【摘要?】

固態(tài)電池的兩大優(yōu)勢(shì)：高能量密度+高安全性

固態(tài)電池分為半固態(tài)、準(zhǔn)固態(tài)、全固態(tài)三種類(lèi)型

目前國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程較快的基本為半固態(tài)電池，全固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化尚需時(shí)日

聚合物、氧化物、硫化物是固態(tài)電池主流的路線(xiàn)，三種路線(xiàn)各有優(yōu)劣

國(guó)內(nèi)廠(chǎng)商側(cè)重氧化物固態(tài)電解質(zhì)，如北京衛(wèi)藍(lán)、江蘇清陶、寧波鋒鋰、臺(tái)灣輝能；從長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度來(lái)看，諸多巨頭（豐田、LG、松下等）選擇其為主要技術(shù)路徑，一旦實(shí)現(xiàn)突破將形成高技術(shù)壁壘

半固態(tài)鋰電池制備工藝流程可兼容傳統(tǒng)鋰電池生產(chǎn)工藝

目前主流的電池制備工藝有疊片工藝和卷繞工藝，全固態(tài)鋰電池對(duì)現(xiàn)有電池制備工藝可以部分兼容

一、固態(tài)電池是新一代高性能鋰電池候選者

動(dòng)力電池技術(shù)演進(jìn)路線(xiàn)圖

固態(tài)電池有望成為新一代高性能鋰電池候選者。傳統(tǒng)的液態(tài)鋰電池具有一定的缺陷。

1）傳統(tǒng)液態(tài)鋰離子電池的安全性有上限。有機(jī)易燃電解液在劇烈的撞擊等條件下會(huì)引起一定的安全隱患，且液態(tài)電池隔膜的耐熱極限約為 160 度，超過(guò)此溫度后聚合物會(huì)轉(zhuǎn)化為流動(dòng)態(tài)，導(dǎo)致正負(fù)極直接短路。

2）當(dāng)前液態(tài)鋰電池的材料體系逐漸達(dá)到上限。當(dāng)前液態(tài)鋰電池能量密度上限約為 350Wh/kg，目前基于氧化物正極與石墨負(fù)極的傳統(tǒng)鋰離子電池的能量密度越來(lái)越接近其理論上限。固態(tài)電池是一種使用固體電極和固體電解質(zhì)的電池。

固態(tài)電池分為半固態(tài)、準(zhǔn)固態(tài)、全固態(tài)三種類(lèi)型。?半固態(tài)（Half solid）液體電解質(zhì)質(zhì)量百分比<10%，準(zhǔn)固態(tài)（Nearly solid）液體電解質(zhì)質(zhì)量百分比<5%，全固態(tài)（All Solid）不含有任何液體電解質(zhì)。目前國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程較快的基本為半固態(tài)電池，全固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化尚需時(shí)日。

固態(tài)電池的兩大優(yōu)勢(shì)：高能量密度?+?高安全性。

1.?高能量密度：全固態(tài)電池電化學(xué)窗口可達(dá)?5V 以上，高于液態(tài)鋰電池（?4.2V?），可以匹配高能正極和金屬鋰負(fù)極，大幅提升理論能量密度。?此外，固態(tài)電池可簡(jiǎn)化封裝、冷卻系統(tǒng)，在有限空間進(jìn)一步縮減電池重量，體積能量密度較液態(tài)鋰電池石墨負(fù)極提升 70%以上。當(dāng)前液態(tài)鋰電池能量密度已經(jīng)逐漸逼近上限（350Wh/kg），而固態(tài)電池能量密度有望達(dá)到 500Wh/kg甚至更高。

2. 高安全性：固態(tài)電池將液態(tài)電解質(zhì)替換為固態(tài)電解質(zhì)，大大降低了電池?zé)崾Э氐娘L(fēng)險(xiǎn)。?熱穩(wěn)定性通常指聚合物抵抗熱分解的能力，不同成分的固態(tài)電解質(zhì)耐熱極限差異較大（400 度-1800 度不等），但均顯著高于液態(tài)電池不超過(guò)60 度的最高工作溫度。半固態(tài)、準(zhǔn)固態(tài)電池仍存在一定的可燃風(fēng)險(xiǎn)，但安全性?xún)?yōu)于液態(tài)鋰電池。很多無(wú)機(jī)固體電解質(zhì)材料不可燃（如氧化物固態(tài)電解質(zhì)熱穩(wěn)定性高達(dá)1000 度）、無(wú)腐蝕、不揮發(fā)且不存在漏液?jiǎn)栴}。

主流廠(chǎng)商鋰離子電池與固態(tài)電池能量密度對(duì)比（單位：Wh/kg）

全固態(tài)電池的投用尚需時(shí)日，半固態(tài)電池是由液態(tài)電池向全固態(tài)電池過(guò)渡的中間方案。?全固態(tài)電池具有能量密度高、安全性能好的優(yōu)勢(shì)，但是現(xiàn)在實(shí)施全固態(tài)電池會(huì)遇到很大的阻礙，主要包括以下三個(gè)方面：

1）固-固界面接觸導(dǎo)致電池內(nèi)阻較大；

2）離子電導(dǎo)率不高，現(xiàn)有的固態(tài)電解質(zhì)導(dǎo)電率相較液態(tài)電解質(zhì)低 1-2 個(gè)數(shù)量級(jí)；

3）當(dāng)前由于未產(chǎn)業(yè)化，全固態(tài)電解質(zhì)成本較高。

半固態(tài)電池是向全固態(tài)電池過(guò)渡的中間方案，

1）半固態(tài)電池保留一定量電解液，循環(huán)性能及倍率性能優(yōu)于全固態(tài)電池；

2）半固態(tài)電池電極材料浸潤(rùn)在電解液中，可以改善固態(tài)電池導(dǎo)電率低的問(wèn)題；

3）半固態(tài)電池目前成本比傳統(tǒng)鋰電池略高，相較全固態(tài)電池處于較低位置。

二、固態(tài)電池三種路線(xiàn)，各有優(yōu)劣

聚合物、氧化物、硫化物是固態(tài)電池主流的路線(xiàn)，三種路線(xiàn)各有優(yōu)劣。?對(duì)于固態(tài)電池來(lái)說(shuō)，其電池正極的材料與路線(xiàn)和液態(tài)鋰電池并沒(méi)有很大的區(qū)別，不同的技術(shù)路線(xiàn)主要由不同的電解質(zhì)進(jìn)行區(qū)分。按照電解質(zhì)不同，固態(tài)電池路徑可分為三類(lèi)：聚合物、氧化物（薄膜或非薄膜）、硫化物，三大體系各有優(yōu)劣。

1.? 聚合物：?聚合物的優(yōu)點(diǎn)是易加工，與現(xiàn)有的液態(tài)電解液的生產(chǎn)設(shè)備、工藝都比較兼容，機(jī)械性能好。其缺點(diǎn)1）電導(dǎo)率太低，需要加熱到60 度高溫才能正常工作；2）穩(wěn)定性較差，不能適配高電壓的正極材料，且在高溫下也會(huì)發(fā)生起火燃燒的現(xiàn)象；3）電化學(xué)窗口窄，電位差太大時(shí)（>4V）電解質(zhì)易被電解。

2.? 硫化物?：電導(dǎo)率最高，并且電化學(xué)穩(wěn)定窗口較寬（5V 以上），最具有發(fā)展?jié)摿ΑＦ淙秉c(diǎn)主要為1）熱動(dòng)力穩(wěn)定性較差，熱反應(yīng)起始溫度范圍為400?500°C；2）制備工藝比較復(fù)雜，且容易與空氣中的水、氧氣反應(yīng)產(chǎn)生硫化氫劇毒氣體。

3.? 氧化物：?具有較好的導(dǎo)電性和穩(wěn)定性，離子電導(dǎo)率比聚合物更高，熱穩(wěn)定性高達(dá) 1000度，機(jī)械穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性非常好。其缺點(diǎn)為 1）相對(duì)于硫化物電導(dǎo)率偏低；2）存在剛性界面接觸問(wèn)題。

廠(chǎng)商布局技術(shù)路線(xiàn)各有不同，國(guó)內(nèi)廠(chǎng)商側(cè)重氧化物固態(tài)電解質(zhì)。?氧化物體系因研發(fā)成本和難度相對(duì)較低，較多新進(jìn)廠(chǎng)商和國(guó)內(nèi)企業(yè)選擇這一路線(xiàn)，也有望在半固態(tài)池中實(shí)現(xiàn)規(guī)模化上車(chē)。目前，中國(guó)幾家頭部固態(tài)電池公司如?北京衛(wèi)藍(lán)、江蘇清陶、寧波鋒鋰、臺(tái)灣輝能?，都是以氧化物材料為基礎(chǔ)的固液混合技術(shù)路線(xiàn)為主。從長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度來(lái)看，硫化物固態(tài)電解質(zhì)雖然研發(fā)難度高，但因其優(yōu)異的性能和較大的潛力吸引實(shí)力和資本雄厚的電池企業(yè)不斷投入研發(fā)，諸多巨頭（?豐田、?LG?、松下等）選擇其為主要技術(shù)路徑，頭部企業(yè)已有十幾年的技術(shù)積累，一旦實(shí)現(xiàn)突破將形成高技術(shù)壁壘。

三、固態(tài)電池給現(xiàn)有電池產(chǎn)業(yè)鏈帶來(lái)的變化

半固態(tài)鋰電池制備工藝流程可兼容傳統(tǒng)鋰電池生產(chǎn)工藝?。半固態(tài)電池可以最大程度兼容現(xiàn)有工藝、設(shè)備及材料，具備快速落地的可能。衛(wèi)藍(lán)新能源半固態(tài)電池之所以能快速推向市場(chǎng)，就是因?yàn)楸M可能地借用現(xiàn)有液態(tài)電池裝備和工藝，其中僅有 10%-20%的工藝設(shè)備要求不同，主要包括固態(tài)電解質(zhì)膜引入、原位固化工藝、負(fù)極一體化工藝等。

一種半固態(tài)電池及其制備方法

全固態(tài)鋰電池與傳統(tǒng)鋰離子電池生產(chǎn)工藝有一定區(qū)別。目前主流的電池制備工藝有疊片工藝和卷繞工藝，全固態(tài)鋰電池對(duì)現(xiàn)有電池制備工藝可以部分兼容?，但在部分環(huán)節(jié)也需要進(jìn)行一定的調(diào)整。

1）正、負(fù)極材料的制備可以兼容液態(tài)鋰電池的現(xiàn)有工藝流程，電極極片制備保持現(xiàn)有工藝不變；

2）電解質(zhì)溶液采用溶膠-凝膠混合物，需要烘烤蒸發(fā)溶劑，得到固體電解質(zhì)薄膜，需要增加電解質(zhì)涂覆、紫外照射烘烤工藝；

3）由于沒(méi)有電解液，不需要注液工序；

4）如果采用硫化物固態(tài)電解質(zhì)路線(xiàn)，由于硫化物電解質(zhì)易與水分、氧氣發(fā)生反應(yīng)，對(duì)生產(chǎn)環(huán)境要求較高，最好能在充滿(mǎn)惰性氣體的全封閉室內(nèi)進(jìn)行生產(chǎn)。

固態(tài)電池生產(chǎn)工藝流程

傳統(tǒng)鋰電池生產(chǎn)工藝流程

四、國(guó)內(nèi)外眾多企業(yè)加速推進(jìn)固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程

大量車(chē)企宣布半固態(tài)電池預(yù)計(jì)搭載時(shí)間，半固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化即將到來(lái)。當(dāng)前，已有大量下游車(chē)企宣布了半固態(tài)電池的預(yù)計(jì)搭載時(shí)間，主要集中于2024-2025 年，屆時(shí)有望迎來(lái)半固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化浪潮。

1. 東風(fēng)：?2018 年起，東風(fēng)公司成立固態(tài)電池項(xiàng)目組，開(kāi)展固態(tài)電池、固態(tài)電池系統(tǒng)技術(shù)研究。2019 年7 月，第一代固態(tài)電池系統(tǒng)開(kāi)發(fā)完成。2020 年6 月，成功開(kāi)發(fā)第一代固態(tài)電池系統(tǒng)的整車(chē)。2022 年1 月，由東風(fēng)公司與贛鋒鋰業(yè)合作開(kāi)發(fā)高比能固態(tài)電池成功在東風(fēng)E70搭載。截至2022 年12 月，東風(fēng)公司已完成小批量固態(tài)電池整車(chē)開(kāi)發(fā)、試制及運(yùn)營(yíng)，50 臺(tái)搭載固態(tài)電池的東風(fēng)風(fēng)神 E70 已開(kāi)展示范運(yùn)營(yíng)，運(yùn)營(yíng)里程超 50 萬(wàn)公里。2022 年 12 月 30日到 2023 年 1 月 8 日舉行的廣州車(chē)展上，東風(fēng)汽車(chē)表示，目前正在研發(fā)第二代固態(tài)電池，預(yù)計(jì)將在2024 年上半年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)搭載，屆時(shí)整車(chē)?yán)m(xù)航里程可達(dá)1000 公里以上。

2. 蔚來(lái)?：2023 年2 月，蔚來(lái)聯(lián)合創(chuàng)始人、總裁秦力洪表示，蔚來(lái)150kWh 電池包預(yù)計(jì)2023年暑期上線(xiàn)。蔚來(lái)150kWh 固態(tài)電池于2021 年初發(fā)布，從固液電解質(zhì)、負(fù)極、正極材料到制造工藝，進(jìn)行全面創(chuàng)新，突破了原位固化，高性能硅碳負(fù)極和納米級(jí)包覆、超高鎳正極等多項(xiàng)核心技術(shù)，實(shí)現(xiàn) 360Wh/kg的超高能量密度。全新的蔚來(lái)ES8 續(xù)航可達(dá)到850km，ES6續(xù)航可達(dá)到900km，而ET7 續(xù)航里程突破 1000km。

3.? 賽力斯：?賽力斯董事長(zhǎng)張正萍在布魯塞爾車(chē)展上表示，賽力斯旗下 SERES 5 純電版車(chē)型將分別搭載90kWh 半固態(tài)電池和80kWh 磷酸鐵鋰電池，最大續(xù)航里程530km，并于2023年3月開(kāi)啟交付，進(jìn)軍歐洲市場(chǎng)。2 月 7 日，贛鋒鋰業(yè)控股子公司贛鋒鋰電在其官方微信公眾號(hào)上宣布，搭載贛鋒鋰電三元固液混合鋰離子電池的純電動(dòng) SUV 賽力斯-SERES-5 規(guī)劃于 2023 年上市。

來(lái)源：CINDA SECURITIES

審核編輯：湯梓紅