固态电池：锂电升级重要方向__产业落地持续加速_王柄根

行业·公司|行业研究 Industry·Company 固态电池：锂电升级重要方向 产业落地持续加速 王柄根 固态电池是将传统液态电池中的电解液替换为固态电解质的一种电池技术，能够大幅提升电池的安全性、能量密度，契合新能源汽车对于锂离子电池技术发展趋势，是未来锂离子电池升级的重要技术方向。从上世纪50年 代，科学家开始针对固态锂电池开展研究以来，至今已经 历时70余年。尽管目前仍有一些技术问题有待解决，但是多年来材料的发展和电解质技术的进步，正不断推动固态电池产业的逐步落地。 固态电池产业化进展加速 根据固态电池中电解液含量的不同，可以分为半固态电池和全固态电池。一般来讲，半固态电池中的电解液含量占比在5-10%，电解液的添加能够提升电池内部的界面浸润性，降低电池阻抗，是目前产业化进展较快的固态路线；全固态电池完全由固态物质组成，不含任何液态成分。 年初以来，国内半固态电池产业化进展连连。以上汽、广汽为代表的车企成为推动半固态电池装车的中坚力量，2024年上半年半固态电池实现装车量2.15GWh；锂电产业链主流企业加速入场，电池厂或披露研发进展，或发 布固态新品，材料厂布局电解质开发，积极送样配套供货。从车企到电池、材料，全产业链形成合力，大大提高了固态电池新技术趋势的确定性。 政策端，一方面工信部行业新规范引导企业加强技术创新、提高产品质量，另一方面据官媒消息，国家将投入约60亿元用于全固态电池研发，项目会由相关部委牵头实施，宁德时代、比亚迪等六家企业将获得政府基础研发支 持。全球化竞争下，为巩固和维系我国在锂电池领域的优 势地位，发展固态电池具有很高的战略意义，有望获得国家层面的鼓励与支持。 硫化物路线有望成为主流 目前，主流的固态电解质分为聚合物、氧化物、硫化物三大路线。其中，硫化物固态电解质由于其具有很好的加工性能以及极高的离子电导率，被认为是全固态锂电池中的有力竞争者。 2024年4月28日，宁德时代首席科学家吴凯在 CIBF2024先进电池前沿技术研讨会上首次详细公布了其全固态电池的研发进展，采用硫化物固态电解质。在此之前，硫化物路线主要为海外企业所青睐，既包括丰田、三星等日韩企业，也包括部分欧美企业，如SolidPower和SvoltEn⁃ ergy，已成功制造了20Ah硫化物全固态电池，SolidPower、 Samsung和Nissan已开始建设硫化物全固态电池试制线。近期硫化物全固态电池高容量正极材料研究也不断 取得新突破。据媒体9月3日报道，中国科学院青岛生物能源与过程研究所武建飞研究员带领的先进储能材料与技术研究组，研发出用于全固态锂硫电池的新型硫化锂正极材料，能量密度超过600瓦时每千克。该研究为开发高 能量密度的全固态电池提供了新的方法和思路，与目前已 商业化的锂离子电池相比，其能量密度高出1倍有余，且成本更低。 不过，硫化物电解质及其关键原材料硫化锂，开发与制备均面临较大技术与工艺挑战。由于硫化物遇空气会迅速水解生成毒性气体，因此电解质合成需在惰性气氛环境下进行，造成研发、制造、运输及储存成本高昂，成为硫 552024年第18期 行业研究|行业·公司 Industry·Company 化物全固态电池走向商业化的重要掣肘，同时也意味着长期降本空间巨大。 据东方证券测算，在当前硫化锂售价高达480万元/吨 的情况下，硫化物电解质的成本将超过200万元/吨，全固态电池的材料成本约为2.2元/Wh，单GWh中硫化锂价值量高达16.8亿元，在所有原材料成本中占比达77%。作为参照，目前普通三元电池中碳酸锂的价值量约为5700 万元/GWh。（见图一、二） 根据欧阳明高院士年初的演讲内容，自制硫化锂较外购可实现80%成本节降，若硫化物固态电池实现量产装 车，硫化锂价格有较大可能降至100万元/吨左右，则硫化 物电解质成本降低至约45万元/吨，电池成本降低至0.85元/Wh，对应单GWh电池硫化锂价值量约3.5亿元，依然为成本占比最高的电池材料。假设规模化应用后，硫化锂的量产价格降低至30万元/吨，则硫化物电解质成本可降低 至约15万元/吨，电池成本降低至0.61元/Wh，对应单GWh 电池硫化锂价值量约1.1亿元，占比仅次于三元材料。 全固态电池量产节点或在2027年 当前，国内只有半固态电池实现了装车应用，全固态电池作为真正意义上的革命性新技术，量产应用仍面临一系列的挑战。 宁德时代首席科学家吴凯表示，如果用技术和制造成熟度作为评价体系（以1-9打分），则宁德时代的全固态电池研发目前处于4分的水平。宁德时代的目标是到2027年 达到7-8分的水平，意味着届时可以小批量生产全固态电 池。未来3年，全固态电池技术和制造或将进入成熟期。 业内人士表示，近期，多家企业的固态电池在性能提升、量产进度等方面不断推进，有望加速固态电池的产业化进程。2024年以来，我国固态电池行业出现半固态量产车型上市、半固态电池装车渗透率达1%等边际变化，产业化信号已至。我国具备技术路线低风险、“小步快跑”节奏好、产业化条件充沛等优势，有望在半固态及全固态电池产业化下半场胜出。 东方证券分析认为，由于短期内材料与成本依然较高，预计车规领域一些高端或特定需求的电动车型会接受一定溢价搭载固态电池，到2030年动力电池中固态电池渗透率达到10%，其中主要为半固态电池；而在消费电子、航空航天等领域，下游市场对价格的敏感度较低，能够包容较高的新技术溢价，因此预计固态电池的渗透率提升将 快于车用市场，2030年固态电池渗透率达到20%，其中全 固态电池渗透率为10%。预计2030年全球固态电池出货量将达到396GWh，其中全固态电池出货量超85GWh。 随着技术进步和规模效应显现，2030年同时有望成为全固态电池开启降本通道的起点，随着成本下降市场竞争力增强，全固态电池将打开更广阔的应用市场，渗透率加速提升。 图一：硫化物固态电池材料成本拆分 图二：普通三元电池材料成本拆分 数据来源：百川盈孚，Wind，同花顺，东方证券 2024年第18期56