产业观察01期：天目湖先进电池产业创新论坛暨固态电池研讨会，固态电池腾飞在即，有望助力电动车驶入下一个里程碑

产业观察 产业研究中心 2023.03.01，01期 天目湖先进电池产业创新论坛暨固态电池研讨会：固态电池腾飞在即，有望助力电动车驶入下一个里程碑 摘要： 专家核心观点 一汽别晓非：消费者真实用车习惯复杂多变，硫化物全固态电池需要多维发展。消费者关注新能源汽 车电池的循环寿命和冬季使用情况，且因里程焦虑而对快充具有强烈的需求。因此，全固态电池要实现商业化，尚需提高正极容量和优化集成工艺，解决固固界面接触问题，提高低温性能，并降低成本。目前一汽集团已完成10Ah硫化物固态电芯的开发。 东风汽车刘敏：车规级固态电池技术有望解决新能源车市场痛点。公司在拓展北方市场时，新能源车 【新能源周报】氢燃料电池热电联供系统提供商铧德氢能完成B轮融资 2023.02.28 【电池产业跟踪】储能前景明朗，多种技术落地在即 2023.02.27 【电池材料周报】比亚迪降价，锂电产业开启份额战 2023.02.27 【XR元宇宙周报】苹果公司宣布选择立讯精密帮助开发AR设备 2023.02.27 【数智工业周报】阿里将全力投入生成式AI大模型建设 2023.02.26 辆常面临冬季电池电量衰减问题，最高衰减可达60%。而固态电解质带来了新的材料体系，为解决此类市场痛点提供了有效的思路。当前，东风在整车领域推出50台固液混合锂电池E70运营示范车辆在6省10地平稳运营，累计行驶里程超100万公里，并完成第二代固态电芯的A样开发，能量密度达 350Wh/kg以上。 锋锂新能源许晓雄：全固态电池应用在动力汽车上的尚不明确，混合固液是锂电池发展的重要阶段。迄今为止已实现商业化应用的基于LFP/PEO基聚合物固体电解质/Li体系的固态锂电池能量密度上限较 低，一直未得到大规模推广。混合固液电解质锂电池的国内发展路线趋同于氧化物固体电解质，且规模量产基本成熟，可一定程度解决液态锂电池的痛点，是锂电池发展的重要阶段。 卫蓝新能源李泓：电池寿命衰减机制复杂，卫蓝团队自主研发固态策略系统提高性能。电池寿命的衰 减机制主要有：1）材料组分及结构不可逆变化。2）活性材料碎裂引起容量“跳水”。3）析锂。4）SEI演化。5）体相及界面变化。卫蓝新能源利用原位固态化、超薄固态电解质包覆正极材料、纳米固体电解质涂层隔膜、纳米硅碳负极材料和固态氧化物电解质填充等多重策略，提高电池安全性。 全固态电池在综合性能达标时相对于液态锂电池具有足够的不可替代的优势，量产时间取决于性能。 全固态电池的峰值性能较液态锂电池更好，从主机厂角度而言，全固态的优势在于有望做成高压平台、更高效的C2C集成技术、低温地区更高的热效率。从客户角度而言，全固态不一定聚焦于能量密度，而应考虑综合性能和应用能力。全固态电池的产业化还需要和车型平台进行匹配，关键在于电池性能能否支撑市场需求，如果性能表现优异，成本不再是问题。 我们的观点 高安全佳性能是固态电池首要目标，2023年半固态电池有望在车上应用示范。随着固态电解质对液态电介质的取代，固态电池安全性逐步提升，为固态电池能量密度追求提供安全保障，有望实现350wh/kg 以上、续航1000km的电动车续航目标。当前，固态电池产业链发展尚不成熟，电池材料和制备成本仍然较高,随着向全固态电池的靠近，界面问题、电解质缺陷问题都亟待突破。目前，固态电池发展提速，头部企业均宣布上车计划，卫蓝新能源车规级固态电池已正式下线，预计将率先搭载在蔚来ET7车型上，清陶能源与上汽集团联手合作研发1000公里以上长续航固态动力电池，预计也将于2023年实现落地应用。 风险提示：固态电池降本速度不及预期，固态电池产业链发展不及预期，固态电池技术迭代不及预期 作者：肖洁 电话：021-38674660 邮箱：xiaojie@gtjas.com 资格证书编号：S0880513080002 作者：鲍雁辛 电话：0755-23976830 邮箱：baoyanxin@gtjas.com 资格证书编号：S0880513070005 往期回顾 目录 1.一汽别晓非：硫化物全固态电池在新能源汽车中的应用展望3 2.东风汽车刘敏：车规级固态电池技术研发进展4 3.锋锂新能源许晓雄：固态电池材料与电池技术开展进展6 4.卫蓝新能源李泓：长寿命固态电池技术探讨9 5.天目先导陆浩：高能量密度固态电池关键材料——硅基负极与固态电解质10 6.吉阳智能阳如坤：固态电池大规模制造初探12 7.宝晟能源郜明文：纳米导电纤维网络在固态电解质膜中的应用13 8.亿纬锂能易昊昊：“双碳”背景下地新能源船舶电池系统技术及应用14 9.珠海冠宇赵伟：原位固化型电池的工艺探索研究16 2023年2月23日-24日，由江苏省溧阳高新技术产业开发区管理委员会、天目湖先进储能技术研究院、江苏省储能行业协会、中国汽车动力电池产业创新联盟固态电池分会、北京清洁能源前沿研究中心、江苏省储能材料与器件产业技术创新战略联盟主办，中科海纳、卫蓝新能源等等企业赞助的“天目湖先进电池产业创新论坛暨固态电池研讨会”在江苏溧阳顺利召开。此次大会聚焦固态电池产业链的关键技术，全面分析了固态电池产业化前景以及所面临的挑战。本报告聚焦部分重磅发言，关注固态电池产业界最新进展，梳理未来可行的固态电池产业化发展趋势。 1.一汽别晓非：硫化物全固态电池在新能源汽车中的应用展望 消费者关注新能源汽车的续航里程和使用安全，全固态电池尚需提高正极容量和优化集成工艺。80%以上的消费者的平均充电周期为2.3天/次， 每次平均用电电量为额定电量的48.5%，据此以使用15年计算，电池的循环寿命达到1000-1200次就可以满足用户需求。上述消费者用车习惯，对硫化物全固态电池的能量密度与使用寿命提出要求。目前该类电池负极材料的容量为正极的5-10倍，因此要求正极厚涂、负极薄涂，对正极导电率及现有涂布工艺提出巨大挑战。此外，全固态电池的循环性能目前与消费者预期存在巨大差距，解决负极材料的体积膨胀与界面问题是未来缩短差距的关键。 消费者因里程焦虑而对快充需求强烈，硫化物固态电池提高倍率存在门槛。用户实际慢充和快充需求比约为63%和37%，且约30%的用户在快充时达到1c以上的充电倍率，因此用户要求电池具有优异的快充性能。 但目前电池慢充策略的倍率通常在0.1c到0.3c之间。虽然全固态电池相比也太电池不存在大电流引起的浓度梯度极化问题，理论上可实现更高倍率的充放电，但由于固固界面接触问题的限制，固态电池的高倍率优势尚未体现。 表1：倍率性能良好的硫化物固态电池体系 正极 负极 电解质 容量保持（mAh/g） 容量保持率（%） 策略 Li2RuO3 Li-In Li6PS5Cl 200 80 新型正极材料 LiNi0.83Co0.11Mn0.06O2 Li4Ti5O12 Li6PS5Cl 165 84.6 正极表面修饰+高倍率负极 NCM88-S Li4Ti5O12 Li6PS5Cl 160 84.2 正极硫化+高倍率负极 资料来源：天目湖先进电池产业创新论坛暨固态电池研讨会，国泰君安证券研究 北方消费者拥有强烈的冬季用车需求，固态电池的低温性能有待提升。冬季，0℃以下启动的车辆的比例约为13%，-10℃时候启动的车辆比例 约为3%，因此普通用户最冷时段难以启动车辆。动力电池使用平均温度受季节影响波动明显，平均使用温度在10℃-30℃，但极端温度范围在-29℃-53℃。低温下，硫化物固态电池中的离子电导率降低，电荷转移的内阻大幅增加，因此带来能量和功率衰减、电池充电困难、电池老化加速、使用寿命周期缩短甚至安全性能降低的问题。目前固态电池最 佳的低温性能是处于-20℃的环境中，容量保持率在58-84%。 目前硫化物固态电池尚未发挥成本优势。对比具有相似能量密度的固态电芯和液态电芯可知，350Wh/kg体系硫化物全固态电池的成本约为40元/Wh，远远高于0.5-0.8元/Wh的液态电池。全固态电池的高成本主要 源于价格比较高昂的固态电解质，占比98%左右。预计当硫化物固态电解质成本降低至50万/吨时，固态电池的成本才与液态电池接近，达1.3元/Wh.因此，要实现固态电池商业化，还需要优化工艺，提高电解质空气稳定性，开发新体系。 图1：固态电池和液态电池组分成本对比 资料来源：天目湖先进电池产业创新论坛暨固态电池研讨会，国泰君安证券研究 一汽集团已完成10Ah硫化物固态电芯的开发。一汽集团开发了与硫化物电解质匹配的超高镍（Ni9）正极材料和新型硅基负极材料，克容量 分别可达210mAh/g和3000mAh/g，分别制造的半电池也展现出良好的循环性能。2022年12月，一汽团队成功完成10Ah级全固态软包电芯工艺的开发和验证，拥有更高的能量密度，电池组有望实现350Wh/kg的能量密度目标。 表2：一汽集团固态电池开发情况 内容 进展 材料开发 正极（Ni9） 克容量达210mAh/g 负极（Si) 克容量达3000mAh/g 电芯开发 10Ah电芯 正在测试中 资料来源：天目湖先进电池产业创新论坛暨固态电池研讨会，国泰君安证券研究 2.东风汽车刘敏：车规级固态电池技术研发进展 新型固态电池材料体系有望解决当前市场痛点。客户多维度的感官与体验为技术带来挑战。公司在拓展北方市场时，新能源车辆常面临冬季电 池电量衰减问题，最高衰减可达60%。结合动力电池的技术路线来分析， 固液混合态和全固态都可以理解为固态电池，因为它们带来了新的材料体系与系统，并且能够通过固态电解质材料体系，补充或增强电池高比能、高低温和高安全等优势。因此，固态电池技术为解决此类市场痛点提供了有效的思路。 图2：动力电池技术路线 资料来源：《ResearchandDevelopmentofAdvancedBatteryMaterialsinChina》 东风开展固态电池开发迭代，实验结果与整车示范运营共同验证可行性。公司设计高比能固态电池，兼顾正负极材料。更宽泛的材料体系有助于 更好地去调控能量密度，满足市场多样性。公司通过循环测试验证了第一代固态电芯的高低温性能与循环寿命，通过5mm钢针针刺测试等验证了电芯的本征安全，从而为固态电池更好地适配整车在多工况下的运用奠定了基础。在整车测试领域，东风推出50台固液混合锂电池E70运营示范车辆在6省10地平稳运营，累计行驶里程超100万公里。目前东风已完成第二代固态电芯的A样开发，能量密度达350Wh/kg以上。 图3：针刺测试示意图 资料来源：材料匠，国泰君安证券研究 选择模型助力产品定位与市场分析，东风计划推出差异化固态电池产品。为量化分析新能源车与燃油车的市场竞争力，引入选择模型，以整车指 导价、补能时间、续航里程作为变量，建立电动车曲面与燃油车曲面， 选择系数K≥1时，电动车更具市场选择可能，反之则燃油车更具市场选择可能。借此模型，东风将10万元以内、10-20万和20万元以上的燃油车和电动车进行分组对比，发现低价位的新能源汽车更易得到市场的接受。基于市场分析，东风制作了整车平台电池的匹配路径，分为经济型、性能型、高端型三类，力求在保证更好的安全与衰变性能的前提下兼容成本。未来将聚焦系统及整车的适配开发，加速固态电池的产业化进程。 3.锋锂新能源许晓雄：固态电池材料与电池技术开展进展 电动汽车市场份额持续增长，提高电池能量密度能有效解决里程焦虑但与安全性存在矛盾，固态电池成为最优解。2025年电动汽车预计出货量 为1530万辆，占汽车市场份额的16%，复合增长率预计可达19%，是增长最快的电池应用的下游行业。此背景下，用户及产品端对长续航电动车提出迫切要求，而提升电池能量密度是解决里程焦虑的最有效途径。目前国内实现产业化的最高能量体系的液态锂电池（三元正极）的能量密度上限约为300Wh//kg，无法满足国家在《节能与新能源汽车技术路线图》中提出的目标（2025年纯电动汽车能量密度达400Wh/kg，2030年达500Wh/kg）。提高液态锂离子电池的能量密度导致