，提升動(dòng)力電池性能水平。
在國(guó)家政策推動(dòng)下，地方相關(guān)政策也隨之密集出臺(tái)。
表：2024年半固態(tài)/固態(tài)電池相關(guān)儲(chǔ)能政策
固態(tài)電池的優(yōu)勢(shì)與挑戰(zhàn)
相較于傳統(tǒng)液態(tài)電池，固態(tài)電池最大的優(yōu)勢(shì)在于能量密度高和安全性強(qiáng)，其通過使用固態(tài)電解質(zhì)，避免了液態(tài)電池中有機(jī)電解液與高活性正負(fù)極材料發(fā)生副反應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)，從而提高了能量密度。這意味著在相同體積下，全固態(tài)電池能夠提供更多的能量，同時(shí)減小了電池的體積。
目前，市面上大多數(shù)商用鋰電池的能量密度在200—250Wh/kg（瓦時(shí)/千克）之間，而半固態(tài)鋰電池能量密度可達(dá)300Wh/kg以上，全固態(tài)電池能量密度可達(dá)500Wh/kg以上，因此固態(tài)鋰電池被廣泛認(rèn)可為最有前景的技術(shù)之一。
據(jù)了解，固態(tài)電池分為半固態(tài)、準(zhǔn)固態(tài)、全固態(tài)三種類型，其中，全固態(tài)不含有任何液體電解質(zhì)，半固態(tài)電池液體電解質(zhì)含量小于10%，準(zhǔn)固態(tài)電池液體電解質(zhì)含量小于5%。
而在實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化的過程中，半固態(tài)是一個(gè)必然的發(fā)展階段，能夠大幅減少造成熱失控隱患的液態(tài)電解質(zhì)。
目前，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的固態(tài)電池均為半固態(tài)電池，即其中仍含有不超過10%的液態(tài)電解質(zhì)，而非完全的固態(tài)電解質(zhì)。因此，全固態(tài)電池沒有隔膜，而半固態(tài)電池中因?yàn)槿杂幸簯B(tài)電解質(zhì)，所以保留隔膜，以將正負(fù)極材料隔開，防止它們直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)造成電池短路等。公開資料顯示，2024年上半年，半固態(tài)電池裝車量達(dá)2.2GWh，已初具規(guī)模。
安全性方面，全固態(tài)電池展現(xiàn)出更高的熱穩(wěn)定性和不易燃特性，沒有液體泄露的風(fēng)險(xiǎn)，極大地降低了電池在高溫下自燃和爆炸的危險(xiǎn)。此外，固態(tài)電解質(zhì)的化學(xué)穩(wěn)定性受環(huán)境溫度影響較小，使得電池在碰撞和擠壓情況下的穩(wěn)定性更高，起火概率顯著降低。
成本方面，由于破除了與電解液的匹配限制，固態(tài)電池正極材料的選擇將不再局限于磷酸鐵鋰和三元鋰，材料多樣性提供了清晰的降本邏輯，成本降幅或高達(dá)40%。
在技術(shù)層面，固態(tài)電池的技術(shù)路線主要包括氧化物、硫化物和聚合物三種。其中，聚合物固態(tài)電池容易加工，與現(xiàn)有的液態(tài)電解液的生產(chǎn)設(shè)備、工藝都比較兼容，但電導(dǎo)率低，在高溫下也容易發(fā)生起火燃燒現(xiàn)象；硫化物固態(tài)電池在三種材料體系中電導(dǎo)率最高（能量密度最高），但熱動(dòng)力穩(wěn)定性較差，且硫化物容易與空氣中的水、氧氣反應(yīng)產(chǎn)生硫化氫劇毒氣體；氧化物固態(tài)電池具有較好的穩(wěn)定性，但相對(duì)于硫化物電導(dǎo)率還是偏低。
由于不同的技術(shù)路線各有優(yōu)劣，目前業(yè)內(nèi)并未達(dá)成共識(shí)。歐洲電池企業(yè)主要看好聚合物路線，日韓企業(yè)則看好硫化物路線，而中國(guó)企業(yè)多數(shù)看好氧化物路線，如衛(wèi)藍(lán)新能源、清陶能源、贛鋒鋰業(yè)等，但寧德時(shí)代、比亞迪等龍頭又看好硫化物路線。國(guó)內(nèi)外廠商在選擇固態(tài)電池技術(shù)路線方面之所以存在較大差異，背后由多種因素造成，包括技術(shù)積累、研發(fā)資源、市場(chǎng)策略、成本等，這種差異也反映了固態(tài)電池領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)和發(fā)展?jié)摿Α?
目前，固態(tài)電池最大的兩個(gè)應(yīng)用市場(chǎng)，一是動(dòng)力端，即車用電池，二是儲(chǔ)能端。儲(chǔ)能的應(yīng)用對(duì)成本相對(duì)比較敏感，對(duì)能量密度的追求并沒有像動(dòng)力電池這么高，因此低成本方案可能會(huì)成為儲(chǔ)能領(lǐng)域主流方案，比如聚合物路線。
在固態(tài)電池面臨的挑戰(zhàn)方面，主要包括固體與固體之間的接觸難題、理想固態(tài)電解質(zhì)材料的缺乏以及與新一代正極材料的兼容性問題。而在基礎(chǔ)技術(shù)、制造工藝、鋰枝晶抑制、固—固界面問題、原材料供應(yīng)鏈的穩(wěn)定性以及電池性能的進(jìn)一步提升等技術(shù)難點(diǎn)之外，還有另一個(gè)核心挑戰(zhàn)——成本。
業(yè)內(nèi)人士表示，目前固態(tài)電池的成本相對(duì)較高，在沒有大規(guī)模量產(chǎn)的前提下，全固態(tài)電池材料成本約為 1.5-2.5 元 /wh，若制成 100 度的電池包，材料成本在 15-25 萬元，加上其他因素，一塊電池成本突破 30 萬元也有可能。
2024年半固態(tài)/固態(tài)電池企業(yè)融資擴(kuò)產(chǎn)情況
2024年，固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)艿搅速Y本市場(chǎng)的極大關(guān)注，相關(guān)企業(yè)開啟融資競(jìng)賽，至今仍在持續(xù)升溫。截至目前，國(guó)內(nèi)大約有20多家固態(tài)電池制造領(lǐng)域企業(yè)（含固態(tài)電池、固態(tài)電解質(zhì)、正極材料等）共獲得73輪融資。其中跨界者有如富士康、紅豆股份、高樂股份等，車企有比亞迪、蔚來、吉利等，電池企業(yè)則有比亞迪、寧德時(shí)代、億緯鋰能等。
此外，材料企業(yè)有贛鋒鋰業(yè)、當(dāng)升科技、廈鎢新能，隔膜領(lǐng)域龍頭星源材質(zhì)均入局固態(tài)電池領(lǐng)域。預(yù)計(jì)2024年全年固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)鏈融資項(xiàng)目數(shù)和融資金額都有望超過2023年，再創(chuàng)新高。
其中，3月份，中科固能完成近億元天使輪融資，湖南升容科技有限公司完成數(shù)千萬元天使輪融資，湖南毅華新能源有限公司完成數(shù)千萬元天使輪融資；5月份，中科深藍(lán)匯澤完成數(shù)億元Pre-A輪融資，瑞固新材獲得超億元天使輪融資；6月份，瀚宇新能源完成1.3億元Pre-A輪融資，合源鋰創(chuàng)完成億元級(jí)的Pre-A輪融資；8月份，索理德成功完成A輪超億元融資；9月份，太藍(lán)新能源完成數(shù)億元B輪融資，柔荷新能完成數(shù)千萬元的天使輪融資；10月份，中科深藍(lán)匯澤完成Pre-A輪融資。
從融資數(shù)量來看，清陶能源獲10輪融資，北京衛(wèi)藍(lán)新能源科技股份有限公司獲8輪融資，欣界能源科技（江蘇）有限公司、太藍(lán)新能源、深圳索理德新材料科技有限公司獲7輪融資，排名靠前；從融資金額看，在公開融資金額的企業(yè)中，清陶能源已獲融資金額最高，至今共融資超30億元。
表：2024年固態(tài)/半固態(tài)電池企業(yè)部分融資事件
在大量融資推動(dòng)下，半固態(tài)/固態(tài)電池產(chǎn)能擴(kuò)產(chǎn)項(xiàng)目也隨之飆升。據(jù)CESA儲(chǔ)能應(yīng)用分會(huì)產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)庫不完全統(tǒng)計(jì)，2024年1-12月，共42個(gè)固態(tài)/半固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目更新了動(dòng)態(tài)，新增總年產(chǎn)能235.5GWh，其中，31個(gè)項(xiàng)目披露投資金額，總計(jì)1275.29億元，16個(gè)項(xiàng)目披露達(dá)產(chǎn)后年產(chǎn)值，總計(jì)966億元。其中，新增投產(chǎn)項(xiàng)目7個(gè)，投產(chǎn)年產(chǎn)能4.9GWh，占比2.08%；新增開工/在建項(xiàng)目20個(gè)，規(guī)劃年產(chǎn)能154.6GWh，占比65.65%；新增規(guī)劃（含新增擬建/簽約/環(huán)評(píng)獲批等）項(xiàng)目共15個(gè)，規(guī)劃年產(chǎn)能76GWh，占比32.27%。
表：2024年部分半固態(tài)/固態(tài)電池儲(chǔ)能擴(kuò)產(chǎn)項(xiàng)目
表：2024年半固態(tài)/固態(tài)電池儲(chǔ)能投運(yùn)項(xiàng)目
半固態(tài)/固態(tài)電池企業(yè)產(chǎn)品技術(shù)進(jìn)展
2024年，固態(tài)電池在技術(shù)研發(fā)進(jìn)度上不斷加速。尤其下半年以來，各大車企、動(dòng)力電池和產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)，頻頻拋出有關(guān)固態(tài)電池新進(jìn)展的消息。截至目前，已有超過20家國(guó)內(nèi)企業(yè)先后公布了全固態(tài)電池、半固態(tài)電池的研發(fā)或上車進(jìn)展。
寧德時(shí)代
在半固態(tài)電池技術(shù)中，寧德時(shí)代于2023年4月推出凝聚態(tài)電池，能量密度可高達(dá)500Wh/kg，并具備優(yōu)秀的充放電性能，2024年已具備車規(guī)級(jí)量產(chǎn)能力，同時(shí)進(jìn)行航空級(jí)合作開發(fā)。在全固態(tài)電池技術(shù)中，寧德時(shí)代布局硫化物路線，目標(biāo)2027年小批量量產(chǎn)。同時(shí)，寧德時(shí)代在2024年增加了對(duì)全固態(tài)電池的研發(fā)投入，已將全固態(tài)電池研發(fā)團(tuán)隊(duì)擴(kuò)充至超1000人，全力主攻硫化物路線，近期已進(jìn)入20Ah樣品試制階段。
比亞迪
比亞迪旗下的弗迪動(dòng)力將占據(jù)絕對(duì)成本比重的硫化物（或?yàn)榱蚧?鹵化物復(fù)合）固態(tài)電解質(zhì)降本計(jì)劃為到2027年硫化物成本較2024年降本效果實(shí)現(xiàn)15~20倍，2030年通過合成工藝改善及優(yōu)化，相較2027年在下降30%~50%，2033年通過規(guī)?；试俳当炯s20%~30%。量產(chǎn)時(shí)間表方面，計(jì)劃于2027年小批量產(chǎn)，搭載于比亞迪高端車型作為示范項(xiàng)目，規(guī)模為1000臺(tái)左右。2030年為市場(chǎng)推廣期，預(yù)計(jì)將有4萬臺(tái)車輛裝機(jī)全固態(tài)電池，并開始下探到主流價(jià)格段的車型。
欣旺達(dá)動(dòng)力
欣旺達(dá)動(dòng)力在固態(tài)電池領(lǐng)域有八年的研發(fā)積累，計(jì)劃于2025年建成固態(tài)電池生產(chǎn)線，2026年推出第一代固態(tài)電池。公司在半固態(tài)和全固態(tài)電池方面采取多條路線并行策略，第一代固態(tài)電池將實(shí)現(xiàn)400Wh/kg的能量密度，并通過多項(xiàng)技術(shù)突破提高安全性和降低成本。
力神電池
力神公司目前已經(jīng)完成了固態(tài)電池的批量生產(chǎn)，推出了350Wh/kg的產(chǎn)品，并正在進(jìn)行AR開發(fā)和送樣。這表明公司在固態(tài)電池技術(shù)上已經(jīng)進(jìn)入了實(shí)際應(yīng)用階段，并具備了一定的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
力神公司在電池技術(shù)路線上的選擇主要集中在聚合物和氧化物復(fù)合路線，通過技術(shù)創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)了高能量密度電池的開發(fā)。這種技術(shù)路線有助于提升電池的整體性能和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。公司產(chǎn)品能夠滿足多項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，如20V充電、150℃熱穩(wěn)定性等，表明其產(chǎn)品在技術(shù)性能上具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，有助于進(jìn)一步擴(kuò)大市場(chǎng)份額。
衛(wèi)藍(lán)新能源
衛(wèi)藍(lán)目前能量產(chǎn)的產(chǎn)品均為混合固液電池（半固態(tài)電池），全固態(tài)電池仍處于研發(fā)階段。此前衛(wèi)藍(lán)在2016年提出了“原位固化”的創(chuàng)新思路，通過化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)將液態(tài)電解質(zhì)轉(zhuǎn)化為固態(tài)電解質(zhì)，以解決固體接觸難題。這一技術(shù)已獲得行業(yè)認(rèn)可，并應(yīng)用于寧德時(shí)代的凝聚態(tài)電池中。衛(wèi)藍(lán)還通過與行業(yè)龍頭企業(yè)合作，推動(dòng)關(guān)鍵材料和設(shè)備的產(chǎn)業(yè)化，以分?jǐn)偝杀竞徒鉀Q工程化難題。
衛(wèi)藍(lán)在低空動(dòng)力領(lǐng)域推出了全球首款混合固態(tài)無人機(jī)電池，提升了無人機(jī)的續(xù)航能力。公司還在便攜式移動(dòng)電源和小型儲(chǔ)能領(lǐng)域推出了高比能和高安全性的產(chǎn)品，能夠替代小型柴油發(fā)電機(jī)，適用于野外施工和應(yīng)急救援。
在動(dòng)力電池方面，衛(wèi)藍(lán)的360Wh/kg電池已應(yīng)用于蔚來汽車，提供更高的能量密度和更輕的電池包重量。公司還開發(fā)了高性能軟包電池和大圓柱電池，后者在系統(tǒng)上易于實(shí)現(xiàn)無熱擴(kuò)散，具備較好的容量保持率。
衛(wèi)藍(lán)開發(fā)的儲(chǔ)能電池具備高安全性和經(jīng)濟(jì)性，已在工商業(yè)儲(chǔ)電柜和電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能中應(yīng)用。公司推出的混合固液儲(chǔ)能系統(tǒng)在全球范圍內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)百兆瓦時(shí)級(jí)應(yīng)用，具備較高的運(yùn)行效率。
衛(wèi)藍(lán)計(jì)劃在2027年實(shí)現(xiàn)小批量全固態(tài)電池的示范性應(yīng)用，目標(biāo)是通過氧化物聚合物體系實(shí)現(xiàn)低成本生產(chǎn)。固態(tài)電池的未來發(fā)展需要整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的合作，尤其是在新材料和設(shè)備端的創(chuàng)新，以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化制造和智能安全預(yù)警。
利元亨
半固態(tài)電池中，液態(tài)電解質(zhì)的添加量較小，僅為5%到10%，而全固態(tài)電池則取消了隔膜，采用固態(tài)電解質(zhì)替代。全固態(tài)電池需要較大的壓力來改善固固界面，這對(duì)制造設(shè)備提出了更高的要求。
對(duì)此利元亨提出了半固態(tài)和全固態(tài)電池的整線方案，設(shè)備覆蓋了半固態(tài)的兩種工藝路線和全固態(tài)的三種化學(xué)體系，能夠滿足氧化物、聚合物半固態(tài)電池以及硫化物、氯化物全固態(tài)電池的生產(chǎn)需求。這表明公司在固態(tài)電池生產(chǎn)設(shè)備上的全面布局和技術(shù)儲(chǔ)備。
同時(shí)，利元亨在固態(tài)電池的制造設(shè)備上進(jìn)行了創(chuàng)新，推出了膠體印刷工藝，用于提供骨架支撐，防止在高壓下邊緣變形導(dǎo)致短路。此外，公司還推出了多種設(shè)備，包括電子的單反同步設(shè)備、輥壓熱復(fù)合雙軋一體機(jī)等，旨在提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。同時(shí)，公司開發(fā)了一款高壓化成設(shè)備，適用于固態(tài)電池的生產(chǎn)。該設(shè)備能夠承受更大的聚集壓力，達(dá)到每個(gè)電池10MPa，并增加了130多項(xiàng)安全保護(hù)功能，以確保硫化物固態(tài)電池的安全性。這表明公司在設(shè)備安全性和性能上的高度重視。
清研納科
清研納科作為清華大學(xué)研究孵化的企業(yè)，專注于干法電極裝備的研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造和銷售，致力于推動(dòng)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步。早在2012年，公司就開始研究干法電極的成膜技術(shù)，即通過粉體直接成膜的方式，避免了傳統(tǒng)濕法工藝中溶劑的使用。這一技術(shù)不僅減少了能耗和占地面積，還與固態(tài)電池天然契合。通過多年的研究和實(shí)驗(yàn)，公司已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了干法電極的量產(chǎn)，并在廣東肇慶建立了三條生產(chǎn)線。
干法電極的核心技術(shù)在于粉體的直接成膜以及成膜的清理性。清研納科通過不斷的技術(shù)迭代，從最初的擠出、抑制棒、壓模方式轉(zhuǎn)向粉體成膜路線。2012年，公司獲得深圳市政府的應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)項(xiàng)目支持，進(jìn)一步推動(dòng)了這一技術(shù)的研究和應(yīng)用。
近年來，清研納科在干法電極裝備的開發(fā)上取得了顯著進(jìn)展。公司在2023年10月建成了國(guó)內(nèi)首條自動(dòng)化貫通線，實(shí)現(xiàn)了從物料自動(dòng)輸送到成膜的全自動(dòng)化流程。這條生產(chǎn)線位于深圳龍崗，面積達(dá)1200平方米，能夠處理四種物料的全自動(dòng)上料，設(shè)計(jì)機(jī)械速度達(dá)到50米每分鐘。
清研納科與多家車企及科研院所合作，參與了固態(tài)電池相關(guān)項(xiàng)目的開發(fā)。公司計(jì)劃在2025年實(shí)現(xiàn)1米幅寬、80米速度的量產(chǎn)機(jī)型及整線解決方案，以滿足市場(chǎng)對(duì)高效生產(chǎn)設(shè)備的需求。公司計(jì)劃在2024年籌建國(guó)內(nèi)第一條GWh產(chǎn)線，所有設(shè)備已經(jīng)定型。這條產(chǎn)線將采用三層樓的建設(shè)模式，實(shí)現(xiàn)物料的全自動(dòng)輸送和粉體成膜。
曼恩斯特
固態(tài)電池技術(shù)因其高能量密度、高安全性和高循環(huán)壽命等特點(diǎn)，成為電池技術(shù)發(fā)展的前沿方向。隨著資金和技術(shù)的推動(dòng)，固態(tài)電池有望在未來崛起，成為市場(chǎng)的主流選擇。相較于傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池，固態(tài)電池在材料特性和工藝制程上具有明顯優(yōu)勢(shì)。干法制膜工藝通過減少溶劑使用，降低設(shè)備成本和污染，同時(shí)提升電池的物理化學(xué)性能和安全性。
干法工藝通過無溶劑或少溶劑的方法制造固態(tài)電池極片，涉及材料預(yù)處理、定量上料、混合消化、預(yù)成膜等環(huán)節(jié)。曼恩斯特公司在混料環(huán)節(jié)提供多種高效混合設(shè)備，確保材料混合均勻，防止污染和氧化，操作簡(jiǎn)便。在成膜環(huán)節(jié)，關(guān)鍵指標(biāo)是成膜的壓力和溫度。曼恩斯特配備精確的壓力和溫度控制系統(tǒng)，能夠根據(jù)不同材料類型和工藝要求設(shè)置操作參數(shù)，確保成型進(jìn)度高、生產(chǎn)效率快，保證形狀和尺寸的穩(wěn)定性。
干法制膜技術(shù)在效率、穩(wěn)定性、成本和環(huán)保方面相較于液態(tài)技術(shù)具有顯著優(yōu)勢(shì)，特別是在固態(tài)電池的應(yīng)用中有較大的成長(zhǎng)空間。然而，技術(shù)進(jìn)展仍需解決許多關(guān)鍵問題，如更高階的壓力控制和更精細(xì)的工藝控制能力。
深藍(lán)匯澤
固態(tài)電池的三大技術(shù)路線包括聚合物基、氧化物基和硫化物基。聚合物基電池在工作溫度下材質(zhì)較軟，改善了界面接觸，但缺乏機(jī)械強(qiáng)度，且工作溫度較高。氧化物基電池的無機(jī)陶瓷面臨界面接觸失效的挑戰(zhàn)，尤其是在承壓時(shí)容易產(chǎn)生裂紋。
對(duì)此深藍(lán)匯澤研發(fā)了一種“剛?cè)岵?jì)”技術(shù)，通過在電池中引入鋼筋骨架，提高了結(jié)構(gòu)支撐能力，并通過添加聚合物材料改善界面接觸。這種技術(shù)使得電解質(zhì)從正極材料表面生長(zhǎng)出來，解決了界面接觸問題，并提高了電池的機(jī)械性能。
2024年，深藍(lán)匯澤在固態(tài)電池的研發(fā)中取得了顯著進(jìn)展，積累了四代技術(shù)，能量密度從220Wh/kg提升至600Wh/kg。公司在杭州建設(shè)了一條1MWh的生產(chǎn)線，預(yù)計(jì)明年5-6月產(chǎn)品將下線。目前正在進(jìn)行生產(chǎn)線的安裝和裝修工程，計(jì)劃在常州進(jìn)行更多的生產(chǎn)活動(dòng)。公司計(jì)劃于2025年夏天量產(chǎn)新型固態(tài)電池，其特點(diǎn)包括高能量密度（315Wh/kg）、高安全性（150攝氏度熱箱1小時(shí)）、支持3C快充和6C放電倍率，適用于動(dòng)力汽車和自動(dòng)系統(tǒng)。
公司目標(biāo)客戶包括高性能、高安全、高能量密度的應(yīng)用領(lǐng)域，如電動(dòng)船舶和儲(chǔ)能系統(tǒng)。儲(chǔ)能系統(tǒng)主要針對(duì)電網(wǎng)的安全性需求，此外，公司還開發(fā)了適用于銀行業(yè)和家庭的高功率、高安全性電池產(chǎn)品。
太藍(lán)新能源
太藍(lán)公司在固態(tài)電池領(lǐng)域提出了“4321”創(chuàng)新理念，旨在通過去除隔離膜和負(fù)極等部件，提升電池的活性物質(zhì)比例，進(jìn)而提高電池的能量密度和安全性。這一創(chuàng)新理念標(biāo)志著電池技術(shù)的重大變革，推動(dòng)了固態(tài)電池的研發(fā)和應(yīng)用。
太藍(lán)公司通過材料和工藝創(chuàng)新，成功研發(fā)出具有電子絕緣和離子導(dǎo)通雙重功能的固態(tài)電解質(zhì)材料。該材料不僅薄且具備良好的韌性和兼容性，同時(shí)其電導(dǎo)率顯著高于市面上的氧化物材料，達(dá)到1.5-4.4M。這一突破為固態(tài)電池的安全性和性能提升提供了重要支持。
太藍(lán)公司展示了其無隔膜固態(tài)電池技術(shù)的安全性，該技術(shù)在耐高溫、耐擠壓等方面表現(xiàn)出色。固態(tài)電池在高溫灼燒后仍保持良好的電絕緣性能，且在500攝氏度以上的高溫下仍能保持完整。這表明固態(tài)電池在極端條件下的安全性顯著優(yōu)于傳統(tǒng)電池。
太藍(lán)的無隔膜固態(tài)電池在耐擠壓測(cè)試中表現(xiàn)出色，電量超過60%后仍能保持穩(wěn)定，而傳統(tǒng)液態(tài)電池在電量超過30%后即失效并起火。固態(tài)電池的耐高溫性能也優(yōu)于液態(tài)電池，在200攝氏度的環(huán)境下放置30分鐘仍保持穩(wěn)定。這些性能提升使固態(tài)電池在安全性上具有顯著優(yōu)勢(shì)。
太藍(lán)公司計(jì)劃在未來幾年內(nèi)實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池的量產(chǎn)和市場(chǎng)應(yīng)用。半固態(tài)電池樣件已生產(chǎn)完成，預(yù)計(jì)明年進(jìn)行高端開發(fā)和智能汽車新驗(yàn)證。全固態(tài)電池的研發(fā)也在進(jìn)行中，預(yù)計(jì)2026年實(shí)現(xiàn)小型電池的量產(chǎn)。公司在全球范圍內(nèi)布局研發(fā)和生產(chǎn)基地，以推動(dòng)固態(tài)電池的普及應(yīng)用。
嘉拓智能
嘉拓智能在固態(tài)電池設(shè)備領(lǐng)域取得了顯著進(jìn)展。自2018年組建團(tuán)隊(duì)以來，公司在研發(fā)和市場(chǎng)拓展方面取得了顯著成效。到2023年，公司已成功交付9臺(tái)套工業(yè)設(shè)備，并在2024年進(jìn)一步擴(kuò)大交付量至40多臺(tái)套。這表明公司在技術(shù)研發(fā)和市場(chǎng)拓展方面的持續(xù)努力和成功。
嘉拓智能在新型固態(tài)電池工藝方面進(jìn)行了深入研究和開發(fā)，特別是在無溶劑殘留的安全環(huán)保工藝上取得了突破。該工藝不僅降低了成本，還提高了電池的容量適配性，顯示出較高的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
嘉拓智能開發(fā)了一系列創(chuàng)新設(shè)備，以滿足不同客戶和實(shí)驗(yàn)室的需求。這些設(shè)備包括一體化設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)從自動(dòng)上料到成膜的全流程自動(dòng)化，已在部分充電廠投入使用。此外，公司還推出了雙面成膜設(shè)備，具備高自動(dòng)化和集成化水平，能夠滿足多種材料的加工需求。
宜賓鋰寶
宜賓鋰寶認(rèn)為，固態(tài)電池的正極材料開發(fā)面臨的主要問題包括界面穩(wěn)定性、電化學(xué)穩(wěn)定性、機(jī)械接觸穩(wěn)定性和成本問題。正極材料的開發(fā)需要考慮如何優(yōu)化活性物質(zhì)的占比、粒徑和形貌，以構(gòu)建有效的離子傳輸通道，并通過梯度電極設(shè)計(jì)改善電子和離子傳輸性能。
固態(tài)電池正極材料的改進(jìn)策略包括從電極層面減小離子傳輸路徑的不均勻性，從顆粒層面抑制充放電過程中的體積變化，以及從納米層面調(diào)整界面接觸的穩(wěn)定性。通過這些措施，可以提高固態(tài)電池的能量密度和循環(huán)性能。
針對(duì)硫化物正極材料的開發(fā)，宜賓鋰寶采用了表面包覆改進(jìn)策略，通過篩選適合的包覆劑和退火處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)表面包覆的均勻性和對(duì)電解質(zhì)的有效保護(hù)，從而提升電池的容量和初始效率。
藍(lán)廷新能源
藍(lán)廷新能源認(rèn)為，隔膜技術(shù)的創(chuàng)新包括在隔膜上增加功能層，以增強(qiáng)電池的耐熱性和抗穿刺性，特別是在半固態(tài)電池中，通過減少電解液的使用，改善離子傳導(dǎo)界面。全固態(tài)電池的發(fā)展需要進(jìn)一步的技術(shù)突破，盡管理想狀態(tài)下不需要隔膜，但當(dāng)前技術(shù)仍需某種形態(tài)的隔膜來支持。
固態(tài)電池的關(guān)鍵材料包括特種基膜和固態(tài)電解質(zhì)，后者分為無機(jī)和有機(jī)物質(zhì)。藍(lán)庭新能源專注于氧化物電解質(zhì)的開發(fā)，特別是LLCO、鑭鋰鈦氧和磷酸鈦鋁等材料，這些材料將在固態(tài)電解質(zhì)中發(fā)揮重要作用。
MOF復(fù)合材料被認(rèn)為是未來可能超越現(xiàn)有固態(tài)電解質(zhì)的材料，因其特定的孔隙和結(jié)構(gòu)，能夠有效抑制陰離子遷移并促進(jìn)鋰離子產(chǎn)出。藍(lán)庭新能源已量產(chǎn)兩款MOF材料，未來可能向市場(chǎng)銷售，顯示出該材料在創(chuàng)新中的潛力。
半固態(tài)/固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)
產(chǎn)業(yè)鏈上游：原材料和設(shè)備
固態(tài)電池的主要原料礦產(chǎn)有鋰、鈷、鎳、錳、磷、硫等，這些礦產(chǎn)的儲(chǔ)量和分布對(duì)固態(tài)電池的成本和供應(yīng)有重要影響，中國(guó)是全球最大的鋰礦資源消費(fèi)國(guó)，但是鋰資源儲(chǔ)量較少，主要依賴進(jìn)口，同時(shí)鈷、鎳等資源也存在供應(yīng)不足的風(fēng)險(xiǎn)；固態(tài)電池的生產(chǎn)設(shè)備主要有攪拌機(jī)、疊片機(jī)、涂布機(jī)、注液機(jī)、切分機(jī)、混合設(shè)備、卷燒機(jī)等，此類生產(chǎn)設(shè)備相比液態(tài)鋰電池生產(chǎn)設(shè)備而言需要更高的精度和穩(wěn)定性，目前已基本實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，行業(yè)毛利率在30%—35%。
產(chǎn)業(yè)鏈中游：電芯材料和固態(tài)電池制造
（1）固態(tài)電池/半固態(tài)電池的電芯材料可部分沿用現(xiàn)有液態(tài)鋰電池材料體系，但在負(fù)極材料和隔膜方面會(huì)造成一定的沖擊。正極材料來看，半固態(tài)電池可以與現(xiàn)有液態(tài)鋰電池所用的正極體系（如磷酸鐵鋰、三元、錳酸鋰、鈷酸鋰等）進(jìn)行匹配，全固態(tài)電解質(zhì)能夠兼容當(dāng)前的正極材料體系，同時(shí)可匹配高電壓的正極材料（如富鋰錳基等）；負(fù)極材料來看，半固態(tài)電池可以與現(xiàn)有液態(tài)鋰電池所用的負(fù)極體系（石墨系、鈦酸鋰、硅碳系等）進(jìn)行匹配，但固態(tài)電解質(zhì)納米化包覆還存在較多技術(shù)壁壘，而全固態(tài)電池由于不存在液態(tài)電解質(zhì)，金屬鋰有望成為主流負(fù)極材料；隔膜材料來看，半固態(tài)電池同樣可以沿用當(dāng)前隔膜材料體系，同時(shí)可采用固態(tài)電解質(zhì)包被隔膜，而全固態(tài)電解質(zhì)可能會(huì)取消隔膜。
（2）固態(tài)電池制造包括聚合物、氧化物、硫化物和鹵化物四種體系，其中鹵化物電解質(zhì)雖然具備低成本、環(huán)境友好、正極穩(wěn)定性等優(yōu)勢(shì)，但其離子電導(dǎo)率、正極材料兼容性、空氣/潮濕環(huán)境穩(wěn)定性等問題還有待進(jìn)一步改善，因此該路線參與者較少，市場(chǎng)主要聚焦于聚合物、氧化物、硫化物三種路線。
氧化物體系：采用氧化物作為主要固態(tài)電解質(zhì)，包括石榴石型電解質(zhì)、鈣鈦礦型電解質(zhì)、NASICON型電解質(zhì)、LIPON型電解質(zhì)四類，具有熱穩(wěn)定性強(qiáng)、電化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)、機(jī)械性能好等特點(diǎn)，同時(shí)具備較高的離子電導(dǎo)率和較低的研發(fā)成本，現(xiàn)階段研究熱點(diǎn)在于提高室溫離子電導(dǎo)率及其和電極的相容性。目前國(guó)內(nèi)眾多頭部固態(tài)電池公司如北京衛(wèi)藍(lán)、江蘇清陶、臺(tái)灣輝能都是以氧化物材料為基礎(chǔ)的固液混合技術(shù)路線為主。
硫化物體系：硫化物電解質(zhì)如硫化鋰、硫化磷需要進(jìn)行高壓下的化合，制備難度和成本較高，但其電導(dǎo)率極高的同時(shí)具有優(yōu)良的機(jī)械性能，現(xiàn)階段研究熱點(diǎn)在于提高電解質(zhì)穩(wěn)定性，降低生產(chǎn)成本、元素?fù)诫s發(fā)揮各元素協(xié)同作用等。目前硫化物體系的主要參與企業(yè)和機(jī)構(gòu)主要集中在日韓及美國(guó)，國(guó)內(nèi)企業(yè)以寧德時(shí)代為代表。
聚合物體系：由于聚合物體系和傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池接近，可利用現(xiàn)有設(shè)備通過改造進(jìn)行生產(chǎn)，具有工藝簡(jiǎn)單、成本較低等優(yōu)勢(shì)，但由于離子電導(dǎo)率、能量密度較低且高電壓正負(fù)極材料兼容性不好，因此應(yīng)用領(lǐng)域有限。目前聚合物體系的主要參與企業(yè)和機(jī)構(gòu)主要集中在歐美國(guó)家。
固態(tài)電池下游：應(yīng)用市場(chǎng)
（1）消費(fèi)電子：固態(tài)電池現(xiàn)已率先作為高安全便攜式電源于可穿戴設(shè)備、無人機(jī)等對(duì)安全性要求較高、成本敏感度較低的消費(fèi)電子產(chǎn)品上實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。例如，輝能科技已搭建40MWh半固態(tài)電池產(chǎn)線、衛(wèi)藍(lán)新能源已搭建200MWh半固態(tài)產(chǎn)線用于無人機(jī)等消費(fèi)電子中。
（2）儲(chǔ)能：固態(tài)電池符合儲(chǔ)能電池高安全、高能量密度的要求，但循環(huán)壽命、性價(jià)比受限，當(dāng)前應(yīng)用以示范性儲(chǔ)能項(xiàng)目為主，需技術(shù)突破、成本降低后才可實(shí)現(xiàn)廣泛的商業(yè)化應(yīng)用。
（3）新能源汽車：作為最主要的下游應(yīng)用市場(chǎng)，固態(tài)電池為新能源汽車提供高安全性和強(qiáng)續(xù)航能力，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)。現(xiàn)階段中國(guó)頭部車企通過自研或與電池企業(yè)密切合作的方式共同推進(jìn)固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
現(xiàn)階段全固態(tài)電池?zé)o法量產(chǎn)的主要限制因素
固態(tài)電池從實(shí)驗(yàn)室走向量產(chǎn)裝車，至少需要經(jīng)歷四個(gè)主要階段。
A樣（實(shí)驗(yàn)室樣品）：驗(yàn)證電解質(zhì)、電極材料和界面技術(shù)。
B樣（材料優(yōu)化和原型驗(yàn)證）：解決循環(huán)壽命問題，提升高倍率和快充穩(wěn)定性，評(píng)估材料的長(zhǎng)期可行性。
C樣（產(chǎn)線驗(yàn)證和中試生產(chǎn)）：驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)室成果的工業(yè)化可行性，提高良品率并控制成本。
D樣（量產(chǎn)和裝車）：完成質(zhì)量認(rèn)證和安全測(cè)試，確保大規(guī)模生產(chǎn)的一致性。即便一切順利，每個(gè)階段也需要9-12個(gè)月，總體至少3-4年的周期無法壓縮。
目前全固態(tài)電池走到量產(chǎn)階段存在的較大限制因素，主要在材料和電池制備工藝兩大方面。
材料：電解質(zhì)、負(fù)極材料、粘結(jié)劑仍然是三座很大的山。
（1）正極材料開發(fā)雖已比較定型，但仍需系統(tǒng)提升。
（2）電解質(zhì)方面，硫化物電解質(zhì)是主流，目前比較穩(wěn)定的是日本出光和三井金屬為代表的材料，但還不確定未來是否會(huì)有更好的材料。
（3）鹵化物剛開始研究，短期內(nèi)出現(xiàn)更好材料的可能性不大，但有潛力。
（4）負(fù)極材料有多種選擇，但不像正極材料那樣短期內(nèi)有明確方向。
（5）粘結(jié)劑也是個(gè)大問題，液態(tài)電池有成熟的粘結(jié)劑配方，但全固態(tài)電池還不確定用什么粘結(jié)劑能實(shí)現(xiàn)整體工藝加工。
電池制備工藝：全固態(tài)電池與液態(tài)電池制備工藝差異較大，很多工藝設(shè)備需要非標(biāo)開發(fā)。開發(fā)新設(shè)備周期長(zhǎng)，從樣品開發(fā)到功能驗(yàn)證、功能迭代、解決驗(yàn)證中發(fā)現(xiàn)的問題，再到提高生產(chǎn)效率，整個(gè)過程至少需要三年時(shí)間。在這些問題解決之前，全固態(tài)電池難以像液態(tài)電池那樣快速量產(chǎn)。
全固態(tài)電池生產(chǎn)設(shè)備相對(duì)傳統(tǒng)液態(tài)電池設(shè)備的主要難點(diǎn)
從材料說起，硫化物電解質(zhì)的合成更接近于正極里面磷酸鐵鋰材料的合成，對(duì)環(huán)境和水分要求極高。用液態(tài)電池的設(shè)備來合成硫化物電解質(zhì)會(huì)遇到很多問題，例如無法保證過程中水氧不接觸材料，合成時(shí)使用的有機(jī)溶劑多為可燃物質(zhì)，存在安全風(fēng)險(xiǎn)。
對(duì)于定型制備來說，由于電解質(zhì)材料的加入，從合漿開始就與常規(guī)液態(tài)電池有較大差異。常規(guī)的液態(tài)電池正極材料，比如說用高鎳材料，基本上粒徑都是一兩微米以上，硫化物電解質(zhì)要到亞微米、幾百納米，合漿能否用液態(tài)電池設(shè)備解決，大家都沒有做到大的量級(jí)，沒有這方面數(shù)據(jù)。
涂布：硫化物的全固態(tài)電池，用更高容量的負(fù)極，它對(duì)涂布的要求更高。比如常規(guī)液態(tài)電池涂布的單面厚度要六七十微米就可以，全固態(tài)電池估計(jì)涂布需要四五十微米。四五十微米如果還是嫌厚，用什么辦法解決？
材料的輥壓：常規(guī)液態(tài)電池特別是負(fù)極已經(jīng)比較難做輥壓了，基本上用雙管的熱輥。但是全固態(tài)他把硫化物電解質(zhì)加進(jìn)去，常規(guī)的壓能解決嗎，或者溫度是不是要加到更高，材料會(huì)不會(huì)發(fā)生反應(yīng)？鋼管材料要不要換？都需要驗(yàn)證。
疊片：液態(tài)電池大多數(shù)用卷繞工藝所以生產(chǎn)效率高，液態(tài)疊片也不需要給他施加大的壓力，也不會(huì)短路。全固態(tài)電池一定要給它施加很大的壓力，電池才能進(jìn)行能正常工作。從日本12年開始做這種大電池研發(fā)至今，沒有哪家公司能確定用何種結(jié)構(gòu)或材料就能保證電池壓出來都是成功的。
未來趨勢(shì)與展望
總體來看，目前中國(guó)固態(tài)電池行業(yè)還處于起步階段，固體電解質(zhì)材料仍存在離子電導(dǎo)率偏低、固體電解質(zhì)/電極間界面阻抗大、界面相容性較差、充放電過程中的材料體積膨脹收縮導(dǎo)致界面容易分離等問題，從而直接影響電池的低溫性能、快充性能、能量密度與功率密度，制約著行業(yè)進(jìn)一步發(fā)展。
業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為，全固態(tài)電池的規(guī)模化量產(chǎn)尚需5-10 年。在此之前，大量車企官宣的半固態(tài)電池預(yù)計(jì)搭載時(shí)間集中在2024—2026年，屆時(shí)有望率先迎來半固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化浪潮。
當(dāng)前，固態(tài)電池應(yīng)用超過70%集中在動(dòng)力領(lǐng)域，但儲(chǔ)能領(lǐng)域被認(rèn)為是短期內(nèi)帶動(dòng)增長(zhǎng)的重要領(lǐng)域。長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，動(dòng)力板塊仍是市場(chǎng)的主要集中點(diǎn)。新興市場(chǎng)如高端電動(dòng)汽車、低空飛行器、高空基站和智能機(jī)器人等領(lǐng)域，因?qū)π阅芤蟾咔覍?duì)成本不敏感，將成為固態(tài)電池的重要增長(zhǎng)點(diǎn)。
而隨著固態(tài)電池工藝的日趨成熟，技術(shù)和成本難題被逐漸攻克，未來行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模有望實(shí)現(xiàn)跨越式增長(zhǎng)，行業(yè)前景可期。有機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，2025年全球固態(tài)電池需求量為17.3GWh，到2030年全球固態(tài)電池需求量有望超過200GWh的市場(chǎng)規(guī)模，2025年至2030年年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)65.8%。
【數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與制表：裴麗娟、王虎斌】
