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发展固态电池成为产业化所需 政策推动下全固态电池产业加速

一、固态电池性能突出,具备安全性和高能量密度

目前,我国依托液态锂离子电池,已构建了全球领先的新能源汽车产业体系。但现有的锂离子电池采用了易燃的液态电解质,难以同时满足电动汽车、储能、电动航空、智能终端等行业对高能量密度、高安全性、长寿命和低成本锂电池的迫切需求。高比能、高安全性和长寿命的固态电池被全球公认为是取代现有锂离子电池的颠覆性技术之一。

正极、负极、隔膜和电解液是锂离子电池的四大关键材料,液态电池到全固态电池核心是将电解液+隔膜替换为固态电解质。锂电池根据电解质的不同,可以分成液态锂离子电池、混合固液电池(半固态或准固态)、全固态电池3类。其中,混合固液电池使用固态电解质部分取代液态电解液;而全固态电池使用固态电解质取代电解液,电池中完全不含液体。

正极、负极、隔膜和电解液是锂离子电池的四大关键材料,液态电池到全固态电池核心是将电解液+隔膜替换为固态电解质。锂电池根据电解质的不同,可以分成液态锂离子电池、混合固液电池(半固态或准固态)、全固态电池3类。其中,混合固液电池使用固态电解质部分取代液态电解液;而全固态电池使用固态电解质取代电解液,电池中完全不含液体。

资料来源:观研天下数据中心整理

液态电池、半固态电池、固态电池结构对比

电池材料 液态 半固体 全固态
正极 三元铁锂 三元高镍、超高镍 三元高镍、富锂锰基、硫/空气
负极 石墨为主可以掺硅 硅基负极、锂金属负极 锂金属负极
隔膜 湿法隔膜、干法隔膜 湿法+涂覆孔径更大 --
电解质 液体占比20-10wt% 液态占比10-1wt%,LiTFSI占比提升 固态电解质

资料来源:观研天下数据中心整理

根据观研报告网发布的《中国固态电池行业现状深度研究与发展前景预测报告(2025-2032年)》显示,固态电池性能突出,具备安全性和高能量密度。采用有机电解液的传统锂离子电池,因过度充电、内部短路等异常时电解液发热,有自燃甚至爆炸的危险。以固体电解质替代有机液体电解液的全固态锂电池,在解决传统锂离子电池能量密度偏低和使用寿命偏短这两个关键问题的同时,有望彻底解决电池的安全性问题,符合未来大容量新型化学储能技术发展的方向。

无机全固态锂电池因各组成部分均采用无机粉体材料,通过集成技术形成全电池,还具有以下几个主要方面的特点和优势:①全固体锂电池具有宽的电化学位窗口,可以大大拓展电池材料选择范围;②全固体锂电池将大大改变包括电池制造方法在内的现有概念:不使用液体,可简化外壳与电池组装工艺;③通过层叠多个电极,电池单元内形成串联,可制造出12V及24V的大放电电压电池单元。

不同类型锂基电池的特性比较

<strong>不同类型锂基电池的特性比较</strong>

资料来源:《全固态锂电池技术的研究现状及展望》,观研天下数据中心整理

二、半固态电池已步入产业化期,处于进一步商业化关键节点

半固态电池的概念最早可以追溯到20世纪70年代,2011年美国麻省理工学院的科学家Yet-MingChiang提出“液流电池”概念,用带有细微颗粒的悬浮液作为电极研制而成半固态电池。在这种半固态电池中,电极是由微小的锂化合物粒子与液态电解液混合而成的泥浆状物质构成,这是半固态电池技术的重要起源。2012-2016年间是半固态电池的启动期,此时尚处于实验室研究和初步探索阶段。2017-2022年是半固态电池的高速发展期,这一阶段材料研发及电池性能提升取得进展,同时产业界开始关注并布局相关技术。2023年以来,半固态电池逐渐步入产业化,并处于商业化前夕的关键节点。

半固态电池的概念最早可以追溯到20世纪70年代,2011年美国麻省理工学院的科学家Yet-MingChiang提出“液流电池”概念,用带有细微颗粒的悬浮液作为电极研制而成半固态电池。在这种半固态电池中,电极是由微小的锂化合物粒子与液态电解液混合而成的泥浆状物质构成,这是半固态电池技术的重要起源。2012-2016年间是半固态电池的启动期,此时尚处于实验室研究和初步探索阶段。2017-2022年是半固态电池的高速发展期,这一阶段材料研发及电池性能提升取得进展,同时产业界开始关注并布局相关技术。2023年以来,半固态电池逐渐步入产业化,并处于商业化前夕的关键节点。

资料来源:观研天下数据中心整理

全固态电池尚处于研发阶段,有望逐步实现量产。在早期电化学研究阶段,英国科学家约瑟夫·汤姆逊前瞻性提出了利用固态电解质实现更稳定电池循环的概念,19世纪中期硫化银、氟化铅等固态电解质材料的发现为固态电池的后续发展奠定了关键性的道路。1992年,美国橡树岭国家实验室开发了一种无机固态电解质(LiPON),并成功组装固态电池,标志着全固态电池发展的重要转折点。随后多种固态电解质材料被陆续发现,21世纪后市场需求的推动下,全固态电池在电解质材料、电极材料以及界面工程等领域的研发取得显著发展。整体而言全球各国都在积极发展全固态电池的研发,日本丰田公司已经宣布了其全固态电池量产的时间表,韩国三星等公司已经宣布建设全固态电池生产线,全固态电池技术正加快从研发走向量产的进程。

三、发展固态电池是产业化所需,更是全球化竞争必然之举

需求端:新能源汽车+低空经济+机器人,多重场景提振固态电池需求。新能源汽车领域普遍预期全固态电池在2026年装车、2027年小批量生产。低空经济为固态电池打开新市场,中国民用航空局预估,到2025年中国低空经济市场规模将达到1.5万亿元,目前eVTOL所需的电池能量密度要达300Wh/kg以上,固态电池产业有望快速发展。同时,固态电池还是人形机器人当前最优动力解决方案,能为人形机器人提供更持久的续航能力、更高的安全性,以及更灵活的内部空间布局。

车端固态电池量产时间表

公司 时间 进展与目标
宁德时代 2024.11 增加了对全固态电池的研发投入,已将全固态电池研发团队扩充至超1000 人,计划2027年实现全固态电池小批量生产。
太蓝新能源、长安汽车 2024.11 联合举办无隔膜固态锂电池技术发布会,无隔膜半固态电池计划于2026年进行装车验证/测试,无隔膜全固态电池计划于2027年实现批量生产。
广汽集团 2024.11 目前已初步打通全固态电池全流程制造工艺,取得车规级高安全大容量全固态动力电池量产的关键技术突破,并具有超高能量密度、超高安全性及大容量全固态电芯三大核心优势,预计于2026年装车搭载于昊铂车型。
奇瑞 2024.10 在2024奇瑞全球创新大会上,奇瑞正式公布鲲鹏电池品牌,及全固态电池2026年投入定向运营(上车)、2027年批量上市。

资料来源:观研天下数据中心整理

广汽集团第三代人形机器人GoMate,搭载固态电池续航达到6

<strong>广汽集团第三代人形机器人</strong><strong>GoMate</strong><strong>,搭载固态电池续航达到</strong><strong>6</strong><strong>小</strong><strong>时</strong>

资料来源:观研天下数据中心整理

必要性:以固态电池为代表的新型电池正在重构国际电池及能源市场竞争格局。固态电池技术是发展兼具高能量密度、高安全性、长寿命和低成本的下一代电池的重要保证,当前全球主要国家及地区均在加快布局固态电池研发和产业化。

截至2024年4月,全球固态电池专利申请量排名前5的国家和地区依次为:日本、中国、美国、韩国、欧洲。日本的专利申请量排名世界第一,日本在电池领域的研究起步早、积累丰富,日本打造车企和电池厂共同研发体系,政府资金扶持力度超2千亿日元,力争2030年实现全固态电池商业化。我国的专利申请量排名世界第二,自2016年以来,我国年专利申请量跃居世界首位。2024年我国投入约60亿元用于全固态电池研发,宁德时代、比亚迪、一汽、上汽、卫蓝和吉利共六家企业获得政府基础研发支持。

截至2024年4月,全球固态电池专利申请量排名前5的国家和地区依次为:日本、中国、美国、韩国、欧洲。日本的专利申请量排名世界第一,日本在电池领域的研究起步早、积累丰富,日本打造车企和电池厂共同研发体系,政府资金扶持力度超2千亿日元,力争2030年实现全固态电池商业化。我国的专利申请量排名世界第二,自2016年以来,我国年专利申请量跃居世界首位。2024年我国投入约60亿元用于全固态电池研发,宁德时代、比亚迪、一汽、上汽、卫蓝和吉利共六家企业获得政府基础研发支持。

数据来源:《固态电池关键材料体系发展研究》,观研天下数据中心整理

四、政策推动下的全固态电池产业加速

2020年10月,国务院通过《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》,首次将固态电池明确为新能源汽车产业的重点发展方向,并强调了加速其研发与产业化进程的重要性。23年1月,由工信部等六部门携手制定的《关于推动能源电子产业发展的指导意见》中,又进一步细化了对固态电池标准体系研究的强化要求。

国家自然基金委员会发布《关于发布超越传统的电池体系重大研究计划2024年度项目指南的通告》,明确指出将重点支持高比能长寿命高安全的固态电池等项目,旨在通过关键材料和技术的创新,推动技术突破。

2025年2月,在第二届中国全固态电池创新发展高峰论坛上,众多专家学者、研究机构及企业代表共同聚焦材料科学、新工艺与新装备的进展,与会者们深入探讨了全固态电池的创新突破与面临的挑战,众多专家认为,固态电池有望在2027年实现量产。

4月15日,工业和信息化部组织制定的强制性国家标准《电动汽车用动力蓄电池安全要求》(GB38031-2025)发布,将于2026年7月1日起开始实施。新国标聚焦的三大领域:热扩散、底部撞击和快充循环安全性,充分体现出对电池设计与材料的高要求。

固态电池因其固态电解质的优越性,在安全性方面具备明显优势。相比于传统的液态电池,固态电池的耐高温性、不可燃性和无泄漏特性,使其更加适合在高端电动汽车中广泛应用。新国标的实施,无疑加速了固态电池从实验室走向实际量产的进程,尤其是在车企对安全性的高度关注下,预计将大力推动全固态电池的商业化进程。

中国固态电池行业最新政策汇总

时间 政策名称 主要内容
2024年2月 《锂电池行业规范条件(2024年本)》 增加固态单体电池产品性能要求:单体电池能量密度≥300Wh/kg,电池组能量密度≥260Wh/kg。循环寿命≥1000次,容量保持率≥80%。
2023年12月 《关于加强新能源汽车与电网融合互动的实施意见》 加大动力电池关键技术攻关,在不明显增加成本基础上将动力电池循环寿命提升至3000次及以上,攻克高频度双向充放电工况下的电池安全防控技术。
2023年1月 《关于推动能源电子产业发展的指导意见》 加强新型储能电池产业化技术攻关,推进先进储能技术及产品规模化应用,加快研发固态电池、钠离子电池、氢储能/燃料电池等新型电池。
2022年6月 《科技支撑碳达峰碳中和实施方案(2022-2030)》 研发压缩空气储能、飞轮储能、液态和固态锂离子电池储能,钠离子电池储能、液流电池储能等高效储能技术;研发梯级电站大型储能等新型储能应用技术以及相关储能安全技术。
2022年1月 《“十四五”新型储能发展实施方案》 开展钠离子电池、新型锂离子电池、铅炭电池、液流电池、压缩空气、氢(氨)储能、热(冷)储能等关键核心技术、装备和集成优化设计研究,集中攻关超导、超级电容等储能技术,研发储备液态金属电池、固态锂离子电池、金属空气电池等新一代高能量密度储能技术。
2021年10月 《2030年前碳达峰行动方案》 聚焦化石能源绿色智能开发和清洁低碳利用、可再生能源大规模利用、新型电力系统、节能、氢能、储能、动力电池、二氧化碳捕获利用与封存等重点,深化应用基础研究。
2020年10月 《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》 开展正负极材料、电解液、隔膜、膜电极等关键核心技术研究,加强高强度、轻量化、高安全、低成本、长寿命的动力电池和燃料电池系统短板技术攻关,加快固态动力电池技术研发及产业化。

资料来源:观研天下数据中心整理

资料来源:观研天下数据中心整理

资料来源:央视新闻,观研天下数据中心整理(wys)

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