2023年中国固态电池产业化解析：固态电解质加速产业化进程

短报告2023/03 www.leadleo.com 2023年中国固态电池产业化解析：固态电解质加速产业化进程 ChinaSolid-stateBatteryIndustry 中国全固体電池の工業化の分析 （摘要版） 报告标签：固态电池、产业化、氧化物、硫化物 主笔人：文上 报告提供的任何内容（包括但不限于数据、文字、图表、图像等）均系头豹研究院独有的高度机密性文件（在报告中另行标明�处者除外）。，任何人不得以任何方式擅自复制、再造、传播、�版、引用、改编、汇编本报告内容，若有违反上述约定的行为发生，头豹研究院保留采取法律措施、追究相关人员责任的权利。头豹研究院开展的所有商业活动均使用“头豹研究院”或“头豹”的商号、商标，头豹研究院无任何前述名称之外的其他分支机构，也未授权或聘用其他任何第三方代表头豹研究院开展商业活动。 报告要点速览 本篇报告主要关注以下问题： 1.中国固态电池产业化的影响因素是什么？ 2.中国固态电池产业化现状如何？ 3.中国固态电池产业化发展趋势是怎样的？ 观点提炼 1.中国固态电池产业化的影响因素是什么？ 中国固态电池产业化驱动因素包括政策推动、技术研发的进步以及应用优势等；全球多国明确固态电池产业化目标，2020-2025年着力提升电池能量密度并向固态电池转变，2030年研发�可商业化使用的全固态电池，研发技术成果突飞猛进，推动其产业化进程。但是，目前固态电池未实现产业化有多方面制约因素，包括成本、界面、安全和稳定性等多方面问题；总体来看，固态电池整体产业链不完善，技术层面仍有待研发与提高。 2.中国固态电池产业化现状如何？ 在固态电池研发方面，尽管中国企业不及日本与美国等地区起步早，但目前市场参与者众多，同时中国头部车企与电池企业密切合作，共同推进固态电池的产业化进程。中国固态电池相关企业主要包括三种类型。第一种类型是将固态电池研发与产业化作为主营业务的企业，包括卫蓝新能源、清陶能源等；第二种类型是传统锂电池产业链中的头部企业，例如赣锋锂电、比亚迪、宁德时代等；第三种类型是行业相差较大，但通过技术合作拓展业务的企业，例如上海洗霸、金龙羽、高乐股份。 3.中国固态电池产业化发展趋势是怎样的？ 中国固态电池产业的发展方向主要包括基础科学和产业化技术；在产业化方面，固态电池产业链中的电解质、制造设备和电池设计制造等环节具有较大的市场空间，但从长期来看涂敷隔膜发展具有局限性。 全球固态电池研发技术成果突飞猛进，推动其产业化进程；此外，相比较液态电池，固态电池在续航时间、安全性能、便携性和循环寿命方面均有优势，替代液态电池使用指日可待 中国固态电池专利申请数量，2013-2021年 350 300 250 200 150 100 50 0 单位：个 282 305 根据日经PatentResult数据显示，2000-2022年3月日本位居全球固态电池专利数量第一，在企业专利数量排名中，日本企业独占前三名，丰田汽车固态电池专利数位居第一，共1,332件专利，其次是松下HD和光兴产业，分别为445和272件专利。总体来看， 179 146 79 44 10 16 19 中国固态电池技术研发进步增速 较大，但相比较国际技术而言， 201320142015201620172018201920202021 固态电池VS液态电池 仍有待提高 指标 固态电池 液态电池 电池结构 正极、负极、电解质、集流器等 正极、负极、电解液、隔膜、集流器等 电解质 使用固体电解质 使用液体电解质 无机电解质，聚合物电解质 LipF6，PVDF-HFP，EC-DMC等 优点 能量密度高电化学窗口可达5V以上，可匹配高电压材料只传输锂离子，不传导电子热稳定性好 工业化、自动化程度高电极与电解液的界面接触好单位面积导电率高 缺点 界面电阻高，与空气稳定性差单位面积导电率较低成本较高循环过程中物理接触变差 有机电解液易挥发燃烧热稳定性差依赖于形成的SEI膜保护电池锂离子与电子可能同时传导持续的洁面副反应 续航时间：就续航时间而言，液态锂电池能量密度上限区间为300-350Wh/kg，而固态电池能量密度则有望达到500Wh/kg，续航里程有望翻倍实现1,000km以上，解决应用中里程焦虑的问题 安全性：固态电池内无液体电解质，而是采用全固态成分，不具备易燃易挥发的问题，相对更加稳定，可以有效避免许多安全隐患 便携性：由于固态电池不需要电解液和隔膜，因此固态电池相比锂电池厚度更小，固态电解质和固态材料的应用，也会使得整个电池重量有明显减轻 使用寿命：液体电解质在低温下容易黏稠，影响离子传导，导致低温和高温下性能较差，而固态电解质低高温性能都较优秀；相对于液体电池，固态电池的使用寿命更长，回收周期也拉长 来源：头豹研究院 目前固态电池未实现产业化有多方面制约因素，包括成本、界面、安全和稳定性等多方 面问题；总体来看，固态电池整体产业链不完善，技术层面仍有待研发与提高 制约因素——成本问题 项目 固态电池 液态电池 石墨负极 锂负极 石墨负极 硅碳负极 能量密度(Wh/kg) 231 383 241 291 体积能量密度(Wh/L) 530 851 530 676 电池材料成本($/kWh) 137.9 86.5 93.2 83.2 电池生产成本($/kWh) 20.9 15.5 25.5 24 电池总成本($/kWh) 158.8 102 118.7 107.2 目前，固态电池原材料供应链不完善，部分原材料尚未大量生产，整体产业链也不完善，从而导致价格上升，制造成本居高不下；此外，相关电池制造需要特定的环节中进行，例如烧结、真空、干燥房、特定气氛等，这些环节将增加固态电池的制造成本 制约因素——界面问题 空间电荷层 界面反应 界面问题 界面接触缺失 •绝大多数正极材料在充放电过程中会伴随反复的体积变化，从而造成固体电解质和正极材料颗粒间的接触缺失，界面接触的缺失也会造成界面阻抗的增加和电池容量的损失 •在正极侧，由于固体电解质和电池正极之间的热力学不稳定性，二者之间会通过发生界面反应形成界面层，导致高的界面电阻 •部分界面层还包括高电子电导成分，从而导致离子绝缘层的持续生长 •活性物质通常是高离子电导率和电子电导率的混合体，而固体电解质是单一的离子导体，接触时由于锂离子在二者之间存在较大的化学势差，锂离子会从硫化物固体电解质向氧化物正极侧迁移，形成空间电荷层 锂金属阳极与固态电池界面问题：热力学不稳定界面，锂金属与固体电解质接触时发生副反应，形成具有高离子电导和电子电导的混合导电相界面，混合导电界面层会和锂金属继续反应，最终导致电池失效 界面问题是固态电池产生高内阻并最终导致低倍率和循环性能下降的主要原因，为实现全固态电池应用，引入界面修饰层面被认为是目前最有效的方面 来源：Weliy，头豹研究院 中国固态电池产业化研发相比较欧美与日本起步较晚，但目前市场参与者众多，同时中 国头部车企与电池企业密切合作，共同推进固态电池的产业化进程 中国固态电池厂商产业化进程与技术路线 企业 产业化进程 技术路线 赣锋锂电 重庆两江新区年产20GWh，新型锂电池研发及生产基地项目，项目产品包括第二代固态电池，预计2023-2024年投产宜春赣锋年产1,000吨固态电池负极材料项目（在建工程）赣锋锂电投资年产3亿瓦时的第一代固态锂电研发中试生产线浙江赣锋2021年投产江西生产基地，2GW第一代固态锂电2022年赣锋联合东风汽车发布50台E70固态电池营运车辆 赣锋锂电是中国最早投产固态电池产业化开发的企业，目前技术包括氧化物和硫化物体系，半固态电池已进入产业化阶段；第二代固态电池能量密度达到400Wh/kg，采用三元正极、固态隔膜和含金属锂负极材料 卫蓝新能源 2022年投产100GWh固态锂电池项目，投资额400亿元，一期投资102亿元，年产混合固液电解质电池和全固态电池20GWh湖州卫蓝年产20GWh固态电池项目江苏卫蓝年产1亿瓦时固态电池湖州车规级固态电芯2022年6月投产 卫蓝采用氧化物路线，30Ah固态锂电电芯，电压3.7V，容量30,000mAh，能量密度270Wh/kg 上海洗霸 配合张涛研究团队建设试产线：吨-十吨级/年固态电池粉体材料配合赵东元团队建设试产线：百吨级/年锂离子电池硅碳负极/硬碳负极材料 上海洗霸正在开发新一代低成本的氧化物固态电池电解质 高乐股份 2022年12月与义乌经济技术开发区签订《战略合作协议》，投资建设2GWh纳米固态电池项目，投资额20亿元，计划 分为两期建设，一期1GWh产线预计2023年1-6月完成电池产品下线，二期1GWh产线预计2023年7-12月完成 高乐股份的纳米固态电池目标性能为高能量密度300-450Wh/kg；高安全性，无电解质泄漏、无枝晶短路问题；长寿命，充放电次数超过2,000次 金龙羽 固态电解质和碳硅负极材料中试和小试产品已经生产，目前正在测试相关指标以及改进工艺和材料性能研究；固态电芯中试线已经完成，计划开展下一步的中试研发工作 以超薄锂合金为负极材料，与无机聚合物复合电解质装配成固态电芯，所得1Ah固态电芯（能量密度350Wh/kg）在充放电30次循环后容量保持率可在95%以上 清陶能源 2018年11月正式建成0.1GWh第一条固态电池量产产线，中国首条固态电池产线昆山清陶新能源固态锂电池（10GWh）产业化项目2023年2月与成都郫都区签约建设年产能15GWh的动力固态电池储能产业基地项目，投资100亿元，首条生产线设计产能1GWh，预计近期首批半固态电池将在郫都工厂正式下线 清陶能源量产基于氧化物体系的固态电池产品，能量密度可达400Wh/kg以上；第一代半固态电池液体含量在5%-15%，能量密度最大为420Wh/kg，第二代产品在小试阶段，液体含量降至5%以下，能量密度达400Wh/kg-500Wh/kg 全球车企的搭载规划推进固态电池产业化加速，预计2023-2025年将迎来半固态电池的 产业化浪潮，电动汽车搭载全固态电池并实现量产预计在2030年实现 全球代表性汽车企业的固态电池搭载规划，2023-2028年 企业 预计搭载时间 电池供应商 搭载固态电池规划 蔚来 2023年 卫蓝新能源 2022年11月卫蓝新能源宣布半固态电池动电芯下线，将搭载蔚来ET7车型，预计2023年上半年交付，电池包能量密度达到360Wh/kg，可实现充电10分钟，续航400公里 塞力斯 2023年 赣锋锂电 纯电动SUV塞力斯SERES5预计2023年上市，搭载三原版固态电池，续航里程达530公里，主攻欧洲市场 保时捷 2023年 QuantumScape 保时捷与美国QuantumScape合作，联合开发搭载固态电池的911车型，预计2023年正式亮相 上汽 2023年 清陶能源 上汽与清陶能源签约合作研发固态电池，预计2023年应用于上汽自主品牌新款车型 东风 2024年 赣锋锂电孚能科技 2022年12月中国广州车展中东风汽车表示，目前正在研发第二代固态电池，预计2024年实现产业化搭载，续航里程可达1,000公里以上 长安2025年/2022年12月长安深蓝在广州车展表示，目前正在加速半固态电池研发， 已进入工程化阶段，预计2025年搭载整车使用 宝马 2025年 SolidPower 2023年1月宝马宣布将与SolidPower启动下一阶段固态电池联合研发，预计搭载全固态电池车型将在2025年推🎧，2030年实现量产 现代2025年/预计2025年试生产配备固态电池电动车，2027年批量生产，2030年之前 实现产业化 长城 2025年 蜂巢能源 长城旗下的蜂巢能源计划2025年量产固态电池并搭载在新款车型中 雷诺2025年/雷诺、日产、三菱联盟致力研发固态电池技术，预计在2025年推�搭载固 态电池的电动车 大众 2025年