中國儲能網訊：目前，全固態(tài)電池是全球公認的下一代電池，被列入中國、美國、歐盟、日韓等主要國家的發(fā)展戰(zhàn)略，因此，全固態(tài)電池也成為下一代電池技術競爭的關鍵制高點。
鋰電產業(yè)已經進入新一輪的技術迭代期，未來誰能解決“固態(tài)電池”的技術和成本痛點，最早量產、最早有能力大規(guī)模裝車，誰或許就能成為下一個寧德時代。
隨著2024年半固態(tài)/固態(tài)電池產品技術的高速發(fā)展，可以預見的是，未來兩年固態(tài)電池在關鍵技術、成本、量產方面都將實現重大的突破，在儲能領域的應用也將會持續(xù)擴大。
國家政策推動固態(tài)電池加快發(fā)展
近十年來，國家層面圍繞著固態(tài)鋰電池頂層設計的政策密集出臺，鼓勵和規(guī)范著行業(yè)健康有序發(fā)展。2015年和2017年發(fā)布的《中國制造2025》和《促進汽車動力電池產業(yè)發(fā)展行動方案》均提出建立和健全富鋰層氧化物正極材料/硅基合金體系鋰離子電池、全固態(tài)鋰離子電池、金屬空氣電池、鋰硫電池等下一代鋰離子動力電池和新體系動力電池的產業(yè)鏈，推動固態(tài)電池能力密度達500Wh/kg 。
2020年10月，國務院發(fā)布的《新能源汽車產業(yè)發(fā)展規(guī)劃 （2021—2035年）》首次將固態(tài)電池列入行業(yè)重點發(fā)展對象，并提出加快研發(fā)和產業(yè)化進程。
2023年1月，工信部等六部門聯(lián)合發(fā)布《關于推動能源電子產業(yè)發(fā)展的指導意見》，提出加強固態(tài)電池標準體系研究。
2024年6月，工信部印發(fā)《2024年汽車標準化工作要點》，聚焦前沿技術領域和新型產業(yè)生態(tài)，圍繞固態(tài)電池、電動汽車換電、車用人工智能等新領域，前瞻研究相應標準子體系，支撐新技術、新業(yè)態(tài)、新模式創(chuàng)新發(fā)展。開展動力電池耐久性、規(guī)格尺寸、回收利用等標準制定，以及固態(tài)電池、鈉離子電池等新一代動力電池標準預研，提升動力電池性能水平。
在國家政策推動下，地方相關政策也隨之密集出臺。
表：2024年半固態(tài)/固態(tài)電池相關儲能政策
固態(tài)電池的優(yōu)勢與挑戰(zhàn)
相較于傳統(tǒng)液態(tài)電池，固態(tài)電池最大的優(yōu)勢在于能量密度高和安全性強，其通過使用固態(tài)電解質，避免了液態(tài)電池中有機電解液與高活性正負極材料發(fā)生副反應的風險，從而提高了能量密度。這意味著在相同體積下，全固態(tài)電池能夠提供更多的能量，同時減小了電池的體積。
目前，市面上大多數商用鋰電池的能量密度在200—250Wh/kg（瓦時/千克）之間，而半固態(tài)鋰電池能量密度可達300Wh/kg以上，全固態(tài)電池能量密度可達500Wh/kg以上，因此固態(tài)鋰電池被廣泛認可為最有前景的技術之一。
據了解，固態(tài)電池分為半固態(tài)、準固態(tài)、全固態(tài)三種類型，其中，全固態(tài)不含有任何液體電解質，半固態(tài)電池液體電解質含量小于10%，準固態(tài)電池液體電解質含量小于5%。
而在實現全固態(tài)電池產業(yè)化的過程中，半固態(tài)是一個必然的發(fā)展階段，能夠大幅減少造成熱失控隱患的液態(tài)電解質。
目前，實現產業(yè)化的固態(tài)電池均為半固態(tài)電池，即其中仍含有不超過10%的液態(tài)電解質，而非完全的固態(tài)電解質。因此，全固態(tài)電池沒有隔膜，而半固態(tài)電池中因為仍有液態(tài)電解質，所以保留隔膜，以將正負極材料隔開，防止它們直接發(fā)生化學反應造成電池短路等。公開資料顯示，2024年上半年，半固態(tài)電池裝車量達2.2GWh，已初具規(guī)模。
安全性方面，全固態(tài)電池展現出更高的熱穩(wěn)定性和不易燃特性，沒有液體泄露的風險，極大地降低了電池在高溫下自燃和爆炸的危險。此外，固態(tài)電解質的化學穩(wěn)定性受環(huán)境溫度影響較小，使得電池在碰撞和擠壓情況下的穩(wěn)定性更高，起火概率顯著降低。
成本方面，由于破除了與電解液的匹配限制，固態(tài)電池正極材料的選擇將不再局限于磷酸鐵鋰和三元鋰，材料多樣性提供了清晰的降本邏輯，成本降幅或高達40%。
在技術層面，固態(tài)電池的技術路線主要包括氧化物、硫化物和聚合物三種。其中，聚合物固態(tài)電池容易加工，與現有的液態(tài)電解液的生產設備、工藝都比較兼容，但電導率低，在高溫下也容易發(fā)生起火燃燒現象；硫化物固態(tài)電池在三種材料體系中電導率最高（能量密度最高），但熱動力穩(wěn)定性較差，且硫化物容易與空氣中的水、氧氣反應產生硫化氫劇毒氣體；氧化物固態(tài)電池具有較好的穩(wěn)定性，但相對于硫化物電導率還是偏低。
由于不同的技術路線各有優(yōu)劣，目前業(yè)內并未達成共識。歐洲電池企業(yè)主要看好聚合物路線，日韓企業(yè)則看好硫化物路線，而中國企業(yè)多數看好氧化物路線，如衛(wèi)藍新能源、清陶能源、贛鋒鋰業(yè)等，但寧德時代、比亞迪等龍頭又看好硫化物路線。國內外廠商在選擇固態(tài)電池技術路線方面之所以存在較大差異，背后由多種因素造成，包括技術積累、研發(fā)資源、市場策略、成本等，這種差異也反映了固態(tài)電池領域的競爭態(tài)勢和發(fā)展?jié)摿Α?
目前，固態(tài)電池最大的兩個應用市場，一是動力端，即車用電池，二是儲能端。儲能的應用對成本相對比較敏感，對能量密度的追求并沒有像動力電池這么高，因此低成本方案可能會成為儲能領域主流方案，比如聚合物路線。
在固態(tài)電池面臨的挑戰(zhàn)方面，主要包括固體與固體之間的接觸難題、理想固態(tài)電解質材料的缺乏以及與新一代正極材料的兼容性問題。而在基礎技術、制造工藝、鋰枝晶抑制、固—固界面問題、原材料供應鏈的穩(wěn)定性以及電池性能的進一步提升等技術難點之外，還有另一個核心挑戰(zhàn)——成本。
業(yè)內人士表示，目前固態(tài)電池的成本相對較高，在沒有大規(guī)模量產的前提下，全固態(tài)電池材料成本約為 1.5-2.5 元 /wh，若制成 100 度的電池包，材料成本在 15-25 萬元，加上其他因素，一塊電池成本突破 30 萬元也有可能。
2024年半固態(tài)/固態(tài)電池企業(yè)融資擴產情況
2024年，固態(tài)電池產業(yè)鏈受到了資本市場的極大關注，相關企業(yè)開啟融資競賽，至今仍在持續(xù)升溫。截至目前，國內大約有20多家固態(tài)電池制造領域企業(yè)（含固態(tài)電池、固態(tài)電解質、正極材料等）共獲得73輪融資。其中跨界者有如富士康、紅豆股份、高樂股份等，車企有比亞迪、蔚來、吉利等，電池企業(yè)則有比亞迪、寧德時代、億緯鋰能等。
此外，材料企業(yè)有贛鋒鋰業(yè)、當升科技、廈鎢新能，隔膜領域龍頭星源材質均入局固態(tài)電池領域。預計2024年全年固態(tài)電池產業(yè)鏈融資項目數和融資金額都有望超過2023年，再創(chuàng)新高。
其中，3月份，中科固能完成近億元天使輪融資，湖南升容科技有限公司完成數千萬元天使輪融資，湖南毅華新能源有限公司完成數千萬元天使輪融資；5月份，中科深藍匯澤完成數億元Pre-A輪融資，瑞固新材獲得超億元天使輪融資；6月份，瀚宇新能源完成1.3億元Pre-A輪融資，合源鋰創(chuàng)完成億元級的Pre-A輪融資；8月份，索理德成功完成A輪超億元融資；9月份，太藍新能源完成數億元B輪融資，柔荷新能完成數千萬元的天使輪融資；10月份，中科深藍匯澤完成Pre-A輪融資。
從融資數量來看，清陶能源獲10輪融資，北京衛(wèi)藍新能源科技股份有限公司獲8輪融資，欣界能源科技（江蘇）有限公司、太藍新能源、深圳索理德新材料科技有限公司獲7輪融資，排名靠前；從融資金額看，在公開融資金額的企業(yè)中，清陶能源已獲融資金額最高，至今共融資超30億元。
表：2024年固態(tài)/半固態(tài)電池企業(yè)部分融資事件
在大量融資推動下，半固態(tài)/固態(tài)電池產能擴產項目也隨之飆升。據CESA儲能應用分會產業(yè)數據庫不完全統(tǒng)計，2024年1-12月，共42個固態(tài)/半固態(tài)電池產業(yè)項目更新了動態(tài)，新增總年產能235.5GWh，其中，31個項目披露投資金額，總計1275.29億元，16個項目披露達產后年產值，總計966億元。其中，新增投產項目7個，投產年產能4.9GWh，占比2.08%；新增開工/在建項目20個，規(guī)劃年產能154.6GWh，占比65.65%；新增規(guī)劃（含新增擬建/簽約/環(huán)評獲批等）項目共15個，規(guī)劃年產能76GWh，占比32.27%。
表：2024年部分半固態(tài)/固態(tài)電池儲能擴產項目
表：2024年半固態(tài)/固態(tài)電池儲能投運項目
半固態(tài)/固態(tài)電池企業(yè)產品技術進展
2024年，固態(tài)電池在技術研發(fā)進度上不斷加速。尤其下半年以來，各大車企、動力電池和產業(yè)鏈企業(yè)，頻頻拋出有關固態(tài)電池新進展的消息。截至目前，已有超過20家國內企業(yè)先后公布了全固態(tài)電池、半固態(tài)電池的研發(fā)或上車進展。
寧德時代
在半固態(tài)電池技術中，寧德時代于2023年4月推出凝聚態(tài)電池，能量密度可高達500Wh/kg，并具備優(yōu)秀的充放電性能，2024年已具備車規(guī)級量產能力，同時進行航空級合作開發(fā)。在全固態(tài)電池技術中，寧德時代布局硫化物路線，目標2027年小批量量產。同時，寧德時代在2024年增加了對全固態(tài)電池的研發(fā)投入，已將全固態(tài)電池研發(fā)團隊擴充至超1000人，全力主攻硫化物路線，近期已進入20Ah樣品試制階段。
比亞迪
比亞迪旗下的弗迪動力將占據絕對成本比重的硫化物（或為硫化物+鹵化物復合）固態(tài)電解質降本計劃為到2027年硫化物成本較2024年降本效果實現15~20倍，2030年通過合成工藝改善及優(yōu)化，相較2027年在下降30%~50%，2033年通過規(guī)?；试俳当炯s20%~30%。量產時間表方面，計劃于2027年小批量產，搭載于比亞迪高端車型作為示范項目，規(guī)模為1000臺左右。2030年為市場推廣期，預計將有4萬臺車輛裝機全固態(tài)電池，并開始下探到主流價格段的車型。
欣旺達動力
欣旺達動力在固態(tài)電池領域有八年的研發(fā)積累，計劃于2025年建成固態(tài)電池生產線，2026年推出第一代固態(tài)電池。公司在半固態(tài)和全固態(tài)電池方面采取多條路線并行策略，第一代固態(tài)電池將實現400Wh/kg的能量密度，并通過多項技術突破提高安全性和降低成本。
力神電池
力神公司目前已經完成了固態(tài)電池的批量生產，推出了350Wh/kg的產品，并正在進行AR開發(fā)和送樣。這表明公司在固態(tài)電池技術上已經進入了實際應用階段，并具備了一定的市場競爭力。
力神公司在電池技術路線上的選擇主要集中在聚合物和氧化物復合路線，通過技術創(chuàng)新實現了高能量密度電池的開發(fā)。這種技術路線有助于提升電池的整體性能和市場競爭力。公司產品能夠滿足多項技術指標，如20V充電、150℃熱穩(wěn)定性等，表明其產品在技術性能上具有較強的競爭力，有助于進一步擴大市場份額。
衛(wèi)藍新能源
衛(wèi)藍目前能量產的產品均為混合固液電池（半固態(tài)電池），全固態(tài)電池仍處于研發(fā)階段。此前衛(wèi)藍在2016年提出了“原位固化”的創(chuàng)新思路，通過化學或電化學反應將液態(tài)電解質轉化為固態(tài)電解質，以解決固體接觸難題。這一技術已獲得行業(yè)認可，并應用于寧德時代的凝聚態(tài)電池中。衛(wèi)藍還通過與行業(yè)龍頭企業(yè)合作，推動關鍵材料和設備的產業(yè)化，以分攤成本和解決工程化難題。
衛(wèi)藍在低空動力領域推出了全球首款混合固態(tài)無人機電池，提升了無人機的續(xù)航能力。公司還在便攜式移動電源和小型儲能領域推出了高比能和高安全性的產品，能夠替代小型柴油發(fā)電機，適用于野外施工和應急救援。
在動力電池方面，衛(wèi)藍的360Wh/kg電池已應用于蔚來汽車，提供更高的能量密度和更輕的電池包重量。公司還開發(fā)了高性能軟包電池和大圓柱電池，后者在系統(tǒng)上易于實現無熱擴散，具備較好的容量保持率。
衛(wèi)藍開發(fā)的儲能電池具備高安全性和經濟性，已在工商業(yè)儲電柜和電網側儲能中應用。公司推出的混合固液儲能系統(tǒng)在全球范圍內首次實現百兆瓦時級應用，具備較高的運行效率。
衛(wèi)藍計劃在2027年實現小批量全固態(tài)電池的示范性應用，目標是通過氧化物聚合物體系實現低成本生產。固態(tài)電池的未來發(fā)展需要整個產業(yè)鏈的合作，尤其是在新材料和設備端的創(chuàng)新，以實現數字化制造和智能安全預警。
利元亨
半固態(tài)電池中，液態(tài)電解質的添加量較小，僅為5%到10%，而全固態(tài)電池則取消了隔膜，采用固態(tài)電解質替代。全固態(tài)電池需要較大的壓力來改善固固界面，這對制造設備提出了更高的要求。
對此利元亨提出了半固態(tài)和全固態(tài)電池的整線方案，設備覆蓋了半固態(tài)的兩種工藝路線和全固態(tài)的三種化學體系，能夠滿足氧化物、聚合物半固態(tài)電池以及硫化物、氯化物全固態(tài)電池的生產需求。這表明公司在固態(tài)電池生產設備上的全面布局和技術儲備。
同時，利元亨在固態(tài)電池的制造設備上進行了創(chuàng)新，推出了膠體印刷工藝，用于提供骨架支撐，防止在高壓下邊緣變形導致短路。此外，公司還推出了多種設備，包括電子的單反同步設備、輥壓熱復合雙軋一體機等，旨在提高生產效率和產品質量。同時，公司開發(fā)了一款高壓化成設備，適用于固態(tài)電池的生產。該設備能夠承受更大的聚集壓力，達到每個電池10MPa，并增加了130多項安全保護功能，以確保硫化物固態(tài)電池的安全性。這表明公司在設備安全性和性能上的高度重視。
清研納科
清研納科作為清華大學研究孵化的企業(yè)，專注于干法電極裝備的研發(fā)、設計、制造和銷售，致力于推動行業(yè)技術進步。早在2012年，公司就開始研究干法電極的成膜技術，即通過粉體直接成膜的方式，避免了傳統(tǒng)濕法工藝中溶劑的使用。這一技術不僅減少了能耗和占地面積，還與固態(tài)電池天然契合。通過多年的研究和實驗，公司已經實現了干法電極的量產，并在廣東肇慶建立了三條生產線。
干法電極的核心技術在于粉體的直接成膜以及成膜的清理性。清研納科通過不斷的技術迭代，從最初的擠出、抑制棒、壓模方式轉向粉體成膜路線。2012年，公司獲得深圳市政府的應用技術重點項目支持，進一步推動了這一技術的研究和應用。
近年來，清研納科在干法電極裝備的開發(fā)上取得了顯著進展。公司在2023年10月建成了國內首條自動化貫通線，實現了從物料自動輸送到成膜的全自動化流程。這條生產線位于深圳龍崗，面積達1200平方米，能夠處理四種物料的全自動上料，設計機械速度達到50米每分鐘。
清研納科與多家車企及科研院所合作，參與了固態(tài)電池相關項目的開發(fā)。公司計劃在2025年實現1米幅寬、80米速度的量產機型及整線解決方案，以滿足市場對高效生產設備的需求。公司計劃在2024年籌建國內第一條GWh產線，所有設備已經定型。這條產線將采用三層樓的建設模式，實現物料的全自動輸送和粉體成膜。
曼恩斯特
固態(tài)電池技術因其高能量密度、高安全性和高循環(huán)壽命等特點，成為電池技術發(fā)展的前沿方向。隨著資金和技術的推動，固態(tài)電池有望在未來崛起，成為市場的主流選擇。相較于傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池，固態(tài)電池在材料特性和工藝制程上具有明顯優(yōu)勢。干法制膜工藝通過減少溶劑使用，降低設備成本和污染，同時提升電池的物理化學性能和安全性。
干法工藝通過無溶劑或少溶劑的方法制造固態(tài)電池極片，涉及材料預處理、定量上料、混合消化、預成膜等環(huán)節(jié)。曼恩斯特公司在混料環(huán)節(jié)提供多種高效混合設備，確保材料混合均勻，防止污染和氧化，操作簡便。在成膜環(huán)節(jié)，關鍵指標是成膜的壓力和溫度。曼恩斯特配備精確的壓力和溫度控制系統(tǒng)，能夠根據不同材料類型和工藝要求設置操作參數，確保成型進度高、生產效率快，保證形狀和尺寸的穩(wěn)定性。
干法制膜技術在效率、穩(wěn)定性、成本和環(huán)保方面相較于液態(tài)技術具有顯著優(yōu)勢，特別是在固態(tài)電池的應用中有較大的成長空間。然而，技術進展仍需解決許多關鍵問題，如更高階的壓力控制和更精細的工藝控制能力。
深藍匯澤
固態(tài)電池的三大技術路線包括聚合物基、氧化物基和硫化物基。聚合物基電池在工作溫度下材質較軟，改善了界面接觸，但缺乏機械強度，且工作溫度較高。氧化物基電池的無機陶瓷面臨界面接觸失效的挑戰(zhàn)，尤其是在承壓時容易產生裂紋。
對此深藍匯澤研發(fā)了一種“剛柔并濟”技術，通過在電池中引入鋼筋骨架，提高了結構支撐能力，并通過添加聚合物材料改善界面接觸。這種技術使得電解質從正極材料表面生長出來，解決了界面接觸問題，并提高了電池的機械性能。
2024年，深藍匯澤在固態(tài)電池的研發(fā)中取得了顯著進展，積累了四代技術，能量密度從220Wh/kg提升至600Wh/kg。公司在杭州建設了一條1MWh的生產線，預計明年5-6月產品將下線。目前正在進行生產線的安裝和裝修工程，計劃在常州進行更多的生產活動。公司計劃于2025年夏天量產新型固態(tài)電池，其特點包括高能量密度（315Wh/kg）、高安全性（150攝氏度熱箱1小時）、支持3C快充和6C放電倍率，適用于動力汽車和自動系統(tǒng)。
公司目標客戶包括高性能、高安全、高能量密度的應用領域，如電動船舶和儲能系統(tǒng)。儲能系統(tǒng)主要針對電網的安全性需求，此外，公司還開發(fā)了適用于銀行業(yè)和家庭的高功率、高安全性電池產品。
太藍新能源
太藍公司在固態(tài)電池領域提出了“4321”創(chuàng)新理念，旨在通過去除隔離膜和負極等部件，提升電池的活性物質比例，進而提高電池的能量密度和安全性。這一創(chuàng)新理念標志著電池技術的重大變革，推動了固態(tài)電池的研發(fā)和應用。
太藍公司通過材料和工藝創(chuàng)新，成功研發(fā)出具有電子絕緣和離子導通雙重功能的固態(tài)電解質材料。該材料不僅薄且具備良好的韌性和兼容性，同時其電導率顯著高于市面上的氧化物材料，達到1.5-4.4M。這一突破為固態(tài)電池的安全性和性能提升提供了重要支持。
太藍公司展示了其無隔膜固態(tài)電池技術的安全性，該技術在耐高溫、耐擠壓等方面表現出色。固態(tài)電池在高溫灼燒后仍保持良好的電絕緣性能，且在500攝氏度以上的高溫下仍能保持完整。這表明固態(tài)電池在極端條件下的安全性顯著優(yōu)于傳統(tǒng)電池。
太藍的無隔膜固態(tài)電池在耐擠壓測試中表現出色，電量超過60%后仍能保持穩(wěn)定，而傳統(tǒng)液態(tài)電池在電量超過30%后即失效并起火。固態(tài)電池的耐高溫性能也優(yōu)于液態(tài)電池，在200攝氏度的環(huán)境下放置30分鐘仍保持穩(wěn)定。這些性能提升使固態(tài)電池在安全性上具有顯著優(yōu)勢。
太藍公司計劃在未來幾年內實現固態(tài)電池的量產和市場應用。半固態(tài)電池樣件已生產完成，預計明年進行高端開發(fā)和智能汽車新驗證。全固態(tài)電池的研發(fā)也在進行中，預計2026年實現小型電池的量產。公司在全球范圍內布局研發(fā)和生產基地，以推動固態(tài)電池的普及應用。
嘉拓智能
嘉拓智能在固態(tài)電池設備領域取得了顯著進展。自2018年組建團隊以來，公司在研發(fā)和市場拓展方面取得了顯著成效。到2023年，公司已成功交付9臺套工業(yè)設備，并在2024年進一步擴大交付量至40多臺套。這表明公司在技術研發(fā)和市場拓展方面的持續(xù)努力和成功。
嘉拓智能在新型固態(tài)電池工藝方面進行了深入研究和開發(fā)，特別是在無溶劑殘留的安全環(huán)保工藝上取得了突破。該工藝不僅降低了成本，還提高了電池的容量適配性，顯示出較高的市場競爭力。
嘉拓智能開發(fā)了一系列創(chuàng)新設備，以滿足不同客戶和實驗室的需求。這些設備包括一體化設備，能夠實現從自動上料到成膜的全流程自動化，已在部分充電廠投入使用。此外，公司還推出了雙面成膜設備，具備高自動化和集成化水平，能夠滿足多種材料的加工需求。
宜賓鋰寶
宜賓鋰寶認為，固態(tài)電池的正極材料開發(fā)面臨的主要問題包括界面穩(wěn)定性、電化學穩(wěn)定性、機械接觸穩(wěn)定性和成本問題。正極材料的開發(fā)需要考慮如何優(yōu)化活性物質的占比、粒徑和形貌，以構建有效的離子傳輸通道，并通過梯度電極設計改善電子和離子傳輸性能。
固態(tài)電池正極材料的改進策略包括從電極層面減小離子傳輸路徑的不均勻性，從顆粒層面抑制充放電過程中的體積變化，以及從納米層面調整界面接觸的穩(wěn)定性。通過這些措施，可以提高固態(tài)電池的能量密度和循環(huán)性能。
針對硫化物正極材料的開發(fā)，宜賓鋰寶采用了表面包覆改進策略，通過篩選適合的包覆劑和退火處理技術，實現表面包覆的均勻性和對電解質的有效保護，從而提升電池的容量和初始效率。
藍廷新能源
藍廷新能源認為，隔膜技術的創(chuàng)新包括在隔膜上增加功能層，以增強電池的耐熱性和抗穿刺性，特別是在半固態(tài)電池中，通過減少電解液的使用，改善離子傳導界面。全固態(tài)電池的發(fā)展需要進一步的技術突破，盡管理想狀態(tài)下不需要隔膜，但當前技術仍需某種形態(tài)的隔膜來支持。
固態(tài)電池的關鍵材料包括特種基膜和固態(tài)電解質，后者分為無機和有機物質。藍庭新能源專注于氧化物電解質的開發(fā)，特別是LLCO、鑭鋰鈦氧和磷酸鈦鋁等材料，這些材料將在固態(tài)電解質中發(fā)揮重要作用。
MOF復合材料被認為是未來可能超越現有固態(tài)電解質的材料，因其特定的孔隙和結構，能夠有效抑制陰離子遷移并促進鋰離子產出。藍庭新能源已量產兩款MOF材料，未來可能向市場銷售，顯示出該材料在創(chuàng)新中的潛力。
半固態(tài)/固態(tài)電池產業(yè)鏈結構
產業(yè)鏈上游：原材料和設備
固態(tài)電池的主要原料礦產有鋰、鈷、鎳、錳、磷、硫等，這些礦產的儲量和分布對固態(tài)電池的成本和供應有重要影響，中國是全球最大的鋰礦資源消費國，但是鋰資源儲量較少，主要依賴進口，同時鈷、鎳等資源也存在供應不足的風險；固態(tài)電池的生產設備主要有攪拌機、疊片機、涂布機、注液機、切分機、混合設備、卷燒機等，此類生產設備相比液態(tài)鋰電池生產設備而言需要更高的精度和穩(wěn)定性，目前已基本實現國產化，行業(yè)毛利率在30%—35%。
產業(yè)鏈中游：電芯材料和固態(tài)電池制造
（1）固態(tài)電池/半固態(tài)電池的電芯材料可部分沿用現有液態(tài)鋰電池材料體系，但在負極材料和隔膜方面會造成一定的沖擊。正極材料來看，半固態(tài)電池可以與現有液態(tài)鋰電池所用的正極體系（如磷酸鐵鋰、三元、錳酸鋰、鈷酸鋰等）進行匹配，全固態(tài)電解質能夠兼容當前的正極材料體系，同時可匹配高電壓的正極材料（如富鋰錳基等）；負極材料來看，半固態(tài)電池可以與現有液態(tài)鋰電池所用的負極體系（石墨系、鈦酸鋰、硅碳系等）進行匹配，但固態(tài)電解質納米化包覆還存在較多技術壁壘，而全固態(tài)電池由于不存在液態(tài)電解質，金屬鋰有望成為主流負極材料；隔膜材料來看，半固態(tài)電池同樣可以沿用當前隔膜材料體系，同時可采用固態(tài)電解質包被隔膜，而全固態(tài)電解質可能會取消隔膜。
（2）固態(tài)電池制造包括聚合物、氧化物、硫化物和鹵化物四種體系，其中鹵化物電解質雖然具備低成本、環(huán)境友好、正極穩(wěn)定性等優(yōu)勢，但其離子電導率、正極材料兼容性、空氣/潮濕環(huán)境穩(wěn)定性等問題還有待進一步改善，因此該路線參與者較少，市場主要聚焦于聚合物、氧化物、硫化物三種路線。
氧化物體系：采用氧化物作為主要固態(tài)電解質，包括石榴石型電解質、鈣鈦礦型電解質、NASICON型電解質、LIPON型電解質四類，具有熱穩(wěn)定性強、電化學穩(wěn)定性強、機械性能好等特點，同時具備較高的離子電導率和較低的研發(fā)成本，現階段研究熱點在于提高室溫離子電導率及其和電極的相容性。目前國內眾多頭部固態(tài)電池公司如北京衛(wèi)藍、江蘇清陶、臺灣輝能都是以氧化物材料為基礎的固液混合技術路線為主。
硫化物體系：硫化物電解質如硫化鋰、硫化磷需要進行高壓下的化合，制備難度和成本較高，但其電導率極高的同時具有優(yōu)良的機械性能，現階段研究熱點在于提高電解質穩(wěn)定性，降低生產成本、元素摻雜發(fā)揮各元素協(xié)同作用等。目前硫化物體系的主要參與企業(yè)和機構主要集中在日韓及美國，國內企業(yè)以寧德時代為代表。
聚合物體系：由于聚合物體系和傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池接近，可利用現有設備通過改造進行生產，具有工藝簡單、成本較低等優(yōu)勢，但由于離子電導率、能量密度較低且高電壓正負極材料兼容性不好，因此應用領域有限。目前聚合物體系的主要參與企業(yè)和機構主要集中在歐美國家。
固態(tài)電池下游：應用市場
（1）消費電子：固態(tài)電池現已率先作為高安全便攜式電源于可穿戴設備、無人機等對安全性要求較高、成本敏感度較低的消費電子產品上實現應用。例如，輝能科技已搭建40MWh半固態(tài)電池產線、衛(wèi)藍新能源已搭建200MWh半固態(tài)產線用于無人機等消費電子中。
（2）儲能：固態(tài)電池符合儲能電池高安全、高能量密度的要求，但循環(huán)壽命、性價比受限，當前應用以示范性儲能項目為主，需技術突破、成本降低后才可實現廣泛的商業(yè)化應用。
（3）新能源汽車：作為最主要的下游應用市場，固態(tài)電池為新能源汽車提供高安全性和強續(xù)航能力，并有利于打造高電壓平臺、更高效的CTC技術和熱管理系統(tǒng)?，F階段中國頭部車企通過自研或與電池企業(yè)密切合作的方式共同推進固態(tài)電池的產業(yè)化進程。
現階段全固態(tài)電池無法量產的主要限制因素
固態(tài)電池從實驗室走向量產裝車，至少需要經歷四個主要階段。
A樣（實驗室樣品）：驗證電解質、電極材料和界面技術。
B樣（材料優(yōu)化和原型驗證）：解決循環(huán)壽命問題，提升高倍率和快充穩(wěn)定性，評估材料的長期可行性。
C樣（產線驗證和中試生產）：驗證實驗室成果的工業(yè)化可行性，提高良品率并控制成本。
D樣（量產和裝車）：完成質量認證和安全測試，確保大規(guī)模生產的一致性。即便一切順利，每個階段也需要9-12個月，總體至少3-4年的周期無法壓縮。
目前全固態(tài)電池走到量產階段存在的較大限制因素，主要在材料和電池制備工藝兩大方面。
材料：電解質、負極材料、粘結劑仍然是三座很大的山。
（1）正極材料開發(fā)雖已比較定型，但仍需系統(tǒng)提升。
（2）電解質方面，硫化物電解質是主流，目前比較穩(wěn)定的是日本出光和三井金屬為代表的材料，但還不確定未來是否會有更好的材料。
（3）鹵化物剛開始研究，短期內出現更好材料的可能性不大，但有潛力。
（4）負極材料有多種選擇，但不像正極材料那樣短期內有明確方向。
（5）粘結劑也是個大問題，液態(tài)電池有成熟的粘結劑配方，但全固態(tài)電池還不確定用什么粘結劑能實現整體工藝加工。
電池制備工藝：全固態(tài)電池與液態(tài)電池制備工藝差異較大，很多工藝設備需要非標開發(fā)。開發(fā)新設備周期長，從樣品開發(fā)到功能驗證、功能迭代、解決驗證中發(fā)現的問題，再到提高生產效率，整個過程至少需要三年時間。在這些問題解決之前，全固態(tài)電池難以像液態(tài)電池那樣快速量產。
全固態(tài)電池生產設備相對傳統(tǒng)液態(tài)電池設備的主要難點
從材料說起，硫化物電解質的合成更接近于正極里面磷酸鐵鋰材料的合成，對環(huán)境和水分要求極高。用液態(tài)電池的設備來合成硫化物電解質會遇到很多問題，例如無法保證過程中水氧不接觸材料，合成時使用的有機溶劑多為可燃物質，存在安全風險。
對于定型制備來說，由于電解質材料的加入，從合漿開始就與常規(guī)液態(tài)電池有較大差異。常規(guī)的液態(tài)電池正極材料，比如說用高鎳材料，基本上粒徑都是一兩微米以上，硫化物電解質要到亞微米、幾百納米，合漿能否用液態(tài)電池設備解決，大家都沒有做到大的量級，沒有這方面數據。
涂布：硫化物的全固態(tài)電池，用更高容量的負極，它對涂布的要求更高。比如常規(guī)液態(tài)電池涂布的單面厚度要六七十微米就可以，全固態(tài)電池估計涂布需要四五十微米。四五十微米如果還是嫌厚，用什么辦法解決？
材料的輥壓：常規(guī)液態(tài)電池特別是負極已經比較難做輥壓了，基本上用雙管的熱輥。但是全固態(tài)他把硫化物電解質加進去，常規(guī)的壓能解決嗎，或者溫度是不是要加到更高，材料會不會發(fā)生反應？鋼管材料要不要換？都需要驗證。
疊片：液態(tài)電池大多數用卷繞工藝所以生產效率高，液態(tài)疊片也不需要給他施加大的壓力，也不會短路。全固態(tài)電池一定要給它施加很大的壓力，電池才能進行能正常工作。從日本12年開始做這種大電池研發(fā)至今，沒有哪家公司能確定用何種結構或材料就能保證電池壓出來都是成功的。
未來趨勢與展望
總體來看，目前中國固態(tài)電池行業(yè)還處于起步階段，固體電解質材料仍存在離子電導率偏低、固體電解質/電極間界面阻抗大、界面相容性較差、充放電過程中的材料體積膨脹收縮導致界面容易分離等問題，從而直接影響電池的低溫性能、快充性能、能量密度與功率密度，制約著行業(yè)進一步發(fā)展。
業(yè)內普遍認為，全固態(tài)電池的規(guī)?；慨a尚需5-10 年。在此之前，大量車企官宣的半固態(tài)電池預計搭載時間集中在2024—2026年，屆時有望率先迎來半固態(tài)電池的產業(yè)化浪潮。
當前，固態(tài)電池應用超過70%集中在動力領域，但儲能領域被認為是短期內帶動增長的重要領域。長遠來看，動力板塊仍是市場的主要集中點。新興市場如高端電動汽車、低空飛行器、高空基站和智能機器人等領域，因對性能要求高且對成本不敏感，將成為固態(tài)電池的重要增長點。
而隨著固態(tài)電池工藝的日趨成熟，技術和成本難題被逐漸攻克，未來行業(yè)市場規(guī)模有望實現跨越式增長，行業(yè)前景可期。有機構預測，2025年全球固態(tài)電池需求量為17.3GWh，到2030年全球固態(tài)電池需求量有望超過200GWh的市場規(guī)模，2025年至2030年年復合增長率達65.8%。
【數據統(tǒng)計與制表：裴麗娟、王虎斌】
