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固态电池产业化进程加速 半固态将率先产业化

1、固态电池相关定义、特点

固态锂电池相比液态锂电池,改进的部分主要是固态电解质替代电解液。根据液态电解质占电芯材料混合物的质量分数分类,电池可细分为液态性能(25%)、半固态(5%-10%)、准固态(0%-5%)和全固态(0%)四大类,其中半固态、准固态和全固态三种统称为固态电池。固态电池电解质主要选用氧化物、硫化物、聚合物,电解质以薄膜的形式分割正负极,从而替代隔膜。负极从石墨体系升级到了预锂化的硅基负极或者锂金属负极,正极从高镍升级到超高镍、镍锰酸锂、富锂锰基等正极,能量密度可达500Wh/kg以上。当前半固态锂电池已量产,准固态电池在小试中,预计2024年下半年量产,全固态预计2027年之后量产。

半固态/准固态/全固态对比

种类

定义

变化

半固态

液体电解质质量百分比<10%

减少液态电解质的用量,增加氧化物和聚合物的复合电解质

电解质:氧化物主要以隔膜涂覆和正负极包覆形式添加,聚合物以框架网络形式填充

负极:从石墨体系升级到预锂化的硅基负极、锂金属负极

正极:从高镍升级到了高镍+高电压、富锂锰基等正极

隔膜:仍保留并涂覆固态电解质涂层锂盐:从六氟磷酸锂升级为LiTFSI

准固态/类固态

液体电解质质量百分比<5%

全固态

不含有任何液体电解质

选用氧化物、硫化物、聚合物等作为固态电解质,以薄膜的形式分割正负极,从而替代隔膜的作用负极:从石墨体系升级到预锂化的硅基负极、锂金属负极正极:从高镍升级到超高镍、镍锰酸锂、富锂锰基等正极

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分析与发展前景预测报告(2025-2032年)》显示,电池能量密度的提升核心取决于对正负极活性材料的选择,理论上要选择更高比容量的活性物质,但由于液态电解质电化学窗口较窄,高压高比容量的正极材料存在不稳定性,锂金属负极容易形成锂枝晶刺穿隔膜,形成电池短路造成安全隐患。当前液态高镍三元锂离子电芯能量密度理论极限或在350Wh/kg左右,在现有材料体系下,能量密度提升难有较大突破。

电池能量密度指标对比

材料

理论克容量(mAhlg)

首次效率

电压平台

正极

磷酸铁锂

170

295%

3.2-3.6V

钴酸锂

274

290%

2.75-4.3V

锰酸锂

148

290%

3.0-4.3V

三元NCM

274

282%

3.6-4.2V

三元NCA

279

286%

2.7-4.2V

富锂锰基

300

280%

2-4.8V

负极

石墨

372

90%

0.2V

硅基

3580-4200

60-92%

0.3-0.5V

锂金属

3860

-

-

资料来源:观研天下数据中心整理

由于固态电解质电化学窗口更宽(>5V),可以兼具更高电势和更低还原电位的正负极材料,适配硅基、锂金属负极等材料(硅基负极理论容量高达3580mAh/g,远高于石墨负极的372mAh/g)。同时,固态电池结构更加简单,电芯内部可实现先串联后封装,减少封装材料的使用,在相同体积下,电池能量密度进一步提升,全固态电池能量密度有望达到500Wh/kg以上。

传统锂离子电池与固态电池的特征比较

电池奏型

能量密度

基本特征

传统锂离子电池

200-300Wh/kg

由正极材料(锂钴氧、磷酸铁锂系、锂镍氧、三元素系等)、负极材料(石墨)、电解液、隔膜、容器等组成

全固态电池(一代)

>260Wh/kg

电解液和隔膜替换为固态电解质,正负极不变

全周态电池(二代)

>400Wh/kg

电解液和隔腰替换为固态电解质。负极材料替换为锂金属负极材料,甚至不用锂金属的负极材料

全固态电池(三代)

>500Wh/kg

电解波和隔膜替换固态电解质,负极材料用锂金属材料,正极替换为克容量更高的材料

资料来源:观研天下数据中心整理

2、固态电池行业现状及趋势分析

国内目前有多家厂商涉足固态电解质的生产领域 , 多数厂商专注于氧化物和硫化物路线 。其中,一些电池企业如清陶能源和赣锋锂业,采取了一体化的布局策略,涵盖了从研发到生产的全过程。同时,还有蓝固新能源和天目先导这样的初创公司,它们通过与固态电池领域的领先企业建立紧密合作关系迅速崛起。此外,还有专注于正负极材料生产的企业,例如当升科技、容百科技、璞泰来和贝特瑞。上海洗霸、金龙羽和奥克股份,通过与科研团队的合作,成功实现了从其他领域向固态电解质生产的转型。目前,多数固态电解质厂商专注于氧化物和硫化物路线,其中,氧化物电解质中 LATP 和 LLZO 竞争力较强,同时,部分厂商会研究聚合物或者尝试复合多种材料。

固态电解质公司产业进展对比

企业名称

产品

备注

电解质

宁德时代

硫化物

性能:已建立起10Ah级别的验证平台

清陶能源

氧化物:LLZOLLTO

性能:能量密度高达320Wh/kg850Wh/L,能循环使用1000次量产:可以通过流延成型、薄膜制备等方法制备出全固态电解质膜。实现了对LZO以及LLTO陶瓷粉体、复合正负极等材料的量产,并且可以生产制备不同类型的离子导体复合隔膜等

卤化物:Li2ZrCl

性能:室温离子电导率>4mS/cm,耐压性>=4.65V成本:低于10w/t量产:具备批量化制备能力

聚合物

性能:复合后电导率〉1mS/cm膜厚度20-40um可调

中科固能

硫化物

量产:在建百吨级产线长期规划万吨级

三祥新材

LLZOLLZTOLALZO

性能:表现出了良好的电化学性能,具有可靠的安全性和低成本优势商业化:已向部分企业送样,并达到使用要求

上海洗霸

LLZTO+PAN

性能:有效均匀锂沉积,实现锂金属电池在2C下稳定循环1000次,容量保持81%

赣锋锂业

硫化物:FL-LGPSFL-LPSCFL-LPS314FL-LPS7311氧化物:NASICONGarnet

性能:离子电导率水平达到目前行业最高等级量产:达到行业领军水平。

宝丽迪

COFs共价有机材料

量产:目前已实现COFs产品量产商业化:正在做相关领域的验证及推广

蓝固新能源

LLTOLLZOLATP

量产:具备年产56500吨各类电解质材料的综合产能

当升科技

氧化物:LATP硫化物、聚合物

商业化:已与赣锋锂电、卫蓝新能源、清陶、辉能等固态电池客户建立了紧密战略合作关系,相关固态锂电产品已实现批量出货。

厦钨新能

氧化物:LLZOLATP卤化物和硫化物

性能:通过结构改善,成功开发出第二代低残碱、高比表的锂镧锆氧LLZO量产:卤化物和硫化物均实现初期量产

奥克股份

PEO聚环氧乙烷

尚处于应用开发阶段

恩捷股份

硫化物:LPSC

性能:离子电导率超10mS/cm,有效提高电池性能量产:已完成实验室技术定型,可以小批量制备8cm*10cm超薄独立支撑电解质膜片。湖南恩捷固态用高纯硫化锂产品已完成小试吨级年产能建设和运行,并搭建完成百吨级硫化锂中试生产线,处于送样阶

贝特瑞

纳米无机固态电解质:SSE聚合物:BEP氧化物:BEOLATP硫化物:BSS

量产:LATP已开始吨级出货,实现了商业化生产。

容百科技

硫化物、氧化物、卤化物

量产:硫化锂中试线于今年完成,从2025年开始推进批量生产体系建设。

璞泰来

LATPLLZO

性能:离子电导率达到10-3s/cm,粒度可控量产:在四川基地建成了年产200吨固态电解质中试产线

添加剂

瑞泰新材

LiTFSILiDFOBLiCF3S03

量产:产能共计487.5

多氟多

LiPF6LiFSINaPF6

量产:今年计划建成2000吨产能,预计出货千吨左右

华盛锂电

LiFSILiDFOB

量产:已形成小批量量产或技术储备商业化:新型锂盐产品的推广能够与公司现有传统添加剂产生协同效应

上游材料

东方锆业

高纯超细二氧化锆产品

性能:预计可应用于固态电池中的LLZOLLZTO等电解质商业化:目前处于提供样品供固态电池材料厂家研发阶段量产:年产能约为1500

凯盛新材

LIFSI

商业化:已向下游潜在客户送样,质量取得好评量产:公司10000/LiFSI项目目前尚处于建设期

设备

利元亨

干法电极核心装备具备生产固态电池整线装备研发与制造能力

202112月,利元享与清陶能源签订了4份涵盖从制片段到化成分容检测段的固态电池产线设备购销合同。从2023年年中开始,交付给清陶能源的产线已进入量产状态。目前,公司与广汽埃安建立了战略合作关系并共建联合创新实验室。

资料来源:观研天下数据中心整理

在全固态电池实现规模化量产之前,半固态电池的渐进式路线将率先走向商业化。由于短期内材料与成本依然较高,预计车规领域一些高端或特定需求的电动车型会接受一定溢价,搭载(半)固态电池,到 2030 年动力电池中固态电池渗透率达到 10%,其中主要为半固态电池;而在消费电子、航空航天等领域,下游市场对价格的敏感度较低,能够包容较高的新技术溢价,因此预计固态电池的渗透率提升将快于车用市场,2030 年固态电池渗透率达到 20%,其中全固态电池渗透率为10%。因此,预计 2030 年全球固态电池出货量将达到 396GWh,其中全固态电池出货量超85GWh。

全球固态电池出货量预测(单位:GWh

/

2023

2024E

2025E

2026E

2027E

2028E

2029E

2030E

动力电池出货量

865

1202

1574

2078

2521

2943

3361

3738

固态电池渗透率

0.1%

0.7%

1.5%

2.5%

4.1%

6.5%

8.0%

10.0%

固态电池出货量

0.8

8.5

23.6

52.0

103.4

191.3

268.9

373.8

yoy

-

963%

178%

120%

99%

85%

41%

39%

其中:半固态

0.8

8.5

23.6

52.0

100.8

176.6

235.3

299.1

全固态

- - - -

2.5

14.7

33.6

74.8

3C+小动力

113

110

110

110

110

110

110

110

固态电池渗透率

0.5%

1.0%

2.0%

4.0%

10.0%

15.0%

18.0%

20.0%

固态电池出货量

0.6

1.1

2.2

4.4

7.7

11.0

16.5

22.0

yoy

-

94%

100%

100%

75%

43%

50%

33%

其中:半固态

0.6

1.1

2.2

4.4

6.6

8.8

11.0

11.0

全固态

- - - -

1.1

2.2

5.5

11.0

固态电池出货量预测

1.4

9.6

25.8

56.4

111.1

202.3

285.4

395.8

yoy

-

603%

169%

118%

97%

82%

41%

39%

其中:半固态

1.4

9.6

25.8

56.4

107.4

185.4

246.3

310.1

资料来源:观研天下数据中心整理(zppeng)

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