光大电新 全固态电池工艺与设备探讨专家会20250610

光大电新|全固态电池工艺与设备探讨专家会 1、工信部固态电池项目详情 •项目基本信息：2024年5月，工信部设立60亿全固态电池研发基金，专项用于该领域研 发。获支持企业有宁德时代、比亚迪、一汽、上汽、蔚来、吉利，其中宁德时代获20多亿，占比近半。 •研发转变与验收：此前，宁德时代和比亚迪唱衰固态电池，宁德称其离量产遥远，比亚迪 称其为文字游戏。2024年5月获国家资金后，宁德组建1000多人团队研发，做出硫化物样品电芯。工信部项目为课题性质，类似学校论文，覆盖材料、工艺、正负极等细分领域。企业申报需提交厚材料，验收提交实验结果，已开始线上递交，为一次性项目，无淘汰或增补。 •后续资金支持：工信部设60亿基金是因丰田原计划2027年硫化物固态电池上车，引发其 焦虑并推动研发。但丰田将上车时间推迟至2030年，工信部焦虑缓解，国家层面近期无额外基金。地方政府一直通过土地、税收优惠和政府基金投入支持电池企业发展新能源。 2、硫化物与氧化物技术路线对比 •氧化物路线特点：氧化物具有高低温性能优良、化学窗口稳定的优势，适合作为过渡形态 材料，用于半固态电池。但其电导率低，约为电解液的1/8，且固体与固体接触界面差。加入电解液可显著改善其电导率和接触界面问题，清陶、蔚来已布局氧化物专利。 •硫化物路线特点：硫化物电导率高于电解液，但其缺点明显。一是上游材料硫化锂成本超 180万元/吨；二是制造及售后过程中会与水反应释放有毒的硫化氢；三是制造电芯需 300MPa以上压力，工艺难度大；四是无法阻挡锂枝晶形成，美国QS等企业已放弃该路线。此外，硫化物专利集中在日本企业，由东芝主导。 •企业路线选择逻辑：不同类型企业基于技术和商业考量选择不同路线。初创企业如清陶等， 为快速推出过渡产品，选择氧化物路线，并围绕其进行专利布局；宁德、比亚迪等企业现金流稳定，不急于推过渡产品，瞄准产业终局，选择硫化物路线。 3、半固态电池现状与挑战 •性能指标与测试结果：客户（上汽）对半固态电池提出核心需求：四驱车续航超1000公 里；倍率大于2C；安全性通过针刺测试；循环次数超1000圈。2024年半固态方案实际表现为，133度电电池续航达1000公里；倍率最高1.6C，未达2C要求；针刺测试无法100%通过；循环次数达标。半固态方案性能缺口与含电解液有关。 •成本与市场接受度：以智己车型为例，不同电池版本价格与配置对比：磷酸铁锂版本75 度电，续航650公里，售价23万元；宁德时代NCM811电池版本100度电，续航770公 里，售价29.9万元；清陶半固态电池版本133度电，售价33万元。半固态电池与宁德时代811电池相比，BOM成本因增加氧化物固态电解质层高约7%，但商业层面售价无法高于宁德时代（行业内宁德时代电芯售价最高）。当前半固态电池电芯层面成本约0.56-0.58元/瓦时，接近液态电解质电池成本水平。 •上量限制因素：半固态电池能量密度较宁德时代NCM811电池提升至316Wh/kg（原 280Wh/kg），仅提高约15%。同时存在性能短板：倍率最高1.6C（低于客户要求2C，且宁德时代电芯普遍2C以上，神行电池可达4C）；循环性能较差。从用户与主机厂需求看，用户对充电速度（倍率）需求优先级高，半固态电池倍率不足影响其终端应用；循环性能差影响用户长期使用信心，主机厂缺乏推广信心，导致半固态电池未大规模上量。 4、全固态电池工艺与设备推测 •终局工艺流程：全固态电池终局制造工艺需应用干法电极及后续工序。因行业需提升能量 密度，湿法涂布无法满足，所以采用干法电极工艺。该工艺为正负极、固态电解质分别干混，经气流吹扫等方式干纤维化，再致密化（压实以提升能量密度），此过程用等静压设备替代滚压机（滚压机有压力上限且材料会反弹，增大尺寸仍有上限）。致密化后热压进行集流体复合，接着分条、模切；因未来极片硬邦邦，采用叠片替代卷绕工艺；叠片后热压使电芯成型，再依次进行焊接等工序。整体前段（尤其是干法电极）设备变化大，后段变化小。 •封装形式变化：当前主流为铝壳电池，如宁德时代、比亚迪。全固态电池无电解液，不存 在漏液问题，且软包封装能量密度更高，因此未来主要采用软包封装。 5、材料与负极技术发展 •锂金属负极适配性：锂金属负极测试中极不稳定，与电解液和硫化物固态电解质会发生反 应，仅适配氧化物全固态电解质。基于此，相关项目已将锂金属负极项目转为硅碳负极。 •硅碳负极限制：因正极采用9系、9.5系高镍材料，提升空间小，需改进负极材料。硅碳 负极是石墨掺硅方向，但存在技术限制：硅膨胀系数是石墨的三倍，掺硅比例超15%时，负极在制造中会因附着力变差从铜膜脱落，其能量密度提升上限难超500瓦时每公斤。 •全硅负极探索：全硅负极克容量高，可达3800毫安时每克。美国Amprius公司用硅纳米 线技术，将负极全换为硅，在铜箔上制备有间隙的硅纳米线缓解膨胀，首次放电后可恢复原位。目前已制出样品电芯，能量密度高，但仍为液态电池方案。 6、企业研发进展与成果 •上汽项目进展：上汽固态电池项目处于停滞状态，该项目于2024年4月发布并召开发布 会，原计划10月上市，但因电芯端实验未通过，未进行大规模量产。此外，上汽与青岛合作的富锂锰基体系项目进展顺利，其正极采用富锂锰基，负极使用硅碳，电解质为氧化物固态电解质，属于半固态方案，已通过高低温、针刺、热扩散等实验。该项目以性价比为主要诉求，能量密度对标6系三元，成本接近磷酸铁锂，单瓦时成本低于6系三元，电量高于 磷酸铁锂。项目计划于2025年下半年发布，将适配名爵汽车，客户要求准备10万辆车的产能。 •清陶扩产规划：清陶计划在成都建设10GWh产能的半固态电池项目，投资60亿元。该项 目配套成都现有的储能pack厂，用于生产磷酸铁锂产品，并非车规级产品，且资金投入时间尚不明确。研发方向为复合电解质路线，以占比超过60%的氧化物为基础，添加聚合物和硫化物电解质。 •全固态实验室成果：清陶全固态电池研发处于实验室阶段，可制作无隔膜电芯和全固态电 芯，如能量密度超700Wh/kg、容量约120安时的软包电芯，但此类电芯循环性能仅几十圈，无实际应用价值。行业层面，宁德时代采用硫化物方案研发的样品电芯虽已制作完成，但循环和倍率性能较差，因不具备应用价值尚未发布。当前全固态电池研发仍需提升循环和倍率性能。 7、全固态电池研发挑战 •关键技术问题：全固态电池研发面临多方面技术挑战。材料适配方面，需解决原位光聚合 效果的定量控制及三种材料的配比问题。工艺成熟度方面，干法涂布等新工艺尚未成熟。技术进展现状方面，研发进展不如消息面乐观，2028年前无全固态电池量产。 •设备研发需求：全固态电池研发对设备有特殊需求。功能要求上，需开发能精准控制极片 厚度、长宽及受压情况，且确保极片受压不开裂的设备。当前设备现状方面，现有的等静压设备主要用于对控制精度要求不高的行业，未应用于锂电池领域；锂电池行业内尚未开发出满足需求的专用设备，相关研发仍在探索中。 Q&A Q：工信部60亿元固态电池项目的后续研发时间、方式、具体目标或指标，以及今年及未来几年的情况如何？ A：该项目为2024年5月工信部设立的全固态电池研发专项基金，总规模60亿元，支持宁 德时代、比亚迪、一汽、上汽、蔚来、吉利六家企业，其中宁德时代获资约20亿元，占比近半。此前宁德时代、比亚迪对固态电池持谨慎态度，获资后行业龙头开始投入研发，如宁德时代组建千人团队并开发硫化物样品电芯。项目为课题制，允许材料、工艺、正负极等细分领域申报研发方向，验收需提交实验结果，当前已进入线上递交阶段，无淘汰或增补安排。Q：本轮向上提交材料时，审核重点关注哪些方面的进展？ A：审核重点关注课题的当前进展阶段、已开展的测试与验证内容及最终结论。 Q：当前各家在全固态电池研发领域的进展及具体差异如何？ A：目前全固态电池尚未形成确定的实现方式，各家提交的材料主要偏向学术性质，聚焦于材料适用性研究，例如通过去除塑料隔膜、采用固态电解质替代的无隔膜电池技术路线，当前进展集中于此类电芯的性能测试阶段。 Q：当前全固态电池的研发进展处于实验室级产品测试阶段还是已进展至中试线，相关工艺探索情况如何？ A：全固态电池目前仍处于实验室状态，尚未有企业投入产线；中试线为行业内各企业已有，主要用于样品制作。 Q：除工信部现有项目外，后续是否可能获得其他项目资金支持？ A：国家层面，工信部此前设立60亿项目的背景是丰田原计划2027年推出全固态硫化物电 池上车，担忧国外企业抢占先机影响中国新能源布局。但丰田已将该计划推迟至2030年，工信部焦虑缓解，近期国家层面无额外基金支持。地方层面，各地政府持续通过土地资源、税收优惠及政府基金投入等方式支持电池企业，伴随行业扩产及新建基地进程，相关支持已常态化。 Q：为何部分原采用氧化物路线的企业转向硫化物路线，且氧化物或固液混合路线较难满足工信部研发项目要求？ A：氧化物与硫化物的技术特性差异是主要原因。氧化物化学窗口稳定、高低温性能优良，适合作为半固态电池的过渡形态，但存在电导率低、固固接触界面差的缺陷，需通过添加电解液改善；硫化物电导率高于电解液，无需半固态方案，但存在多重技术瓶颈：上游材料硫化锂成本超180万元/吨，制造中与水反应释放有毒硫化氢，电芯生产需300兆帕以上对接压力，且材料质地较软无法阻挡锂枝晶刺穿隔膜。企业选择路线的差异源于技术积累与商业考量：初创型或科创型企业需快速推出过渡产品，专利布局集中于氧化物；宁德时代、比亚迪等头部企业凭借稳定现金流，瞄准产业终局选择硫化物路线，且硫化物核心专利多由日本企业掌握。 Q：关于工信部验收项目及要求，采用氧化物路线的全固态或半固态电池能否达到工信部研发项目要求？ A：工信部未提出具体要求，当前对该问题的理解存在偏差。 Q：上汽与青桃研发项目的具体目标及当前进度指标是什么？ A：以上汽为例，其研发项目目标因车型而异，以2023年4月发布的智己L6为例，具体要求包括续航超过1000公里、倍率大于2C、通过针刺测试、循环次数大于1000圈。去年采用的半固态方案中，续航与循环次数达标，但倍率最高仅1.6C未达2C要求，且针刺测试未100%通过。 Q：半固态电池倍率未达标、针刺未100%通过是否因内部仍含电解液？ A：半固态电池方案本身含有电解液。 Q：氧化物全固态电池面临哪些关键瓶颈？该技术路线的产业化可行性是否慢于硫化物路线或占比很低？ A：氧化物全固态电池的核心瓶颈在于电导率低及接触界面问题。即使通过加入少量电解液改善性能，含电解液的电池仍不属于全固态范畴，准固态定义不准确。实现全固态需采用复合电解质路线，即在氧化物中加入聚合物和卤化物：聚合物呈胶状，可改善界面相容性，但常温下易结晶导致电导率降低；卤化物离子电导率高，但存在还原电位不足、成本高等问题。当前技术下，单纯氧化物仅能用于半固态电池，无法实现全固态；现有氧化物材料电导率均未达标，除非发现新型氧化物材料。 Q：当前产线生产的半固态氧化物电池，单瓦时成本处于什么水平？ A：通过智己16车型三款电芯对比分析：中创新航75度电磷酸铁锂版本售价23万元，续 航650公里；宁德时代100度电NCM811版本售价29.9万元，续航770公里；清陶133 度电半固态版本售价33万元，较NCM811版本增加33度电，价格提升3万元。半固态电池采用9系高镍材料，其售价与宁德时代NCM811相近，但因增加氧化物固态电解质层，B OM成本较NCM811高约7%；由于行业内宁德时代电芯售价最高，半固态电池商业售价无法高于其水平。 Q：当前电池pack层面的成本是否约为1元/瓦时？ A：当前1元/瓦时的成本水平指pack层面，电芯层面成本约为0.56-0.58元/瓦时。 Q：半固态电池后续成本能否降至与液态电池相近水平？ A：当前半固态电池在电解质层面已接近液态电池，但BOM成本仍高于液态电池；从