2023年中国半固态电池行业概览：凝聚态电池推出，半固态电池能否成为下一代技术制高点？

报告要点速览 本篇报告主要关注以下问题：1.半固态电池性能如何？ 2.半固态电池对现有产业链影响是怎样的？ 3.半固态电池市场布局如何？ 观点提炼 1.半固态电池性能如何？ 半固态电池包含部分固态电解质，固态电解质具有耐高温、不可燃等特性，因此电池自燃风险降低；半固态电池作为固态电池的细分，性能优于液态电池但次于全固态电池，其优点包括安全性较好、能量密度较高、灵活性更好、循环寿命更长、工作温度范围更宽、耐挤压和耐震动。 2.半固态电池对现有产业链影响是怎样的？ 半固态电池对于现有锂电池产业链上游的冲击是有限的，主要在于电解液和隔膜受到一定的影响；从半固态电池发展到全固态电池，电解液和隔膜将逐渐被取代，对于现有产业链冲击较大。 3.半固态电池市场布局如何？ 全球多家电池制造厂商已宣布正在参与半固态电池研发，并设立确定可实现的研发目标； 在2028年全球锂电池产能预测中，预计宁德时代位居榜首，LGChem紧随其后，其次为特斯拉和比亚迪制造商 2022-2023年中国多家电池厂商与车企合作布局半固态电池，其中卫蓝新能源预计产能数量位居第一，达到100GWh，头部厂商预计共布局产能168.5GWh。 行业概览| 2023/04 中国电池行业 精华摘要 半固态电池的工作原理与传统锂电池是相通的，相比较液态电池，固态电池的构造较简单；半固态电池电芯BOM成本低于液态电池电芯BOM成本；固态电池在锂电池中综合性能最优 半固态电池VS液态电池与全固态电池 液态锂电池 半固态电池 全固态电池 电解质 液态电解质 液态+固态电解质 固态电解质 负极材料 石墨或硅碳负极 石墨或硅碳负极 石墨、硅碳、金属锂负极 有隔膜，并涂敷固态电解质材料 隔膜 有隔膜 无隔膜 安全性 相比较传统液态电池，固态电池构造较简单，固态电解质除了传导锂离子，也能充当隔膜的角色；在全固态电池中，不需要电解液、电解质盐、隔膜和粘结剂等材料，相比较半固态电池的构建步骤更加简化 半固态电池、传统液态电池与全固态电池的工作原理是相通的，充电时正极的锂离子从活性物质的晶格脱嵌，通过固态电解质向负极迁移，电子通过外电路向负极迁移，两者在负极处复合成锂原子、合金化或嵌入到负极材料中 半固态VS传统液态电池成本占比 固态电池VS磷酸铁锂电池与三元锂电池 能量密度 传统液态锂电池成本构成 7.7% 成本 倍率性能 隔膜 磷酸铁锂电池 12.2% 电解液 三元电池 80.1% 其他 量产能力 循环寿命 固态电池 半固态锂电池成本构成 安全性 工作温区 根据浙江锋锂新能源公司数据显示，半固态电池电芯BOM成本为0.5729元/Wh，而传统液态电池电芯BOM成本为0.5766元/Wh，半固态电芯BOM成本低于液态电池电芯BOM成本 12.3% 7.0% 固态膜 电解液 80.7% 其他 在电芯BOM成本中，传统液态电池膜+电解液为0.1145元/Wh，半固态电池膜+电解液0.1108元/Wh，其中半固态电池固态膜成本占比较大，但电解液成本占比相比较小 半固态电池作为固态电池的细分，性能优于液态电池但次于全固态电池，其优点包括安全性较好、能量密度较高、灵活性更好、循环寿命更长、工作温度范围更宽、耐挤压和耐震动 半固态电池优点 安全性 能量密度 灵活性 其他优势 半固态电池包含部分固态电解质，固态电解质具有耐高温、不可燃等特性，因此电池自燃风险降低 半固态电池相较传统液态电池能量密度更高 ； 目前卫蓝新能源、国轩高科已研发出能量密度为360Wh/kg的半固态电池 固态电池可以采用内串的成组方式，通过将电池内部极片以串联方式连接的结构设计，实现单体电池电压提升具有内串结构的单体电池电压可达到多个电芯串联的电压水平，减少包装结构的使用，提高成组效率 此外，半固态电池还具有循环寿命更长、工作温度范围更宽、耐挤压和耐震动等优点 在技术方面，控制正负极体积膨胀，保持界面接触来获得长循环寿命 ； 采用超离子导体、固液结合、热管理等实现宽温区工作等 虽然固态电解质能从原理上极大提高安全性，但其后续生产的质量控制、电池管理系统依然十分重要 固态电池高电压比和良好的安全性可以让电池管理系统更为简化，进一步提升电池能量密度 半固态电池对于电池性能需求的解决路径 半固态电池性能（相较传统锂电池） 电池理想性能 解决路径 能量密度高 采用高能量密度嵌入化合物、硫基、空气等作为正极 循环寿命长 控制正负极体积膨胀，保持界面接触的机制存在体积变化缓冲机制，复合电极采用超离子导体，固液结合、热管理 体积变化小 宽温区工作 倍率特性好 高倍率的正负极设计，聚合物、无序层、固液界面设计采用不易粉化的金属锂复合电极，无易氧化固体电解质含有柔韧性物质或系统减震 耐挤压 耐震动 耐过充 宽电位窗口电解质与正极材料选择高稳定正负极材料 电芯内有熔断、热保护机制有抑制锂枝晶生长穿刺的机制无锂枝晶、无持续界面反应 耐过放 耐短路 无内短路 自放电率低 // 低成本 通过提升能量密度与寿命来降低成本，实现量产完善产业链 半固态电池上游包括矿产、原材料和设备，中游为电池制造商，下游包括新能源汽车、储能和消费电子等领域；其中上游固态电解质是半固态电池制造的核心原材料，中游以氧化物为主流的制造路线 半固态电池产业链图谱 半固态电池对于现有锂电池产业链上游的冲击是有限的，主要在于电解液和隔膜受到一定的影响；从半固态电池发展到全固态电池，电解液和隔膜将逐渐被取代，对于现有产业链冲击较大 半固态电池与全固态电池上游原材料情况 新能源汽车是半固态电池最主要的市场，预计2023年中国半固态电池可实现量产，到2030年中国半固态电池在新能源汽车市场中乐观需求量为90.0GWh，保守需求量为61.4GWh 中国半固态电池在新能源汽车市场中需求量预测，2023-2030E 单位：GWh CAGR34.1% 半固态电池产业链下游主要包括新能源汽车市场、储能市场和消费电子市场，其中新能源汽车市场是半固态电池最主要的市场；此外，根据半固态电池的安全优势，应用于对成本敏感度较小的微电池领域，如植入式医疗设备、无线传感器等，随后逐渐向高端消费电池渗透；在电化学储能方面，目前锂电池占电化学储能比重达80%，随着固态电池发展，在下游储能市场发展空间潜力是巨大的 中国半固态电池在新能源汽车市场需求中，根据头豹研究院分析，2023年乐观预测半固态电池渗透率达1.0%，2029年可突破10%渗透率，2030年中国半固态电池在新能源汽车市场中乐观需求量为90.0GWh，保守需求量为61.4GWh。根据中国多家电池制造商研发阶段预测2023年半固态电池可实现量产，2023-2026年需求量CAGR为122.9%，但随着全固态电池的推出，半固态电池市场受限，预计2026-2030年需求量CAGR为34.1%