头豹词条报告系列：固态电池

Leadleo.com 客服电话：400-072-5588 固态电池头豹词条报告系列 李卿云 2023-03-24未经平台授权，禁止转载版权有问题？点此投诉 能源、采矿业/能源设备与服务/能源设备与服务 能源 行业： 固态电池 固态锂电池 固态电解质 关键词： 行业定义 固态电池（Solid-StateBattery）主要由固态电解… AI访谈 行业分类 根据电池电解质的不同，固态电池可主要分为无机固态电… AI访谈 行业特征 为实现相较于传统液态电池更优的电化学性能、更高的安… AI访谈 发展历程 固态电池行业 目前已达到3个阶段 AI访谈 产业链分析 上游分析中游分析下游分析 AI访谈 行业规模 中国固态电池市场规模整体呈先缓慢上涨、后高速增长态… AI访谈数据图表 政策梳理 固态电池行业相关政策6篇 AI访谈 竞争格局 中国固态电池行业目前尚处起步阶段，尚未形成稳定的竞… AI访谈数据图表 摘要固态电池（Solid-StateBattery）主要由固态电解质、正负极活性物质组成。传统锂离子电池的电解质为液态电解质，液态电解质存在易泄漏、热稳定性差、电池内部短路引起起火爆炸等一系列安全隐患，固态电解质相比传统液态电解质具有安全性高、能量密度大、循环性能好、工作温度范围宽、回收方便等优点，固态电解质锂离子电池是当今储能领域的研究热点之一。为实现相较于传统液态电池更优的电化学性能、更高的安全性和更低的成本，固态电池的研发难度较大，技术壁垒较高。随着新材料的不断发现与制造工艺的改进，未来固态电池可在加工流程上转变技术路线，减低75%的生产成本。当前全固态电池存在电池内阻较大、离子电导率较低、电解质成本较高的阻碍，投用尚需时日，未来本土企业在技术革新的过程中可逐步减少对液态电解质的依赖，从液态逐步实现到半固态、准固态、全固态的目标。中国固态电池市场规模整体呈先缓慢上涨、后高速增长态势，动力电池领域的应用是其增长的主要驱动力。从渗透率角度测算，2022年中国固态电池出货量达2.6GWh，预计2027年出货量将达91.0GWh，年均复合增长率达104.2%。未来中国固态电池的市场规模有望实现持续高增长，在动力、消费、储能领域的应用进一步扩大此外新能源相关政策的密集发布也将助力固态电池的持续发展，《促进汽车动力电池产业发展行动方案》提出2025年单体电池比能量达到500瓦时/公斤的目标，将有力促进固态电池的技术进步。 固态电池行业定义[1] 固态电池（Solid-StateBattery）主要由固态电解质、正负极活性物质组成。传统锂离子电池的电解质为液态电解质，液态电解质存在易泄漏、热稳定性差、电池内部短路引起起火爆炸等一系列安全隐患，固态电解质相比传统液态电解质具有安全性高、能量密度大、循环性能好、工作温度范围宽、回收方便等优点，固态电解质锂离子电池是当今储能领域的研究热点之一。固态电池有广义与狭义之分，狭义上的固态电池是指电芯中含有较高质量或体积比的固体电解质，同时含有少量液体电解质的电池，是混合固液锂离子电池的一种，而广义上的固态电池则包括混合固液锂离子电池和全固态锂离子电池，其中半固态、准固态、固态锂离子电池都属于固液锂离子 电池，本文采用广义的固态电池概念。 [1]1：https://mp.weixin.… 2：https://mp.weixin.… 3：https://www.leadle… 4：《Solid-StateBattery… 固态电池行业分类[2] 根据电池电解质的不同，固态电池可主要分为无机固态电解质电池、聚合物固态电解质电池和复合固态电解质电池三大技术路线。 无机固态电解质电池 无机固态电解质包括氧化物固态电解质与硫化物固态电解质。氧化物固态电解质的优点在于循环性能良好，电化学稳定性高，缺点在于材料总体电导率较低，界面接触差，成本较低，中国固态电池企业如赣锋锂业、清陶能源等较多选择氧化物固态电解质技术路线，其中非薄膜型电解质电池已尝试打开消费电子市场。硫化物固态电解质的优点在于电导率高，工作性能表现优异，缺点是易氧化且界面稳定性较差，成本较低，硫化物固态电解质技术路线广受日韩企业热捧，性能较好且适配全固态电池，同时研究难度较大。氧化物固态电解质体系因研发成本和难度相对较低，有望在半固态和准固态电池中广泛应用，最快实现规模化上车，较多新玩家和中国企业选择这一技术路线。硫化物固态电解质虽研发难度高，但因其优异的性能和巨大的潜力吸引实力和资本雄厚的电池玩家不断投入研发，头部玩家已有十几年的技术积累，一旦实现技术突破将形成高技术壁垒。 固态电池分类 聚合物固态电解质电池 聚合物固态电解质主要有聚氧化乙烯(PEO)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚丙烯腈(PAN)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP)等。其中，PEO具有和锂金属相容性好、电化学稳定性好、价格低廉等优点，缺陷在于室温离子电导率低。相较于PEO，PAN有着更高的锂离子迁移数，但力学性能较差，成膜后脆性较大。PMMA和PVDF自身也存在力学性能差、离子电导率低的问题，可通过与其他聚合物共混、交联、共聚或添加无机填料来提高聚合物电解质的离子电导率、稳定性。选择聚合物固态电解质技术路线的以Bollore、SEEO、Ionic、SolidPower等欧美企业为主，高能聚合物将成为未来固态电池的重要研发方向。 复合固态电解质电池 复合固态电解质一般是由无机填料和聚合物固态电解质复合得到的电解质，结合无机固态电解质和有机固态电解质的优点，兼具高锂离子导电率和电化学稳定性，已成为目前固态电池研究的热点之一。在聚合物固态电解质中加入无机填料后得到的固态电解质具有优异的综合性能，无机填料可以起到三方面的作用：(1)降低结晶度，增大无定形相区，利于锂离子迁移；(2)填料颗粒附近可以形成快速锂离子通道；(3)增加聚合物基质的力学性能，使其易于成膜。 [2]1：https://mp.weixin.… 2：https://m.jiemian.c… 3：界面新闻，许卓等《固… 固态电池行业特征[3] 为实现相较于传统液态电池更优的电化学性能、更高的安全性和更低的成本，固态电池的研发难度较大，技术壁垒较高。随着新材料的不断发现与制造工艺的改进，未来固态电池可在加工流程上转变技术路线，减低75%的生产成本。当前全固态电池存在电池内阻较大、离子电导率较低、电解质成本较高的阻碍，投用尚需时日，未来本土企业在技术革新的过程中可逐步减少对液态电解质的依赖，从液态逐步实现到半固态、准固态、全固态的 目标。 1技术壁垒高 为实现相较于传统液态电池更优的电化学性能、更高的安全性和更低的成本，固态电池的研发难度较大，技术壁垒较高。 固态电池包含全固态电池和混合固液电解质电池。1978年研发的聚氧化乙烯（PEO）基全固态电池已经被Bollore公司和SEEO公司商用，然而由于室温离子电导率低，该电池一般只能在60℃以上的温度下工作，且工作电压小于4.0V，使用磷酸铁锂正极材料和锂负极的PEO基全固态电池能量密度低于220Wh/kg，目前具有较高的室温离子电导率和优良的电化学稳定性的聚合物电解质尚未商业化验证成功。2011年发现的硫化物电解质具有室温条件下高离子电导率，然而硫化物电解质由于对水敏感、高成本、低化学/电化学稳定性以及高界面阻抗导致其综合性能不及商用液态电解质锂离子电池。固态电池仍有诸多技术难关亟待攻克，中国固态电池企业均较重视技术研发，截至2022年末，清陶能源总申请专利数达502件，卫蓝新能源已申请国家专利300余项，形成完整知识产权体系，行业技术护城河较深。 2降本空间大 在目前对于固态电池的成本预测中，高达75%的生产成本可能被高估，固态电池未来降本空间较大。 2021年美国麻省理工学院JenniferL.M.Rupp团队以“Processingthinbutrobustelectrolytesforsolid-statebatteries”为题，在NatureEnergy上发表综述文章，批判性讨论固态电池的研究现状以及最新加工成本。文中提到，参考固体氧化物燃料电池技术的加工成本和电解质成本，假设大规模生产，固态电池电解质的生产成本估计为8.5-12.5美元/m²，如果继续依赖传统的高温烧结成条工艺，即使原材料价格低至10美元/kg，氧化物固态电解质电池依然在经济上不可行。随着对新材料的不断研究与发现，未来基于磷酸铝钛锂（LATP）、钛酸镧锂（LLTO）或锂镧锆氧（LLZO）的电解质膜不一定需要传统的烧结或从合成粉末和致密化开始，也可以开发湿法化学路线，从而在加工流程上大幅减低成本，促进固态电池的推 广。 3由半固态电池向全固态电池梯次渗透 未来固态电池的技术发展和应用将呈现由半固态向全固态“梯次渗透”的趋势。 随着未来中国对动力电池能量密度的要求不断提升，固态电池技术将成为突破电池能量密度和安全性能的重大突破口。当前全固态电池存在电池内阻较大、离子电导率较低、电解质成本较高的阻碍，投用尚需时日，半固态电池是由液态电池向全固态电池过渡的中间方案，以卫蓝新能源为例，其半固态电池之所以能快速推向市场，正是因为尽可能地借用了现有液态电池装备和工艺。未来本土企业在技术革新的过程中可逐步减少对液态电解质的依赖，从液态逐步实现到半固态、准固态、全固态的目标。 [3]1：https://mp.weixin.… 2：https://mp.weixin.… 3：https://mp.weixin.… 4：https://mp.weixin.… 5：https://mp.weixin.… 6：https://www.leadle… 7：https://cj.sina.com… 8：《储能科学与技术》，… 固态电池发展历程[4] 固态电池行业迄今主要经历三个发展阶段：在1976-2010年的萌芽期，金属锂开始用于电池材料，PEO基全固态电池出现，LiPON固态电解质电池展现出优异的稳定性、机械性能与化学性能。在2011-2022年的启动期，国内外固态电池技术蓬勃发展，并衍生出多元化技术路线，中国固态电池企业陆续创立，建成首条固态电池量产线。在2023年至今的高速发展期，固态电池逐步由实验室阶段迈向大规模商业化应用，车用固态电池产业 化进程加速，需要上下游产业链的协同配合，实现对液态锂离子电池的渐次替代。 萌芽期1976~2010 1976年，美国石油公司的技术人员Whittingham提出将锂用于电池的技术，此时的锂电池正极材料使用二硫化钛，负极材料使用锂，无法作为二次电池稳定工作，仅作为钓鱼用的浮标电池和一次性相机的闪光灯电源等不能充电的一次电池实用化。1978年研发的聚氧化乙烯（PEO）基全固态电池如今已被Bolloré公司和SEEO公司商用，然而由于室温离子电导率低，该电池一般只能在60℃以上的温度下工作。世界上第一款产业化的锂离子电池是由Goodenough发明的钴酸锂正极、A.Yoshino提出的焦炭负极组合而成，SONY公司于1992年实现量产，锂离子电池革新了消费电子产品的面貌。同年，来自美国橡树岭国家实验室的Bates等研发出锂磷氧氮(LiPON)固态电解质，用于制造薄膜锂离子电池，其稳定性、机械性能、化学性能等均较为优异。中国电子科技集团公司第十八研究所于1992年也在国内率先开展锂离子电池研究，1994年推出了第一只AA尺寸电池。1997年，中国建成第一条18650锂离子电池生产示范线，2000年建成天津力神电池公司大生产线。2001年中国“电动汽车”重大科技专项开始启动，确立了以纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车为“三纵”和电池、电机、电控为“三横”的“三纵三横”研发布局，纯电动汽车技术作为“三纵”之一得到重点研发部署。2006年后的ET（Environment&Energy）革命推动电动汽车需求高涨，具有适合电压 高、能量密度大等汽车用二次电