固态电池，是怎样的赛道？

  蓝狮平台网讯：近期，固态锂电关注度继续升温。国家能源局公示第三批能源领域首台（套）重大技术装备（项目），由三峡集团与卫蓝新能源负责研制的“兆瓦时级固态锂离子电池储能系统”入选；丰田宣布最早到2027年将向市场投放搭载固态电池的电动汽车；三星SDI也在近期宣布计划2027年量产车用全固态电池；

  各国头部电池厂商对固态电池也表现出高度兴趣，正在“摩拳擦掌”加大投入力度；国内辉能科技、清陶新能源、卫蓝新能源、赣锋锂业和国轩高科企业在固态电池持续发力。

  相较于液态锂电池，固态电池具有高能量密度、高安全性和长使用寿命等优势，被业界普遍认为是下一代新型电池技术。固态电池是一条怎样的赛道？

01.什么是固态电池

  固态电池是一种新型的电池技术，它将液态或凝胶态的电解质替换为固态电解质。被认为是下一代高性能锂电池的候选技术。与传统的液态电池相比，固态电池具有以下特点和优势：

  1.高能量密度：其能量密度有望突破500Wh/kg，是液态锂离子电池的两倍左右。可以储存更多的能量，同时更轻便、更薄，更适合于电子设备等轻便便携设备的使用。

  2.安全性更高：固态电解质能够防止电池内部短路和渗漏等问题，大大提高了电池的安全性能，减少了电池爆炸等意外情况的发生。

  3.更长的寿命：由于固态电解质的稳定性更高，提升了锂电池的循环性，固态电池具有更长的寿命，能够减少电池更换的频率，降低使用成本。

  从长期来看，固态电池的主要应用场景与液态电池重叠，即消费电子、新能源汽车、储能。有望优先从高端应用市场开始商业化，并逐步向动力及消费电池领域扩展。基于固态电池优异性能，未来行业发展潜力巨大，预测到2030年，中国固态电池出货量达251GWh，全球固态电池出货量将达500GWh。

02.产业化布局

  固态电池目前处于快速发展阶段，成为未来高性能电池技术的主流选择。据IEA初步预计，到2025年，固态电池技术将实现商业化，并开始逐渐向下一代锂电池(锂-金属/锂-空气/锂硫)迈进。全球范围内都在积极推进固态电池的研发和产业化，固态电池前景广阔。随着固态电池技术成熟以及国家政策的支持和鼓励，将加速其在动力电池和储能电池市场渗透，预计2030年全球固态电池市场将有千亿空间。

  1.发展现状

  固态电池是未来电池产业的核心。在产品安全性、能量密度和循环寿命性能方面，固态电池有潜力对电池性能产生质的突破,但固态电池在广泛应用时仍面临着多个挑战，包括固态电解质离子电导率低、固-固界面阻抗大以及全固态电解质成本高等问题，这些问题限制了固态电池的广泛应用。当前，固态电池的成本高于传统锂离子电池，并且产品良率低。尽管固-固界面修饰和改性技术已经被提出，但仍需进一步开发全固态电池的固-固界面表征技术，以更有效地解决这些问题。

  其次为了解决固态电池的成本和供应链体系问题，需要探索材料性能提升、生产工艺简化和电芯结构创新等方式。未来可以通过材料性能提升、生产工艺简化和电芯结构创新等方式解决这些问题，实现大规模量产和应用后，成本可得到一定程度地降低。

  2.政策支持

  政策的推动是促进固态电池发展的重要因素。政策支持可以为固态电池提供资金、技术和市场等方面的保障，从而协同创新产业链并提高核心竞争力。2023年1月发布的《工业和信息化部等六部门关于推动能源电子产业发展的指导意见》明确提出了加快固态电池的研发和应用，相关政策的出台将会对固态电池的发展产生积极影响，推动其产业化进程。

  3.技术研发进度

  固态电池的产业化进程得到了大批科研团队和企业的支持。产学研结合是推动固态电池产业化的重要途径。在国内锂电池产业链上，许多优秀企业开展自主研发或与科研团队合作，如许晓雄与赣锋锂业合作、张涛与上海洗霸合作等。

  尤其是北京拥有中科院物理所、中科院化学所等科研实力强大的机构，为固态电池技术的研发提供了有力支持。中国科学院物理研究所最近研发出的固态锂离子电池具有每千克360瓦时的能量密度和800次以上的循环性能。

  4.各企业产能情况

  固态电池是当今电池技术领域的研究热点之一。国内固态电池的研发和产业化取得了长足进展。多家企业已宣布自己的固态电池产品研发计划，并在技术创新、产能扩张等方面投入大量努力。目前，国内固态电池行业的主要玩家包括汽车企业和动力电池企业两类。其中，辉能科技、清陶新能源、卫蓝新能源、赣锋锂业和国轩高科等企业是固态电池领域的代表性企业。

  清陶能源发展股份有限公司作为全球固态锂电池产业化的领头羊，在全国范围内率先建成了“新能源材料—固态锂电池—自动化装备—锂电池资源综合利用—科研成果孵化—产业投资”完善的固态电池产业链。2月14日，在上海举行的“投资四川·成都都市圈全球投资推介会”上，总投资100亿元的15GWh清陶能源动力固态电池储能产业基地正式签约落地成都市郫都区。

03.产业核心环节

  全固态电池或将对传统液态电池四大材料体系造成较大的冲击。正极材料未来更可能使用高比能材料；负极材料中金属锂有望应用；电解质体系中液态溶剂将被完全取代；隔膜将被逐步替代。

  负极活性材料：金属锂、硅、石墨和钛酸锂都有潜力作为固态电池的阳极材料。尽管金属锂阳极存在安全性和可重复性等问题，市场潜力仍不确定，硅阳极则被认为有很高的潜力。由于固态电解质的高稳定性和防止锂枝晶形成的特性，金属锂阳极的高能量密度有望得到更广泛的应用。

  正极活性材料:主要有钴酸锂、锰酸锂、三元锂和磷酸铁锂（LFP）等液态电池材料。然而，根据中国无机盐协会的数据，正极材料在商业化锂电池的成本构成中占比高达45％。为了降低成本和提高能量密度，研发磷酸锰铁锂、高镍三元和富锂锰基等正极材料将成为未来的主要方向。

  隔膜：隔膜的功能是隔绝锂电池正负极材料，防止电池短路。固体电解质具备电子绝缘性和离子导电性，可以逐步替代现有体系下的隔膜。

  固态电解质是全固态锂电池的核心部件，将取代液态电解质，它决定电池的离子传导性能、界面稳定性和工艺可行性。固态电解质主要分为聚合物、氧化物和硫化物三类，其中氧化物体系研究进展最快、成果最为丰硕。硫化物体系紧随其后，而高能量聚合物体系目前仍处于实验室研究阶段。

  01.聚合物固态电解质

  由有机聚合物基体和锂盐构成的，它具有质量轻、加工性好、界面阻抗低等特点，但其离子电导率较低，需要通过掺杂或复合等方式进行改善。

  02.氧化物固态电解质

  由无机氧化物组成的，它具有高温下的高离子电导率、高热稳定性和高电压窗口等特点，但其刚性大、脆性高、与锂金属不相容等缺点限制了其在全固态锂金属电池中的应用。

  03.硫化物固态电解质

  由无机硫化物组成的，它具有室温下的高离子电导率、低熔点和与锂金属相容等特点，但其化学稳定性差、易受水和空气影响而降解等缺点增加了其生产和封装的难度。

  在电解质具体性能方面，氧化物电解质表现较为均衡，而其他类型的电解质则存在性能短板。氧化物电解质在还原、氧化和热稳定性等方面表现出色，但硫化物电解质的化学稳定性较差。聚合物电解质需要进一步提高锂离子迁移数和氧化稳定性等性能指标。

不同固态电解质性能雷达图

  固态电池是未来电池领域的重要发展方向，其高能量密度、高安全性、长循环寿命等优势，已经引起了广泛关注和研究。目前固态电池产业化进程已经逐步加速，同时固态电解质、负极活性材料等关键技术也在不断突破。未来固态电池产业将面临激烈的竞争和机遇，加快技术创新和产业升级，实现固态电池技术的商业化应用，推动新能源领域的可持续发展。

【责任编辑:孟瑾】