圖片來(lái)源：太藍(lán)新能源
近日，由重慶太藍(lán)新能源有限公司、長(zhǎng)安汽車（000625）、中關(guān)村新型電池技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟、真鋰研究聯(lián)合編著的《固態(tài)鋰電池技術(shù)發(fā)展白皮書》（下文簡(jiǎn)稱：《白皮書》）發(fā)布。
《白皮書》指出，作為全固態(tài)電池技術(shù)成熟前的可產(chǎn)業(yè)化方案，半固態(tài)電池技術(shù)具有高安全性、與現(xiàn)有液態(tài)電池產(chǎn)線兼容性高、工藝簡(jiǎn)單、成本較低等優(yōu)勢(shì)。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和市場(chǎng)需求的增長(zhǎng)，半固態(tài)電池有望在新能源汽車等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
全固態(tài)電池技術(shù)的發(fā)展背景是追求更高的能量密度、更高的安全性以及更寬的工作溫度范圍。隨著電動(dòng)汽車、大規(guī)模儲(chǔ)能和微型器件等領(lǐng)域的發(fā)展，對(duì)電池性能提出了更高的要求。全固態(tài)電池通過(guò)使用固態(tài)電解質(zhì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋰離子電池中的液態(tài)電解質(zhì)，有望極大提高安全性能，并提供更高的能量密度和功率密度。
但是，當(dāng)前半/全固態(tài)電池技術(shù)的發(fā)展仍面臨多種技術(shù)路線并行，不同鋰電廠商的電池性能優(yōu)勢(shì)各有側(cè)重，主要?dú)w于技術(shù)成熟度不高，仍未摸索出電池重要性能指標(biāo)全面提升且成本可控的技術(shù)路線。
國(guó)內(nèi)外半固態(tài)電池領(lǐng)域典型企業(yè)進(jìn)展
目前，半固態(tài)電池電解質(zhì)路線主要包含氧化物、聚合物以及復(fù)合型電解質(zhì)技術(shù)路線。
國(guó)內(nèi)方面，從電池制造商來(lái)看，《白皮書》顯示，中國(guó)半固態(tài)電池制造商包括寧德時(shí)代、億緯鋰能、贛鋒鋰業(yè)、國(guó)軒高科、蜂巢能源等鋰電巨頭，同時(shí)還包括太藍(lán)新能源、清陶能源、衛(wèi)藍(lán)新能源、輝能科技等固態(tài)電池企業(yè)，側(cè)重方向主要為氧化物路線，據(jù)各公司官網(wǎng)或官微等披露，國(guó)內(nèi)固態(tài)電池已有/在建/規(guī)劃產(chǎn)能達(dá)數(shù)百GWh，國(guó)內(nèi)總體產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展趨勢(shì)較快，各典型企業(yè)技術(shù)及進(jìn)展如下：
從車企來(lái)看，國(guó)內(nèi)車企以自主研發(fā)或合作方式推進(jìn)半固態(tài)電池陸續(xù)裝車，布局半固態(tài)電池技術(shù)的車企包括傳統(tǒng)燃油車及新能源汽車巨頭，蔚來(lái)、賽力斯、上汽等車企紛紛與固態(tài)電池廠商展開合作致力于半固態(tài)電池的量產(chǎn)裝車，如蔚來(lái)與衛(wèi)藍(lán)新能源，賽力斯與贛鋒鋰業(yè)，上汽與清陶能源，長(zhǎng)安汽車與太藍(lán)新能源等。
國(guó)際方面，日韓集中于硫化物全固態(tài)電池方向，除LG外，其他企業(yè)在半固態(tài)電池領(lǐng)域暫無(wú)明確布局計(jì)劃。歐美各企業(yè)固態(tài)電池路線各異，主要以新興固態(tài)電池公司為主，代表性公司有Quantum Scape和Solid Power。而在半固態(tài)電池領(lǐng)域，目前只有美國(guó)的Quantum Scape，F(xiàn)actorial Energy以及24M Technologies企業(yè)有明確布局，其他企業(yè)均以全固態(tài)電池技術(shù)路線為主。
半固態(tài)電池發(fā)展趨勢(shì)以及市場(chǎng)預(yù)測(cè)
針對(duì)半固態(tài)電池發(fā)展趨勢(shì)，《白皮書》分析稱，技術(shù)趨勢(shì)方面，半固態(tài)電池技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)主要集中在提高能量密度、降低成本、提高生產(chǎn)效率、增強(qiáng)安全性和改善循環(huán)壽命。
生產(chǎn)工藝發(fā)展趨勢(shì)方面，為提升半固態(tài)電池生產(chǎn)效率、降低成本并增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，半固態(tài)鋰電池的生產(chǎn)工藝需從多個(gè)維度進(jìn)行深度優(yōu)化。首先，通過(guò)技術(shù)改造和設(shè)備升級(jí)提升生產(chǎn)線的兼容性，利用現(xiàn)有成熟的生產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)半固態(tài)鋰電池的靈活生產(chǎn)。另外需要深入研究半固態(tài)電池電解質(zhì)和常規(guī)液態(tài)電解液在材料特性與過(guò)程工藝方面的差異，開發(fā)并選擇適配性強(qiáng)的生產(chǎn)設(shè)備與工藝流程標(biāo)準(zhǔn)。加強(qiáng)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化和智能化，提升生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，引入先進(jìn)的自動(dòng)化設(shè)備和智能控制系統(tǒng)，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行精準(zhǔn)控制來(lái)保證高效運(yùn)行。
此外，自動(dòng)化生產(chǎn)的環(huán)保與可持續(xù)發(fā)展理念同樣需要進(jìn)一步加強(qiáng)，采用環(huán)保材料和綠色生產(chǎn)工藝進(jìn)行半固態(tài)電池的生產(chǎn)，減少生產(chǎn)過(guò)程中的污染和廢棄物排放，同時(shí)完善廢舊電池回收體系，推動(dòng)電池材料的循環(huán)利用和可再生資源化。
性能發(fā)展趨勢(shì)方面，半固態(tài)電池下一步的性能研究提升方向主要集中在提升電池能量密度、增強(qiáng)安全性以及改善循環(huán)壽命。通過(guò)對(duì)固態(tài)電解質(zhì)的優(yōu)化改善，提高離子電導(dǎo)率，進(jìn)一步優(yōu)化半固態(tài)電池的性能，確保在高能量密度的同時(shí)提高安全性。通過(guò)生產(chǎn)設(shè)備和檢測(cè)手段的提升，提高產(chǎn)品的一致性和良率，確保半固態(tài)電池的安全性能。持續(xù)優(yōu)化半固態(tài)電池的循環(huán)壽命，通過(guò)材料體系和電池結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新，提升電池的循環(huán)使用壽命，提高經(jīng)濟(jì)性。
現(xiàn)有的量產(chǎn)半固態(tài)電池經(jīng)過(guò)測(cè)試，能量密度達(dá)到300Wh/kg的電池壽命可達(dá)到900次以上，溫度適應(yīng)范圍為-30°C~60°C，長(zhǎng)壽命、超寬溫度適應(yīng)范圍的半固態(tài)電池在未來(lái)也將成為主流電池技術(shù)。
針對(duì)半固態(tài)電池市場(chǎng)前景與需求預(yù)測(cè)，《白皮書》指出，半固態(tài)電池，作為液態(tài)電池與全固態(tài)電池之間的一種技術(shù)方案，已經(jīng)引起了業(yè)界的廣泛關(guān)注。其基于高安全性、與現(xiàn)有產(chǎn)線的高兼容性、工藝簡(jiǎn)單、成本較低等優(yōu)點(diǎn)，先于全固態(tài)電池實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。半固態(tài)電池的商業(yè)化進(jìn)程正在加速，多家企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)都在加速布局，搶占先機(jī)。
2024年被視為半固態(tài)電池裝車元年，目前來(lái)看，蔚來(lái)、上汽、廣汽等車企均已發(fā)布半固態(tài)電池方案并部分實(shí)現(xiàn)裝車。通過(guò)中國(guó)汽車動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，2024年初以來(lái)，我國(guó)半固態(tài)電池的裝車量公布的數(shù)據(jù)顯示，半固態(tài)電池6月份的裝車量為532.9MWh，環(huán)比增長(zhǎng)10.4%；1-6月累計(jì)裝車量為2154.7MWh。
半固態(tài)裝車產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程正在加速進(jìn)行，各整車企業(yè)與電池廠均已開始積極布局相關(guān)技術(shù)以促進(jìn)半固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化，2021年1月，蔚來(lái)在NIO Day上發(fā)布150kWh半固態(tài)電池包，2023年，衛(wèi)藍(lán)新能源、贛鋒鋰電等企業(yè)的固液混合態(tài)電池實(shí)現(xiàn)批量裝車，裝車量約0.8GWh，標(biāo)志著半固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程大幅提速。
隨著新能源汽車產(chǎn)銷量的持續(xù)上升，我國(guó)半固態(tài)電池行業(yè)需求規(guī)模也在穩(wěn)定地增長(zhǎng)。依據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2022年中國(guó)半固態(tài)電池在新能源汽車領(lǐng)域需求量為0.2GWh，滲透率為0.1%，隨著半固態(tài)電池技術(shù)不斷發(fā)展以及新能源汽車需求的不斷增加，預(yù)計(jì)到2026年半固態(tài)電池需求量將增長(zhǎng)到23.75GWh，滲透率將接近5%，增長(zhǎng)勢(shì)頭迅猛。
半固態(tài)電池的前景預(yù)測(cè)較為樂(lè)觀，預(yù)計(jì)將在未來(lái)幾年內(nèi)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用，半固態(tài)電池的能量密度高于傳統(tǒng)的液態(tài)電池，提供了更長(zhǎng)的續(xù)航里程，采用不可燃的固態(tài)電解質(zhì)，具有更高的安全性能，大幅提升了電池的安全性，同時(shí)半固態(tài)電池在高低溫環(huán)境下能發(fā)揮更好的性能優(yōu)勢(shì)，相較于傳統(tǒng)液態(tài)電池具有顯著的綜合性能優(yōu)勢(shì)。半固態(tài)電池以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和未來(lái)技術(shù)的不斷進(jìn)步，其在未來(lái)的動(dòng)力電池市場(chǎng)中將占據(jù)重要地位，有望成為新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵推動(dòng)力量。
國(guó)內(nèi)外全固態(tài)電池領(lǐng)域典型企業(yè)進(jìn)展
全固態(tài)電池基于電解質(zhì)體系的不同進(jìn)行分類，可以分為氧化物全固態(tài)電池、硫化物全固態(tài)電池、聚合物全固態(tài)電池；鹵化物固態(tài)電解質(zhì)近幾年也受到了廣泛關(guān)注，基于鹵化物固態(tài)電解質(zhì)的電池已經(jīng)成為全固態(tài)電池的第四個(gè)研發(fā)方向。
全固態(tài)電池是下一代電池技術(shù)發(fā)展的重要領(lǐng)域，被世界各主要國(guó)家和地區(qū)列為重要的戰(zhàn)略研發(fā)方向，如中國(guó)、美國(guó)、歐盟、日本、韓國(guó)等均對(duì)固態(tài)電池的發(fā)展進(jìn)行了戰(zhàn)略規(guī)劃。
氧化物全固態(tài)電池方面，當(dāng)前氧化物固態(tài)電解質(zhì)商業(yè)化技術(shù)路線尚未明確，各大公司正不斷增加研發(fā)投入，氧化物固態(tài)電解質(zhì)規(guī)模化的企業(yè)主要有天目先導(dǎo)、藍(lán)固新能源、贛鋒鋰業(yè)、上海洗霸等。
硫化物全固態(tài)電池方面，全球企業(yè)正積極投身于硫化物基全固態(tài)電池的開發(fā)與推進(jìn)中，視全固態(tài)電池技術(shù)為下一代電池技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的核心焦點(diǎn)與戰(zhàn)略高地，競(jìng)相搶占這一領(lǐng)域的先機(jī)。從全球固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)的布局視角審視，中國(guó)展現(xiàn)出最為活躍的參與態(tài)勢(shì)，匯聚了眾多傳統(tǒng)電池巨頭、新興初創(chuàng)企業(yè)以及整車制造商等多元化力量。緊隨其后的是日本，以其深厚的技術(shù)底蘊(yùn)在固態(tài)電池領(lǐng)域占據(jù)技術(shù)領(lǐng)先地位。美國(guó)方面，則以一系列富有創(chuàng)新精神的初創(chuàng)企業(yè)為主導(dǎo)力量。歐洲則呈現(xiàn)出車企與美國(guó)初創(chuàng)企業(yè)緊密合作的特色模式。至于韓國(guó)，盡管參與企業(yè)數(shù)量相對(duì)較少，但每一家都展現(xiàn)出強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)力與實(shí)力。
聚合物全固態(tài)電池方面，法國(guó)Bolloré子公司Blue Solutions最早將聚合物基全固態(tài)電池量產(chǎn)，應(yīng)用于其母公司Bolloré的共享電動(dòng)汽車Blue Car，隨后在2019年與法國(guó)戴姆勒公司簽訂固態(tài)電池PACK開發(fā)協(xié)議。但由于其全固態(tài)電池需要加熱至50-60℃時(shí)才能夠使用，因此難以在乘用車上使用。
太藍(lán)新能源開發(fā)了氧化物-聚合物復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)獨(dú)有制備工藝，通過(guò)工藝優(yōu)化迭代，實(shí)現(xiàn)了聚合物固態(tài)電解質(zhì)與氧化物固態(tài)電解質(zhì)的協(xié)同作用，制備出超薄復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)膜，并成功應(yīng)用于全固態(tài)電池的開發(fā)，改善了電池的循環(huán)性能。
國(guó)內(nèi)衛(wèi)藍(lán)新能源布局固液混合電池，如無(wú)人機(jī)電池、儲(chǔ)能電池、汽車動(dòng)力電池等，且以打造核心技術(shù)平臺(tái)為基礎(chǔ)，主要集中于原位固態(tài)化技術(shù)、復(fù)合金屬鋰技術(shù)、固態(tài)電解質(zhì)技術(shù)等領(lǐng)域的研究。根據(jù)對(duì)其專利分析推測(cè)，衛(wèi)藍(lán)新能源全固態(tài)電池技術(shù)以有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合路線為主，通過(guò)聚合物固態(tài)電解質(zhì)原位聚合的方法增強(qiáng)正極內(nèi)部界面接觸。
清陶能源以有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)為技術(shù)路線，其中無(wú)機(jī)部分采用氧化物或者鹵化物材料，與聚合物材料復(fù)合，制備具有較高室溫鋰離子電導(dǎo)率的復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)膜材料，根據(jù)其專利分析正極采用的是氧化物包覆活性材料方案，其采用的生產(chǎn)工藝為轉(zhuǎn)印法。
鹵化物全固態(tài)電池方面，有研廣東院固態(tài)電池研發(fā)中心致力于創(chuàng)新與突破，專注于鹵化物固態(tài)電解質(zhì)體系和干法成膜技術(shù)的研究。該中心成功開發(fā)了一系列成本效益高、電壓平臺(tái)高、離子導(dǎo)電性能優(yōu)異的鹵化物電解質(zhì)材料。通過(guò)建設(shè)鹵化物固態(tài)電解質(zhì)生產(chǎn)線和干法電極中試線，實(shí)現(xiàn)了高活性物質(zhì)含量、高負(fù)載干法正極極卷以及超薄鹵化物電解質(zhì)膜的量產(chǎn)。此外，該中心正致力于開發(fā)基于鹵化物的高能量密度全固態(tài)軟包電池，具備從5至60 Ah全固態(tài)電池軟包的制備能力。
億緯鋰能公司則采取了硫化物和鹵化物復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)的策略，預(yù)計(jì)到2026年將實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝的重大突破，并推出新一代全固態(tài)電池。該公司的目標(biāo)是在2028年推出能量密度達(dá)到400 Wh/kg的全固態(tài)電池。
弗迪電池公司則從終端用戶的實(shí)際需求出發(fā)，研發(fā)了結(jié)合硅基負(fù)極與硫化物全固態(tài)電池的技術(shù)方案，旨在實(shí)現(xiàn)高能量密度與高安全性能的結(jié)合。對(duì)于目前存在的技術(shù)短板，弗迪電池已經(jīng)制定了明確的解決方案，顯示出一定的商業(yè)化潛力。在技術(shù)路線的選擇上，弗迪電池考慮將鹵化物復(fù)合電解質(zhì)作為其技術(shù)儲(chǔ)備之一。
全固態(tài)電池發(fā)展趨勢(shì)以及市場(chǎng)預(yù)測(cè)
針對(duì)全固態(tài)電池發(fā)展趨勢(shì)，《白皮書》顯示，現(xiàn)階段全固態(tài)電池技術(shù)仍未實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，不同路線的技術(shù)均有公司進(jìn)行布局開發(fā)，不同的技術(shù)均有各自的發(fā)展前景。
近年來(lái)，在新能源汽車市場(chǎng)的推動(dòng)下，全球固態(tài)電池出貨量正持續(xù)增長(zhǎng)。2023年全球固態(tài)電池出貨量約為1GWh，主要以半固態(tài)電池為主。在全固態(tài)電池實(shí)現(xiàn)規(guī)模化量產(chǎn)之前，半固態(tài)電池的漸進(jìn)式路線將率先走向商業(yè)化。由于短期內(nèi)材料與成本依然較高，我們預(yù)計(jì)車規(guī)領(lǐng)域一些高端或特定需求的電動(dòng)車型會(huì)接受一定溢價(jià)，搭載（半）固態(tài)電池，到2030年動(dòng)力電池中固態(tài)電池滲透率達(dá)到10%，其中主要為半固態(tài)電池；而在消費(fèi)電子、航空航天等領(lǐng)域，下游市場(chǎng)對(duì)價(jià)格的敏感度較低，能夠包容較高的新技術(shù)溢價(jià)，因此預(yù)計(jì)固態(tài)電池的滲透率提升將快于車用市場(chǎng)，2030年固態(tài)電池滲透率達(dá)到20%，其中全固態(tài)電池滲透率為10%。
固態(tài)電池何時(shí)量產(chǎn)上車？這不僅代表了當(dāng)前新能源汽車行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)和核心追求，同時(shí)也引起了消費(fèi)者的廣泛關(guān)注和濃厚興趣。近兩個(gè)月以來(lái)，包括寧德時(shí)代、比亞迪在內(nèi)的國(guó)內(nèi)龍頭企業(yè)紛紛透露其在全固態(tài)電池領(lǐng)域的進(jìn)展和規(guī)劃，日韓方面也有相關(guān)進(jìn)展披露，整體而言，整個(gè)產(chǎn)業(yè)正朝著“2027年左右上車、2030年實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化”的目標(biāo)規(guī)劃全固態(tài)電池的商業(yè)化進(jìn)程。
綜合各國(guó)政策及相關(guān)企業(yè)的公開信息，全固態(tài)電池在2027年前后開始進(jìn)行示范性裝車應(yīng)用，2030年后全固態(tài)電池開始進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用階段。
2026-2028年為國(guó)內(nèi)車企固態(tài)電池集中量產(chǎn)期，根據(jù)相關(guān)車企規(guī)劃，2026年期間廣汽昊鉑、東風(fēng)汽車將實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池量產(chǎn)裝車，2027年長(zhǎng)安新能源汽車將實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池逐步起量，2028年?yáng)|風(fēng)汽車規(guī)劃實(shí)現(xiàn)全固態(tài)車型量產(chǎn)上市。2026-2028年有望成為國(guó)產(chǎn)新能源汽車全固態(tài)電池搭載集中上市窗口。
注：本文摘編自重慶太藍(lán)新能源有限公司、長(zhǎng)安汽車（000625）、中關(guān)村新型電池技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟、真鋰研究聯(lián)合編著的《固態(tài)鋰電池技術(shù)發(fā)展白皮書》，電池網(wǎng)經(jīng)授權(quán)發(fā)布，轉(zhuǎn)載須注明來(lái)源。
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