固态电池核心技术路线：硫化物固态电池全解析
时间：2024-11-25 12:41
上述文章报告出品方/作者：乐晴智库精选；仅供参考，投资者应独立决策并承担投资风险。
固态电池是产业和政策选定的锂电新技术方向。作为最具前景的下一代电池技术之一，固态电池产业进程备受市场关注。当前半固态电池渐进式路线率先走向商业化。产业端来看，年初以来国内半固态电池产业化进展提速，以上汽和广汽为代表的车企成为推动半固态电池装车的中坚力量。而全固态电池作为革命性新技术，量产应用仍面临诸多挑战。
结合近期政策层面、产业资本投资动向以及主要企业的固态电池研发和量产计划来看，整个固态电池产业正朝着2027年左右上车、2030年实现大规模产业化的目标迈进。固态电池技术发展路径：
资料来源：Fraunhofer《Solid-State Battery Roadmap 2035 》
应用场景来看，全固态电池早期有望率先应用于消费电子、低空经济、 航空航天和高端电动车市场。从技术路线选择来看，硫化物固态电池有望成为率先实现量产落地的全固态电池技术路线。
氧化物固态电池的研发在目前阶段较为领先，成本相对较低。硫化物固态电解质的电导率最高，并且电化学稳定窗口较宽，且兼具强度和加工性能、界面相容性好，是理论上最佳的固态电解质材料，被认为是未来固态电池最具发展潜力的技术路线。
资料来源：《Solid-State Battery Roadmap 2035 》不过，硫化物电解质也面临着在空气中不稳定，成本高和制备工艺复杂等问题，因此目前尚难量产。其中，硫化锂是硫化物电解质的核心降本点。硫化锂是合成硫化物固体电解质的关键原料，占据硫化物固态电解质成本的近 80%，是硫化物全固态电池价值链的核心所在，受技术制约硫化锂价格一直居高不下。长期来看，硫化锂合成工艺优化将成为硫化物全固态电池降本路径上的重点环节。
数据来源：高能时代环评报告，百川盈孚
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硫化物固态电池产业格局解析
从固态电池需求端向中上游推导，固态电池产业链参与者包括科研院校的初创团队、车企、电池、材料等各环节。硫化物固态电池技术路线已经获得海内外头部企业的青睐。全球动力电池巨头丰田、本田、LG、松下、Solid Power、宁德时代等选择其为主要技术路径。丰田与本田、日产、马自达、铃木等日本车企成立了“日本汽车固态电池联盟”，共同推进固态电池技术的标准化。丰田还与日本能源巨头出光兴产展开了合作，共同研发运用硫化物固态电极技术的新型电池。
丰田官方近期表示固态电池生产计划已经得到了当地政府的支持，并且从2026年将开始大规模生产。根据丰田的产能规划的布局，固态电池投产初期的产能不会太高，在2028年产能会大幅增加，2030年前后可大规模生产。
2024 年4 月，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。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），宁德时代的全固态电池研发目前处于4分的水平。吴凯称，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。据晚点Auto报道，宁德时代已将全固态电池研发团队扩充至超 1000 人，在近期已进入 20Ah 样品试制阶段。华为在硫化物固态电池领域已经提交了多项专利申请，其中最具代表性的是名为《掺杂硫化物材料及其制备方法、锂离子电池》的专利。该专利的申请时间为2023年5月5日，并于2024年11月5日正式公布。该专利通过掺杂包括氮元素等材料，使得掺杂硫化物材料对金属锂具有较佳的稳定性，从而提高了锂离子电池的使用寿命。此外，华为还有另一项固态电池相关专利已公布，名为《锂离子电化学电池的固体电解质》。比亚迪旗下全资子公司弗迪电池在固态电池的技术路线选择上，有可能选用了高镍三元（单晶） 硅基负极（低膨胀） 硫化物电解质（复合卤化物）的技术方案。这一路线兼顾了高能量密度和高安全性能，具有较大的商业化潜力。量产时间表方面，弗迪电池计划 2027 年小批量生产， 搭载于比亚迪高端车型，规模约 1000 台。到 2030 年为市场推广期，预计有 4 万辆车装载全固态 电池。恩力动力承接国际先进技术，2017年起致力于硫化物全固态电池研发，包括全固态电解质和锂金属负极等核心技术的研发工作。
数据来源：恩力动力官网高能时代坐拥国内最大的硫化物全固态电池实验室，汇聚了来自中日两国的顶尖专家团队，加速全固态电池研发关键技术创新。高能时代已经完成了20Ah级全固态电芯A样开发，并正在搭建中试线，预计2024年底可以实现5Ah以内小电芯量产。材料厂商方面，容百科技超高镍三元已批量供货半固态电池客户；恩捷股份在硫化物固态电解质领域的主要产品包括硫化锂、硫化物固态电解质以及硫化物固态电解质膜；公司以湖南恩捷为主体布局硫化物固态电解质及相关核心材料，湖南恩捷与中南大学技术团队自2021年起就开始联合布局固态电池相关研发；天齐锂业完成了下一代硫系固态电解质关键原材料硫化锂产品公斤级示范线搭建和调试；天赐材料在硫化物、氧化物电解质上均有技术布局；有研新材具备硫化锂制备能力，已具备在-45°C干燥间环境中制备 30μm 硫化物电解质膜的能力，可实现产品小批量稳定制备。硫化物路线同样受到学界关注，中科大开发低成本硫化物电解质，商业化应用加速。中科大马骋团队在国际学术期刊 Angewandte Chemie International Edition 上发表文章，表示团队开发了一种新型硫化物固态电解质，将成本高昂的原材料硫化锂（不低于 650 美元/kg）替换为氧硫 化磷锂（成本仅 14.42 美元/kg），同时氧硫化磷锂继承了硫化物电解质的优势。上海屹锂科技孵化自上海交大，专注研究硫化物全固态电池核心技术，自主设计研发了产线设备，并对硫化物固体电解 质材料的成分与合成工艺进行调控。四川新能源汽车创新中心背靠欧阳明高院士团队，走在全固态电池的研发前沿， 也将硫化物全固态电池作为下一代电池的技术方向。欧阳明高院士团队高安全高比能固态电池研发技术路线图：
数据来源：四川新能源汽车创新中心整体而言，当前固态电池的技术路线呈现多元化，包括硫化物、氧化物、卤化物加聚合物等多种电解质路线。不同路线各有优劣，各家企业根据自身技术储备和市场定位选择自身合适的路线进行研发。全球化竞争下，发展固态电池具有很高的战略意义，产业近年来持续获得国家层面的支持。随着技术的不断突破和产业链的日渐完善，固态电池的产业化进程有望进一步加速。
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