研究背景
自20世紀90年代以來，鋰離子電池已發(fā)展成為最成熟、應用最廣泛的電池技術路線。隨著市場對電池能量密度、安全性、經(jīng)濟性等方面要求的日益提升，采用固體電極和固態(tài)電解質且具備更高能量密度和安全性的“固態(tài)電池”便應運而生。受國家政策推動影響，新能源汽車行業(yè)快速發(fā)展。根據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會的數(shù)據(jù)，今年上半年我國新能源汽車累計銷量為374.7萬輛，市場占有率達到28.3%。7月，新能源汽車市場占有率更是升至32.7%，接近1/3。固態(tài)電池主要應用于新能源汽車等領域，隨著下游新能源汽車需求規(guī)?？焖僭鲩L，固態(tài)電池行業(yè)發(fā)展前景廣闊。
固態(tài)電池概述
1、什么是固態(tài)電池
傳統(tǒng)鋰離子電池包括正極、負極、電解液、隔膜四大組成部分，固態(tài)電池將電解液換成固態(tài)電解質。固態(tài)電池較之傳統(tǒng)鋰離子電池，關鍵區(qū)別在于電解質由液體變?yōu)楣腆w，兼顧安全性、高能量密度等性能。 固態(tài)電解質電池是鋰電鈉電的最終形態(tài)，可以徹底解決安全問題，是新能源下半場當仁不讓的主角。固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)鏈與液態(tài)鋰電池大致相似，上游包括原料礦產(chǎn)、機械設備以及基礎材料，兩者主要的區(qū)別在于負極材料和電解質的種類，正極材料方面幾乎一致，若完全發(fā)展至全固態(tài)電池，隔膜也完全被替換。產(chǎn)業(yè)鏈中游為電池包的加工制備過程，產(chǎn)業(yè)鏈下游應用領域包括新能源汽車、儲能系統(tǒng)、消費電子等。
2、固態(tài)電池的優(yōu)勢 （3）固態(tài)電解質不具有流動性，因此不存在漏液現(xiàn)象，簡化電池成組設計，降低電池的重量和體積，能量密度有望突破300Wh/kg。
固態(tài)電池的技術路線
固態(tài)電池由于能在根本上提升兩大核心性能一一能量密度和安全性，被認為是最具前景的新一代動力鋰電，為資本流向最多的領域。液態(tài)鋰電技術路徑的區(qū)分要點在于正極材料，而固態(tài)鋰電技術路徑的區(qū)分要點在于電解質。按照電解質區(qū)分，固態(tài)電池路徑可分為三類:聚合物，氧化物(薄膜或非薄膜)、硫化物，三大體系，三大體系具有以下優(yōu)劣勢：
固態(tài)電池材料 電解質
聚合物固態(tài)電解質：柔韌性好質量輕，電位低室溫電導率較差
氧化物固態(tài)電解質：電化學窗口寬穩(wěn)定性好，強硬度大但易脆裂
硫化物固態(tài)電解質：室溫電導率高，空氣穩(wěn)定性較差
鹵化物電解質：耐高壓電導率高，對濕度和溫度敏感
正極材料 負極材料 隔膜 國內企業(yè)固態(tài)電池布局情況 主要技術路線：采用氧化物厚膜技術路線 規(guī)劃產(chǎn)能：已建成0.3GWh固液混合產(chǎn)能，2021年擴大1GWh產(chǎn)能。 進度：2019年建成第一代固態(tài)鋰電池研發(fā)中試生產(chǎn)線；2021年12月舉行首批載混合固液鋰電池東風E70電動汽車試車儀式。 2、輝能科技 規(guī)劃產(chǎn)能：2021年1GWh；2023年7GWh；2025年54GWh。 項目：2017年建成40MWh的中試線；2019年與蔚來合作，為其生產(chǎn)“MAB”固態(tài)電池包；2021年獲3.26億美元融資，用于固態(tài)鋰電池量產(chǎn)建設及全球擴產(chǎn)規(guī)劃。 進度：2020年45.1Ah大容量電池產(chǎn)品在德國萊茵實驗室完成了動力電池第三方測試并取得報告；2021年半固體達1GWh產(chǎn)能，具備小批量生產(chǎn)能力。 3、國軒高科 項目：2020年開始固態(tài)電池技術引入階段；2022年開始固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化；2025年生產(chǎn)全固態(tài)電池。 進度：2019年，公司推出半固態(tài)電池的試生產(chǎn)線；2021年宣告為國內高端純電動配套半固態(tài)電池實現(xiàn)超1000km的續(xù)航里程比其第一代車型提高了一倍。 4、衛(wèi)藍新能源 規(guī)劃產(chǎn)能：現(xiàn)有產(chǎn)能0.2GWh，2022年新增2GWh，2023年新增8GWh。 進度：溧陽基地中試線2020年已投產(chǎn)，湖州基地2GWh項目2022年投產(chǎn)；北京房山基地8GWh項目2023年量產(chǎn)。 5、珈偉股份 規(guī)劃產(chǎn)能：一期0.1GWh，二期2GWh。 項目：年產(chǎn)2.1GWh快充類固態(tài)電池項目，總投資為3.8億元，分成兩階段進行。 進度：一期已正式投產(chǎn)，產(chǎn)能為0.1GWh；二期建設正在進行產(chǎn)能為2GWh。 6、清陶能源 規(guī)劃產(chǎn)能：年產(chǎn)10GWh。 一期年產(chǎn)1GWh，投資5.5億元； 二期年產(chǎn)9GWh，投資49.5億元，開工后兩年內全部投產(chǎn)。 進度：2021年一期年產(chǎn)1GWh項目已投產(chǎn)。 7、神州巨電 規(guī)劃產(chǎn)能：年產(chǎn)10GWh。 8、蜂巢能源 項目：2021年，公司與中科院合作設立固態(tài)電池技術研究中心。 進度：2021年7月開始批量供應半固態(tài)果凍電池。 國外企業(yè)固態(tài)電池布局情況 主要技術路線：硫化物 進度：2004年起，豐田就已經(jīng)進行了全固態(tài)電池研發(fā)，技術及專利積累豐富； 2019年1月，宣布于2020年前與松下設立新公司開發(fā)固態(tài)電池，5月展出固態(tài)電池樣品； 2020年推出搭載固態(tài)電池的新能源車型，計劃2025年實現(xiàn)量產(chǎn)。 主要技術路線：硫化物 進度：推出全固態(tài)電池(AS-LiB)，率先應用在航天領域，計劃2025年后應用于汽車市場。 主要技術路線：硫化物 進度：2017年，三星SDI展出固態(tài)電池； 2018年，三家公司達成合作，并成立一個規(guī)模1000億韓元的基金，共同投資固態(tài)鋰電池等新一代電池技術并加速核心技術商業(yè)化進程； 2020年，三星SDI固態(tài)電池最新科研成果發(fā)布，銀碳基全固態(tài)電池能夠實現(xiàn)900Wh/L高能量密度、1000圈以上長循環(huán)壽命及99.8%庫倫效率，電池一次充電后可驅動汽車行駛800公里。 主要技術路線：聚合物 進度：首次使用裝載固態(tài)電池的電動汽車，2011年推出Bluecar，配備30kWh的聚合物(LMP)電池。 主要技術路線：聚合物 進度：由科羅拉多大學博爾得分校的科研成果衍生出來，獲得過寶馬、現(xiàn)代、三星等公司的投資，2019年與福特達成合作研發(fā)新一代電動汽車全固態(tài)電池；2020年10月，Solid-Power宜布生產(chǎn)和交付其第一代2Ah的全固態(tài)電池(ASSB)，能量密度達到320Wh/kg，該產(chǎn)品準備2021年投放市場，2026年應用于汽車領域。 主要技術路線：聚合物 進度：由麻省理工學院科研人員衍生創(chuàng)立，向通用等公司籌資3000萬美元；2020年，SES與鴻海精密、寧德時代在動力電池領域達成合作，并計劃在2024年推出固態(tài)電池；2021年，與通用汽車達成合作關系，作為協(xié)議的一部分，兩家公司計劃在馬薩諸塞州沃本建立一個原型工廠，目標是在2023年之前擁有一個高容量的預生產(chǎn)電池。 主要技術路線：聚合物 進度：2018年，獲得雷諾-日產(chǎn)-三菱聯(lián)合投資； 2025年雷諾旗下電動汽車規(guī)劃使用鉆含量為零的固態(tài)電池，由lonic-Materials提供技術支持。 主要技術路線：氧化物 進度：獲大眾融資，2014年大眾持有其5%股權； 2018年6月追加投資1億美元； 2020年6月再次追加投資2億美元； 結論 展望未來，結合國內外主流電池廠商的綜合判斷，全固態(tài)電池或將于2025年-2030年間產(chǎn)業(yè)化，且初期應用場景將以中小型領域為主，比如無人機，消費類電池等領域。 從市場信息看來，當前各類企業(yè)發(fā)布的產(chǎn)品仍以半固態(tài)電池為主，半固態(tài)電池制造工藝流程和裝備與目前液態(tài)鋰電池的通用程度較高，有望在較短時間內實現(xiàn)商業(yè)化量產(chǎn)，但由于半固態(tài)電池只是一個過渡性技術路線，市場認可度及技術持續(xù)性有待驗證。未來固態(tài)電池若要實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，降本要求任重道遠。同時，液態(tài)鋰電池現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)鏈將出現(xiàn)重大變化，固態(tài)電解質的應用將會取代隔膜及電解液環(huán)節(jié)，正極行業(yè)受到的影響較小，技術與產(chǎn)品迭代仍在繼續(xù)。若固態(tài)電池得以量產(chǎn)，因中后段工藝不同，相關企業(yè)正在探索通過產(chǎn)線改造實現(xiàn)技術兼容。從競爭格局上看，除傳統(tǒng)電池廠商在進行固態(tài)電池研發(fā)外，還有車企投資及科研人員主導的初創(chuàng)型企業(yè)、以及上游材料廠商在介入固態(tài)電池領域研發(fā)，不排除部分企業(yè)通過固態(tài)電池領域的研發(fā)突破，實現(xiàn)彎道超車，影響全球電池行業(yè)競爭格局。 資料來源：無敵電池網(wǎng)、中粉固態(tài)電池、汽車材料網(wǎng)、國泰君安、精細化工和新材料等，由新能源創(chuàng)新材料編輯整理。 免責聲明：本文轉自鋰電界，僅供參考、交流。轉載的稿件及圖片、字體等版權歸原作者和機構所有，如有侵權，請聯(lián)系我們刪除。
項目：2017年12月子公司浙江鋒鋰投資2.5億元建設固態(tài)鋰電池研發(fā)中試生產(chǎn)線。2021年7月與東風公司技術中心簽約，共同開發(fā)固態(tài)電池。
項目：2019年3月開啟固態(tài)電池一期項目，總投資5億元；2021年2Gwh固態(tài)電池項目，總投資9.5億元。
項目：2019年7月開啟年產(chǎn)10GWh固態(tài)鋰電池項目，項目分兩期建設。
項目：2019年12月開啟年產(chǎn)10GWh單體大容量、固態(tài)聚合物動力鋰電池項目，項目計劃投資總額為60億元，分兩期建設(準備期)。