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文档简介

态电池突破锂电池能量密度的边界,产业趋势明确。相较于能量密度提升空间有限的传统液态锂电池,态电池体系能够兼容正负极材料的不断升级,从而实现能量密度的颠覆性提升。当前,

态电池领域的技术进步正不断加速。其中,半态电池由于其工艺体系和产业链与传统液态电池高度契合,成熟度相对较高,产业化进程更为迅速,已有领先企业进入量产并应用于车辆装配阶段。同时,全

态电池的研发也已从实验室的化学配方探索,迈入工程制造过程的开发阶段,预计将吨2026至2027年间初步具备商业化条件。硫化物电解质路线吨全

态电池领域展现出更为广阔的应用前景,然而其规模化量产能力尚需进一步提升。

态电池技术主要划分为聚合物、氧化物和硫化物三大路线。聚合物电解质材料虽具备出色的柔韧性和界面接触性,但其热稳定性和电化学稳定性的不足却成为了性能提升的瓶颈。相比之下,氧化物电解质材料吨半

态电池领域凭借其稳定的性质以及通过保留部分电解液组分来弥补离子电导率的差距,有望成为主流体系。硫化物电解质材料则凭借极高的本征离子电导率,吨全

态电池体系中展现出显著优势,成为最具应用潜力的电解质材料。当前,氧化物电解质产业链已初步具备了规模化供应的能力,领先厂家更是已经具备了千吨级别的供应能力。相比之下,硫化物电解质目前的单批次产出率仍然较低,仅有少数厂家成功实现了批量化生产。低空经济迎来发展风口,

态电池应用

景有望拓宽。

态电池是eVTOL的理想电池解决方案,通过消除热失控风险并大幅提升能量密度,有效解决飞行过程的动力安全性和续航里程限制等关键问题。

家政策支持低空经济作为战略性新兴产业,方政府也纷纷出台相关政策促进其发展,预计eVTOL市

规模将持续扩大。随着技术进步和监管体系的完善,城市空中交通需求将进一步激发,至2030年中

低空经济规模有望突破两万亿元,展现出巨大的市

潜力。面对外部压力,

家开始重视并提升

态电池产业的战略

位。依托传统液态电池领域的绝对优势,

内当前聚焦半

态电池研发。由于

态电池研发壁

高、投入大、

报周期长,多数企业持谨慎态度,需

家层面政策引导和支持。相较于已提前布局并形成了特色发展模式的欧美日韩等

家,

内吨

态电池领域的政策与资金投入相对滞后。2024年,

家积极引领

态电池产业生态构建,我全 态电池产业化步伐有望加速。投资建议: 态电池上游核心材料迎来机遇。1)半 态电池的率先应用将推动 态电解质材料体系与工艺的开发,加速供应链构建及产业生态形成。其中,氧化物路线是主流电解质体系,主要 益环节为上游锆系材料:三祥新材等。2) 态电池路线的核心吨于提升能量密度,负极迭代是关键。CVD法硅基负极是潜吨方向,多孔碳材料直接影响其性能: 泉集 等。23投资建议:

态电池上游核心材料迎来机遇。3)全

态电池行业的发展推动了硫化物电解质需求的显著增加,上游原料硫化锂产能存吨显著缺口,成为制约其成本降低的关键叠素:关注有研新材。4)全态电池生产工艺向干法迭代趋势明确,当前设备制造商的开发需依赖电池制造商的技术输入和反馈,关注先发和卡位优势明显的公司:纳科诺尔。5)全态电池向干法生产工艺转 中,干法粘结剂成为刚需。而聚 氟乙烯(PTFE)与 态电解质兼容性良好,吨干电极技术中被广泛用作粘结剂:东岳集

。6)铜箔需向高强度、超薄化方向发展,同时适配新

负极特性,如通过表面结构优化辅助锂 匀沉积。面对行业产能过剩、加工费下行及盈利台境,技术创新有望成为破局关键:德福科技。7)材料适配性对态电池性能与稳定性至关重要,材料供应商差异可能加剧测试波动性,影响电池性能与安全。关注平台 态电池材料公司:道氏技术。风险提示:市

竞争风险、产业进展不及预期的风险、新技术迭代风险、市

空间测算偏差风险、研究报告使用的公开资料可能存吨信息滞后或更新不及时的风险。目录C

O

N

T

E

N

T

S固态电池产业现状:产业趋势明确,技术进展加速1固态电池的技术路线:头部玩家向硫化物路线倾斜22025年行业展望:低空经济风口来临,应用场景拓宽;政策有望加码,产业地位提升3投资建议:上游核心材料迎来机遇45目CONTENT

ONTENTS1固态电池现状:产业趋势明确,技术进展加速6来源:德勤、固态电池的核心价值在于打破传统液态电池在能量密度上的天花板。能量密度,即单位体积或重量电池所能储存的能量大小,直接决定了电池的续航水平。传统液态电池的能量密度主要受其正负极体系的制约。目前,基于三元正极与石墨负极的液态电池在能量密度方面已接近其理论上限。为了显著提升续航能力,必须采用更为先进的正负极材料。负极材料的升级路径相对清晰,从石墨(克容量约372mAh/g)到硅基材料(克容量450-600mAh/g),再到锂金属(克容量>1000mAh/g),每次迭代伴随着负极材料克容量的显著提升。例如,高镍三元正极搭配石墨负极的电池,能量密度约为240-280wh/kg;而若以硅基负极替代石墨,能量密度有望跃升至280-350wh/kg;若进一步采用CVD气相硅基负极或锂金属负极,能量密度更是有望突破400wh/kg。正极材料的升级方向则聚焦于高电压、高比容,富锂锰基、锂硫正极等都是潜在的迭代选项。然而,传统液态电解液难以兼容正负极材料体系的升级。液态锂离子电池的电解液在高压、高温、高能量密度环境下容易分解失效。因此,引入化学性质更为稳定的固态电解质,取代传统的锂离子电解液,成为突破电池性能局限的关键。固态电解质能够兼容正负极材料的迭代升级,从而打破电池性能瓶颈,实现能量密度的飞跃。图表:电池化学体系迭代路径图7来源:上海科学技术情报研究所、科研云平台、欧阳明高《全固态电池研发现状》、测算固态电池的第二大意义在于其能够显著提升电池的安全性能。传统液态锂离子电池的电解液具有可燃性,一旦电池内部发生内短路,可能触发连锁反应,导致电池热失控。此外,正负极材料的迭代升级也伴随着安全隐患。硅基负极和锂金属负极分别存在极片膨胀导致电池功率和循环寿命衰减,以及锂枝晶生长引发电池短路的问题。而高电压、高比容的正极材料则可能导致电极材料的不稳定,主材结构易受破坏。固态电池电解质的引入,能够从根源上解决这些安全隐患。一方面,固态电解质在常规条件下不可燃,有效遏制热扩散及连锁反应;另一方面,其化学稳定性高于电解液,对正负极材料的迭代升级具有更好的适配性。此外,固态电池还有望打通锂电池成本下行通道。当前,锂电产业链核心原材料的价格处于历史低点,头部厂家已接近亏损或仅能维持微利。通过压缩原材料价格进行降本的途径已到达阶段性瓶颈,电池价格下降空间有限。然而,技术迭代能够进一步打开降本空间。固态电池将能量密度从传统液态电池的约250wh/kg提升至400wh/kg以上,意味着原材料单耗的大幅降低,为电池成本的进一步下降提供了可能。项目 液态三元电池 高比能固态电池 单位单kWh材料单耗降幅38%-280 wh/kg电池包能量密度

175同等重量下带电量容量增加60%-电芯能量密度

250400wh/kg单kWh材料单耗42.5kg项目 固态电解质 电解液高安全性能具有极高的热稳定性,在高温环境下不易发生分解反应,能够有效阻止内部短路引发的连锁反应大多具有易燃性,一旦电池内部出现短路等故障,极易引发电解液燃烧甚至爆炸固体介质没有流动性,不存在渗漏风险液体电解液存在渗漏风险前沿体系适应性更稳定、电化学窗口宽,可以兼容高比容量的正负极电解液发生分解,产生气体,存在电池鼓包、性能衰减等风险假设成组效率 70% 70% -

从电池模组的角度可以适配双极板,降低外壳用量以提升能量密度电解液漏液导致短路图表:固态电池有效提高电池的安全性能图表:固态电池能量密度提升意味着原材料单耗降低8来源:OFweek锂电网、国知局、宝马集团、半固体电池和全固态电池的概念区分:半固态电池本质上仍然属于液态电池的范畴,其并未彻底舍弃电解液,且大部分方案仍然保留隔膜。半固态技术的核心理念是在传统液态电池体系中引入固态电解质,以提升离子电导率,并据此适当减少电解液的使用量(例如,从原来的25

重量比降低至15

以下)。半固态电池的实现存在多种方式:一是将固态电解质作为正极添加剂或隔膜表面涂覆材料;二是采用原位聚合/固化工艺,即在电解液中加入引发剂和交联剂等添加剂,电池组装完成后,通过加热、紫外线照射等方式触发聚合物的交联反应,使原本液态的电解液部分或全部转化为不易流动的凝胶态,从而提高电池的稳定性;三是将固态电解质制成单层薄膜,直接替代传统隔膜,但仍保留少量电解液以确保电池的正常运行和性能优化。全固态电池通过引入固态电解质,彻底颠覆了传统液态电池的结构,用其取代了隔膜与电解液。固态电解质材料被加工成薄膜,置于正负极极片之间。其隔离了正负极,防止短路,又允许离子在极片之间传输。因此,在全固态电池中,固态电解质同时承担了隔膜和电解液两大核心材料的功能。半固态电池 固态电解质用于正极掺类型 杂、隔膜涂覆原位聚合/固化工艺 固态电解质层示例固态电解质类型氧化物、氧化物+聚合物聚合物、氧化物+聚合物氧化物、卤化物图表:半固态电池的三种实现形式图表:全固态电池的变化9来源:中国汽车动力电池产业创新联盟、各公司公告、半固体电池沿用了液态电池成熟的工艺体系和产业链,产业化落地更快,2024年装机量超预期。根据中国汽车动力电池产业创新联盟数据,2024年1-7月,半固态电池实现2.68GWh的累计装机量,主要来源于卫蓝科技的贡献。半固态电池核心厂家主要为上汽清陶、北京卫蓝、浙江锋锂等。预计到2025年,这三家企业的有效产能将超过20GWh,且合计规划产能超过100GWh。这些核心厂家已与特定车企建立了合作关系,例如卫蓝已正式向蔚来交付360Wh/kg的半固态电池;上汽增资清陶能源,间接持股约15.29

,并设立了合资公司,共同推进固态电池技术的研发与量产;赣锋与长安汽车也签署了合作备忘录,旨在共同推进(半)固态电池的研发合资项目及产业化制造项目。半固态电池仍然存在诸多难点:首先,装车验证周期较短,尚未形成足够丰富的测试样本数据库;其次,以原位聚合技术为代表的半固态工艺虽然在电芯安全性能上有显著提升,但受限于工艺端良率水平低,导致生产成本居高不下;最后,在化学体系方面,正极材料可能向超高镍三元、富锂锰基过渡,负极采用新型硅基负极,但成熟度相对较低。图表:半固体电池实现规模化装机图表:半固体电池核心厂家的产能规划公司 产能规划(截至2024年底)清陶能源宜春:1GWh投产昆山:

1期3.5GWh

2024年6月投产,合计规划10GWh成都:15GWh固态储能电池项目,一期PACK线已投产,二期电芯产线将于2024年开工建设台州:10GWh固态项目,计划2025年投产卫蓝新能源湖州:一期2GWh满产;二期8GWh有望2025年投产;三期12GWh规划2026年投产;北京:一期4GWh规划2024年投产;满产产值8GWh;山东淄博:规划分四期建设,储能基地,一期3.4GWh投产;赣锋锂业江西新余:4GWh/年固液混合动力锂电池;重庆两江新区:20GWh固态电池,10GWh

PACK;一期厂房封顶,PACK生产线逐步投产;襄阳:20GWh项目2023年5月签约;一期规划5GWh;10来源:各公司公告、2024年,核心玩家已经从实验室的化学体系研发,过渡到工程制造过程开发阶段。过去,产业界和学术界主要聚焦于固态电池配方层面的研发,而现在,如何实现大尺寸车规级电芯的批量化制造成为了需要快速攻坚的方向。产品端:车规级产品的设计尚未定型。当前,核心玩家正着手开发20-30Ah级别的全固态电池。尽管各家在小规格电池平台(小于5Ah)的验证上取得了显著成果,但这些小规格电池无法满足装车需求。例如,若要满足60kWh电动车的容量需求,使用5Ah电池相比20Ah电池,需要多安装超过2400颗电芯,这不仅增加了车辆电池管理系统的难度,还降低了系统的可靠性。因此,大尺寸车规级电芯的开发及其批量制造过程的实现,仍是当前面临的最大挑战。工程端:开发适用于批量生产的工艺和设备成为了重点。包括新型结构、生产工艺及配套工装设备的开发在内,多家企业如清陶、QuantumScape等已启动GWh级别的样线开发和建设。三星SDI也将工作重点之一放在了开发前处理工艺上,旨在优化电池组装段的等静压生产工序时间,从而提升整体产线的效率。图表:全固态电池核心厂家进展厂家 电池规格 电解质体系 正极 负极 能量密度 工艺进展 产线进展 预期批量节点广汽

30Ah 未公开三元(220mAh/g)硅基(1500mAh/g)重量能量密度:400wh/kg体积能量密度:910wh/L正负极、电解质层均为干法工艺未公开

2026年Solid

Power20Ah硫化物三元1、硅基2、锂金属1、硅基重量能量密度:390wh/kg体积能量密度:930wh/L2、锂金属重量能量密度:440wh/kg体积能量密度:930wh/L已从70μm优化至40μm的韩国工厂拟在2025年投入使用固态电解质层厚度

与韩国SKI共同建设

1、硅基:2026年2、锂金属:2027年Quantum

scape5Ah氧化物三元锂金属体积能量密度:800~850wh/L全湿法工艺,正极面容量6.2mAh/cm^2电解质层的生产效率25年拟提升至GWh级别2027年三星SDI未披露硫化物三元(210mAh/g)银碳负极Ag-C体积能量密度:900wh/L干法工艺制造电解质层完成全固态样品线的搭建,拟扩建蔚山工厂2027年11来源:Solid

Power、2026-2027年全固态电池有望初步具备商业化条件。动力电池开发周期大致可以分为五个阶段,可参考Solid

Power的全固态电池开发计划表:研发阶段描述及定义:1)Pre-A/A0样:预研阶段;2)A样:产品开发、概念验证阶段;3)B样:完成终端产品设计定型,并同步推进产线设计及设备开发;4)C样:启动试生产,实现制造过程;5)D样:完成产线优化及验证,为量产爬坡准备。目前,全固态电池的开发周期正处于从A样向B样过渡的关键时期。B样阶段核心任务是确定产品全维度的功能和尺寸参数,并确保这些参数与最终的量产产品保持一致,即实现设计定型。同时,B样阶段也是产品性能检测的关键环节,特别是电池产品需要满足长期性能验证的要求。2026至2027年间,行业将从B样进入C样阶段,标志着产品开发从研发主导逐步转向生产主导,此时产品将初步具备商业化条件。进入C样阶段意味着产品已经可以使用规模化设备进行生产。在此阶段,工作的重点将放在优化产线参数和工装模具,以提高生产效率和成品质量。在产品验证方面,电芯将被组装成系统,并搭载到样车上进行整车试验。图表:Solid

Power全固态电池开发计划表12目CONTENT

ONTENTS2固态电池的技术路线:头部玩家向硫化物路线倾斜13类型 离子电导率 电化学稳定窗口热稳定性空气稳定性批量生产难度液态电解液 10-2 <

4V70-80°C差低聚合物10-5-

10-4<

4V-300°C中低硫化物10-2-

10-31-5V>

600°C略差高卤化物10-30.36-4.35V>

600°C中上高LATP(磷酸钛铝锂)1-2x

10-30.8-5V>

1000°C稳定低氧化物LLZO(锂澜锆氧)1-2x

10-3~6V>

1000°C稳定低S

cm-1IPC电解质(聚合物/无机物复合) 10-5-

10-4来源:吴敬华

等.固态锂电池十年回顾与展望[J/OL].储能科学与技术、电池科学社、-4.6V-300°C中上低固态电池依据电解质材料的种类主要划分为聚合物、氧化物和硫化物三条技术路线。我们对各路线的研判如下:聚合物电解质材料:作为高分子材料,在高温和高电压的耐受能力上略优于传统电解液,但相较于氧化物和硫化物等陶瓷类材料,其性能仍有较大差距。固态电池的核心目标在于探索锂电池的性能极限,因此电池向高能量密度和高电压体系迭代已成为明确趋势。然而,聚合物材料在热稳定性和电化学稳定窗口等固有特性上的不足,将成为限制电池性能进一步提升的瓶颈。氧化物电解质材料:半固态电池技术并未完全摒弃液体电解液,而是降低了其使用比例。意味着电池体系内仍有部分电解液辅助离子在正负极之间传导,从而在一定程度上弥补了氧化物和硫化物电解质在离子电导率上的天然差距。此外,硫化物对液态成分敏感,而氧化物性质稳定,因此氧化物电解质材料有望成为半固态电池的主流体系。硫化物电解质材料:本征离子电导率相较于氧化物高出一个数量级,甚至接近液态电解液的水平。当电池完全过渡到全固态体系,即在没有电解液辅助传导离子的情况下,硫化物的离子传导能力相较于氧化物的天然优势将被进一步放大。因此,硫化物电解质材料成为最具应用前景的全固态电解质材料。图表:固态电池电解质不同路线对比14来源:储能科学与技术,

2022,11(6):

1788-1805、典型的聚合物固态电解质体系涵盖PEO、PAN、PMMA及PVDF等。其中,PEO材料因对锂盐具有良好的溶解性,且在高温下展现出相对较高的离子电导率,被视为极具应用潜力的聚合物体系。其优劣势明确:优势:PEO材料具备出色的柔韧性和界面接触性。作为高分子材料,相较于氧化物等陶瓷类材料,PEO能够在电池充放电过程中保持电解质层与正负极极片之间的紧密接触,从而提升电池的循环寿命。劣势:首先,PEO在室温下的离子电导率较低,电化学窗口也相对较窄。这意味着聚合物固态电池需要在60℃的高温环境下运行才能发挥高效能。其次,由于电化学窗口窄,PEO对电压的耐受能力小于4V,仅略高于液态电解液,因此在高压环境下容易被氧化,限制了电池向高电压平台和高能量密度的方向发展。聚合物固态电解质易于加工,量产成本相对较低,因此能够率先实现商业化应用,但其性能提升空间有限。聚合物固态电解质的研发历史可追溯至1973年。早在2011年,法国Bolloré集团就成功推出了商用化的聚合物固态电池,并在大巴车上实现了落地应用。然而,由于聚合物对高电压和高能量密度的耐受能力有限,电池正极材料的选择被限制在低电压平台体系,导致整体性能提升空间有限,因此目前仍未实现大规模推广应用。图表:聚合物固态电解质的发展简史15来源:Adv.Funct.Mater.2022.32.2203551、Chemical

Society

Reviews,

2020,

473,

228607、在聚合物体系中添加无机填料以构建复合固态电解质,是弥补离子电导率短板的有效策略。聚合物/无机物复合电解质融合了聚合物与氧化物两大体系的优势,展现综合性能优异。一方面,通过引入LLZO或LAGP等氧化物固态电解质作为无机填料,能够优化锂离子在复合电解质体系中的传输路径,从而显著提高整体的离子电导率。同时,这些氧化物填料还具备良好的力学性能,有助于增强聚合物电解质的机械强度。另一方面,该体系保留了聚合物组分的柔韧性,这对于改善无机物颗粒间以及无机物与正负极活性物质之间的接触问题有积极影响。聚合物基/无机复合电解质体系仍处在探索期,存在诸多技术难点,仍然需要在材料选择、掺混形式及比例、聚合方式等多个方面进行优化:1)常温状态下,聚合物材料的本征电导率差,依旧是整个体系的短板,限制了组合材料的上限;2)在添加无机填料的过程,颗粒的分散性可能存在限制,导致对整体离子电导率的实际贡献有限。图表:聚合物/无机物复合电解质展现优异的综合 图表:聚合物/无机物复合电解质应用示例性能16氧化物成为半固态电池路线的主流固态电解质选择。相较于硫化物材料,氧化物尽管在离子电导率上存在天然差距,单在化学稳定性方面优势明显;与聚合物材料相比,氧化物电解质拥有更宽的电化学窗和更高的热稳定性,但其刚性较大,可加工性相对较弱,与正负极极片的接触界面容易形成缺陷。由于制备门槛相对较低,因此通常被新进入者选为业务切入点,开发进度最快。一方面,其量产难度适中,主要采用固相法工艺,通过机械球磨和高温烧结制成,工艺上与三元正极材料的生产具有相通性,成熟度较高;另一方面,得益于其稳定的化学性质,在生产过程中对环境的管控要求不如硫化物那么苛刻,因此批量化难度和生产成本相对较低。。LATP、LLZO、LLTO是主要的氧化物电解质类型,各家技术路线纯在较大差异。其中,LLZO体系的离子电导率相对较高,且对锂金属稳定,具有较大发展潜力,然而该体系内含镧、锆等稀有金属,且生产过程烧结温度高,导致成本相对较高;LATP体系虽然对锂金属不稳定,但更适合应用于半固态电池领域的隔膜涂覆材料,其生产过程中的能耗较低,成本优势显著。此外,各厂家在材料设计(如掺杂组分、粒径、表面结构等)以及生产工艺上存在差异,这将导致终端产品的性能及生产优率存在较大不同。来源:化易天下、电池社、图表:氧化物的固相法生产工艺,工序简单,与三元正极材料的生产具有相通性图表:各厂家对氧化物电解质材料的布局情况17来源:中国科学杂志社、国家知识产权局、Materials

Today

Nano、硫化物固态电解质材料因其离子电导率接近液态电解液水平(约10-2S/cm),在全固态电池领域展现出最佳的应用前景。与氧化物电解质相比,硫化物的离子电导率能媲美液态电解液,一方面是因为硫原子的电负性低于氧原子且元素半径更大,对锂离子的束缚较弱;另一方面,硫化物具有更宽广的三维锂离子传输通道,从而促进了离子的高效传输。此外,在机械性能上,其适中的硬度和良好的可变形性使得与正负极极片的界面接触效果优于氧化物。根据结构特点,典型的硫化物体系可分为LGPS、Li6PS5X、Thio-LISICONs:其中,LGPS具有三维立方晶格结构,为锂离子提供了快速传输通道,室温离子电导率可超越液态电解液水平,但含锗元素导致原材料成本高;Li6PS5X虽然电导率相对较低,但原材料成本更低,且对锂金属负极相对稳定,具有较大发展潜力;Thio-LISICONs的离子电导率介于二者之间,同时具有高变形能力,室温下压实效果更佳。硫化物固态电解质在全固态电池领域应用前景广阔,但仍需克服空气稳定性差、规模化生产难度大等挑战。首先,其空气稳定性差,遇空气会迅速水解产生毒性气体硫化氢,因此电解质的生产过程需要严格管控,甚至需要在惰性气体氛围下进行,这增加了生产成本和批量化生产的难度。其次,规模化量产工艺尚未成熟,固相法工艺需要改善成品均匀性,降低能耗和成本;而液相法、气相法等新型硫化物批量生产工艺尚未实现产业化落地。图表:三种典型的硫化物电解质材料 图表:硫化物生产工艺及技术成熟度18来源:各公司公告、类型代表公司(电解质企业)氧化物蓝固新能源规划2000吨固态电解质粉体,5万吨原位固态化电解质,1万吨固态电解质浆料天目先导千吨级电解质产能清陶能源具备卤化物固态电解质批量化能力,产能60kg/天璞泰来建成年产200

吨LATP、LLZO固态电解质中试线赣锋锂业具备百吨到千吨级LLZO、LATP产能硫化物中科固能将建成全球首条百吨级硫化物固态电解质生产线预计2025-2026年实现满产道氏技术自主研发出电导率高达1mS/cm的硫化物固态电解质,并实现100克量级的稳定生产浙江锋锂已研制出LGPS、LPSCl等硫化物电解质材料,量产能力达到行业领先水平进展 类型 代表公司 进展氧化物QuantumScape推出首个5Ah商业化产品辉能科技锂金属负极+NCM811+氧化物体系,台湾Taokefactory落成,规划产能2GWh聚合物Bolloré/

BlueSolution磷酸铁锂+锂金属+聚合物体系,法国和加拿大工厂总产能达到1.5GWh硫化物三星SDI样品能量密度突破900wh/LSolid

Power完成20Ah电池开发宁德时代完成10Ah级别试验平台搭建,20Ah电池进入试制阶段广汽集团完成30Ah车规级产品发布聚合物/无机物复合清陶能源完成关键材料的开发,复合电解质膜电导率>1mS/cm,复合膜厚度20-40μm固态电解质环节:各企业采取多条路线并行研发的策略,行业百花齐放。氧化物电解质产业链已初步具备规模化供应能力:多数厂家能够实现百吨级中试供应,天目先导、蓝固新能源等头部厂家,更是已经具备了千吨级别的产能。硫化物电解质的规模化量产能力有待提升:目前单批次产出率仍然较低,仅有少数厂家实现了批量化生产,单釜产出规模多在公斤级。电池制造环节:氧化物、聚合物全固态电池步入工程化初期。氧化物和聚合物全固态电池已经步入了工程化的初期阶段。核心厂家正在着手搭建GWh级别的产线。同时,对于硫化物全固态电池的开发,也正在从小尺寸、低叠层数的实验室样品电池,向大尺寸、高容量的车规级产品转化,以推动其商业化进程。图表:核心电解质厂商相关进展 图表:核心电池企业相关进展19目CONTENT

ONTENTS32025年行业展望:低空经济风口来临,应用场景拓宽;政策有望加码,产业地位提升20来源:Wind、各公司公告、复盘:固态电池行业仍处于前期技术积累阶段,2023年以来出现多轮阶段性主题行情,受行业热点事件驱动;2024年,逐步形成半固态电池、全固态硫化物电池两条主线。图表:2023-2024年固态电池行情复盘21来源:Roland

Berger、固态电池拓宽eVTOL的性能边界,潜在应用场景增加。eVTOL采用纯电动力驱动,能够实现垂直起降和分布式推进。然而,与乘用车相比,eVTOL对重量的敏感度更高,续航里程成为制约其使用周转率和商业化应用场景拓展的关键因素。此外,在高空航行过程中,稳定性和安全保障同样至关重要。固态电池是解决eVTOL等低空航天器痛点问题的方案。相较于传统液态电池,固态电池的能量密度大幅提升,这意味着在同等载重下,航空器能够拥有更长的续航里程。同时,固态电池摒弃了可燃的液态电解液,从根本上消除了热失控的风险,为航空器的安全飞行提供了有力保障。政策环境为eVTOL市场规模的持续增长创造了有利的条件。2023年底,中央经济工作会议正式将低空经济确立为国家战略性新兴产业,随后在2024年的政府工作报告中,“低空经济”首次被提及。地方政府紧跟步伐,纷纷出台相关政策,涉及资金补贴、基础设施建设等方面,以支持低空经济的蓬勃发展。与此同时,随着eVTOL技术的不断进步和监管体系的日益完善,城市空中交通需求有望被进一步激发。据Roland

Berger预测,至2030年,全球载人运营的eVTOL数量将达到5000架次,并有望在2050年进一步增长至16万架次。其中,根据国新办提供的数据,中国低空经济规模到2030年有望突破两万亿元。图表:全球载人运营eVTOL数量预测22来源:各国规划文件、日本《日本蓄电池产业战略》立研发平台,启动全固态电池基础技术评估和开发相较于欧美日韩等国家,国内在固态电池领域的政策与资金投入相对滞后。中国在传统液态电池产业链上已建立起显著优势,而欧美日韩则提前布局,将重心转向下一代电池技术路线,旨在打破现有格局。从历史角度看,这些国家对固态电池的布局较早,提供的政策和资金支持远超国内,并已各自形成了特色鲜明的发展模式。图表:各国针对固态电池发展的相关政策及资金支持情况国家/区域 规划文件 内容 资金支持规划建立硫化物全固态标准电池模型、建

日本经济产业省(METI)在2024年发布电池供应保证计划,至年底共批准四大全固态电池相关的研发项目,补助金额最高约达48.5亿人民币欧盟《BATTERY2030+》固态电池被列为发展目标批准固态电池投资专项,多国共同出资32亿欧元,同时从私人投资商中筹集50亿欧元投入固态电池美国《美国国家锂电发展蓝图

2021-2030》部署固态电池发展美国能源部宣布为26个实验室项目提供2.09亿美元的资金,开发固态电池及快充技术;韩国2030

K-battery

产业规划(2021年)重点发展全固态、锂硫、锂金属电池政府将于2023年至2028年投入3066亿韩元,私有企业至2030年将投入20万亿(~151亿人民币)韩元用于研制下一代电池技术中国《新能源汽车产业发展规划(2021—2035年)》、《锂电池行业规范条件(2024年本)》将固态电池列入行业重点发展对象并提出加快研发和产业化进程累计支持国家资金超10亿元23韩国模式:电池巨头牵头,打造完整的本土产业生态。早在2018年11月,LG化学、三星SDI和SKI这三大韩国电池企业便携手组建了联盟,共同宣布将致力于开发包括固态电池在内的下一代电池核心技术。进入2023年,SKI与美国初创企业Solid

Power签署了谅解备忘录(MOU),标志着Solid

Power将融入韩国的电池产业生态,与当地研发机构、设备制造商及材料供应商展开深入合作。2024年,三星SDI亦启动全固态电池国内供应链的构筑。日本模式:倾国之力推动产业发展,产业、学界、政府形成协同效应。专利布局方面,日本优势显著,全球全固态电池专利申请排行榜前五名中,日本企业占四席,丰田以超过1300件的专利申请量高居榜首。2023年,日本新能源产业技术综合开发机构(NEDO)的支持下,锂离子电池材料评价研究中心(LIBTEC)牵头,携手17家科研机构及33家来自汽车、电池和材料领域的企业,共同启动了为期五年的全固态电池材料基础技术评估与开发项目,该项目首年预算高达18亿日元。日本通过构建独特的产官学合作机制,一方面能够集中优势资源,精准攻克固态电池技术的核心难题,推动开发与验证流程的规范化、标准化;另一方面,促进全产业链的紧密协作,有助于缩短研发周期,加速固态电池的商业化进程。图表:韩国固态电池产业生态图表:日本固态电池产业生态环节 相关布局电池三星SDI:水原研发中心全固态试产线2023年投入使用,进入产品原型交付阶段;LG:与固态电池技术公司Factorial

Energy签署MOU;SKI:参股SES

AI、Solid

Power,与后者在韩国建设固态产线,硫化物电解质

规划2025年投产。

铜箔企业Lotte

Energy:拟投150亿韩元建设工厂,2024年6月底生产能力将达70吨;三星电子:规划2025年内出样,拟将产能扩大到每年1200吨;Samyang/Solid

Ionics:规划2027年在蔚山建设1200吨/年电解质工厂。Samyang:建设硫化锂供应链;电解质原材料:

ISU特种化学:2024年3月与庆尚北道和龟尾市签订MOU建设硫硫化锂 化锂工厂;

三星电子:规划2025年开始投资3000亿韩元建设新工厂。

来源:各公司公告、厂家 相关布局车企丰田拟在电池开发投入137亿美元,规划将固态电池成本降低

50%,目标在2027~2028年实现商业化 开发和推出半固态和全固态电池等新一代电池,拟430亿日本田

元投资全固态电池示范生产线(~21.46亿元),并计划于日产

2025年1月开始生产 成功开发全固态电池,目标2025年开始试生产,2028年量产一款全固态电池驱动电动汽车材料厂出光兴产致力硫化物固态电解质的量产技术开发,拥有小型试验工厂,并正在扩充产能AGC具备熔解硫化锂等原料的自主技术。宣布将开展硫化物固态电解质业务,计划到2025年设置大型试验设备,2027~

2028年之前实现商业化,2030年实现100亿日元的年收入

三井金属已在量产试验设施完成全固态锂离子电池固体电解质的验证,并开始提供样品;年产量10吨以上,拟扩大到几十吨24欧美模式:美国初创型科技公司主导开发,欧洲传统老牌车厂定向进行扶植。以参股的形式参与公司运营,为准固态、全固态电池的研发提供资金、装车应用平台以及工程化经验,共同推进全固态电池的验证及商业化。对于技术路线的选择,各企业均以实现锂金属负极的应用作为核心目标,当前正极材料仍旧沿用中高镍三元体系。来源:各公司公告、图表:欧美固态电池产业生态公司总部参投车企(截止2025.2.7)潜在搭载车企产品进展/规划SES波士顿通用集团(~0.28

)SKI(~8.83

)通用汽车、现代汽车、本田105.8Ah锂金属负极电池(32+层),实测能量密度达到399Wh/Kg、862

Wh/L2024年建设两条动力电池B样产线Solid

Power科罗拉多州宝马集团(持股~5.81

)福特集团(持股~6.45

)宝马、福特规划2025年与SKI完成产线的建设,并启动验证Quantum

scape加州圣地亚哥大众集团(保时捷汽车控股公司持股~16.82

)大众2024年推出首个商业化产品QSE-5的B样2025年装配下一代产线,大批量生产B样Factorial波士顿奔驰(领投

D轮融资)Stellantis(领投

D轮融资)奔驰、Stellantis、现代汽车推出采用干式涂层工艺的40Ah全固态电池A型样品25来源:中国全固态电池产学研协同创新平台、中国:依托液体电池坚实的产业基础,当前国内研发重点聚焦于半固态电池。半固态电池作为液态电池的延伸,并不属于颠覆性的技术变革。以往,在固态电池领域进行大规模投入的仅有行业龙头,如宁德时代;以及由核心科研团队孵化并收获到车企定向扶持的企业,如卫蓝新能源和清陶新能源。鉴于固态电池及其关键原材料的研发壁垒高,研发投入大,且投资回报周期长,多数产业链企业持谨慎观望态度。因此,国家层面的政策引导和支持在此类技术的推进中扮演着至关重要的角色。来自外部的威胁促使国内开始投入固态电池的研发竞赛。2024年,国家积极引领固态电池产业生态的构建:一方面,根据《中国日报》报道,国内计划斥资约60亿元推动全固态电池的研发,前所未有的资金支持预计将产生鲶鱼效应,激励产业链各方加大投入;另一方面,政府、产业、学术界、研究机构及金融机构有望携手合作,在多部委和中国产学研合作促进会的支持下,中国全固态电池产学研协同创新平台(CASIP)成立。该平台将立足国家发展战略和产业实际需求,推动高水平的学术交流与技术协同攻关,明确技术路径,搭建公共服务平台,以加速推动我国全固态电池产业化的步伐。图表:中国全固态电池产学研协同创新平台定位26目CONTENT

ONTENTS4投资建议:上游核心材料迎来机遇27来源:姜鹏峰等.《固态电解质锂镧锆氧(LLZO)的研究进展》、Science

Advances、半固态电池本质上是液态电池技术路线的延伸,而非颠覆性创新。然而,该路线融入了固态电池的关键增量材料,因此,半固态电池的率先应用有望促进固态电解质材料体系与工艺的开发、加速供应链的构建,并推动相关产业生态的形成。氧化物路线是半固态电池电解质的主流体系,受益环节为上游的锆系材料:氧化物电解质的主流体系为LLZO。基于石榴石型结构的LLZO,化学式为Li7La3Zr2O12,通过固相烧结法合成,主要原材料为碳酸锂Li2CO3、氢氧化镧La(OH)3、氧化锆ZrO2和氧化铝Al2O3。根据化学式,合成1吨的LLZO,不考虑损耗,理论上需要原材料氧化锆ZrO2约0.2934吨;假设生产每GWh电池,消耗高镍三元正极1689吨,同时半固态电池里电解质的使用量为正极重量的5wt;则生产每GWh电池,固态电解质消耗量可高至84.5吨,对应约24.8吨的氧化锆需求。卤化物是氧化体系的衍生体系,兼具性能和成本优势,是潜在路线之一。Li2ZrCl6在潮湿气氛中的稳定性高,原材料易得,是典型的氯化物体系。参照化学式,生成1吨的Li2ZrCl6型卤化物,不考虑损耗,理论上需要四氯化锆ZrCl4原材料约0.7332吨;假设生产每GWh电池,消耗高镍三元正极1689吨,且半固态电池里电解质的使用量为正极重量的5wt;则生产每GWh电池,固态电解质消耗量可高至84.5吨,对应约61.9吨的氯化锆需求。图表:锆系材料单位需求测算28来源:公司公告、半固态电池装机量加速提升,拉动上游锆系原料需求增长。根据EVTank数据,2024年固态电池装机量突破GWh级别,到2030年,全球固态电池的出货量有望达到614.1GWh,其中大部分为半固态电池,2024-2030年复合增长率约为139。参考上述测算,预计2030年氧化物/卤化物固态电解质需求约为5.19万吨,分别对应氧化锆、四氯化锆需求约1.52万吨和3.8万吨。相关标的:三祥新材。公司在固态电池电解质及其原材料、核级氧化锆以及镁铝合金结构件等多个业务领域实现多点布局,开辟多条增长曲线。固态电池电解质原材料方面,作为国内锆系材料的领军企业,公司成功开发了电池级氧化锆和四氯化锆材料,已建设锆基氯化物材料制备工艺小试开发线,并提供给下游客户及相关科研院所进行氯化物电解质合成及组装固态电池验证,整体性能表现优良,目前锆基氯化物已向下游固态电池工厂实现小批量供货。图表:三祥新材业务结构(截至2024年H1)海绵锆工业级海绵锆:5000吨核级海绵锆,新建

1300吨生产项目三祥新材80%辽宁华锆60%辽宁华祥38.62%宁德文达68%宁德三祥纳米氧氯化锆规划10

万吨氧氯化锆项目,产品为各类锆化合物制品的中间体。纳米氧化锆镁铝系产品镁合金建筑模板镁、铝合金电池

PACK

结构件大型一体化压铸29固态电池迭代路线的核心追求是挖掘电池能量密度的边界,硅基负极替代石墨负极,理论克容量显著提高,电池能量密度实现突破。硅基负极的技术路线主要包括:研磨法硅碳、硅氧和CVD法硅碳,其中,CVD法硅基负极性能突出。相较传统研磨法,CVD法工艺先制备多孔碳材料作为基底,随后使硅烷气体流经此基底并发生裂解,形成纳米硅沉积于多孔碳的孔隙中。多孔碳的内部空隙不仅能有效缓解硅在充放电时的体积膨胀,赋予硅基负极低膨胀率与优越的循环性能。CVD法硅基负极的性能在很大程度上取决于多孔碳材料的质量。多孔碳材料是一种由含碳前驱体经过特殊工艺处理得到的、具备丰富孔隙结构的炭素材料。它不仅是硅沉积的基材,还对锂离子的嵌入与脱出过程具有直接影响。如果能在碳骨架上能够形成稳定且分布均匀的孔径,对于促进纳米硅的有效沉积以及体积膨胀的限制将产生显著效果。然而,多孔碳的生产也面临诸多挑战,如前驱体的批量稳定生产、原材料的稳定供应以及成本控制等,这些因素同样对其未来的应用前景起着决定性作用。相关标的:圣泉集团。公司自2017年起便积极布局电池材料领域。在硅碳用多孔碳材料研发方面,公司依托集团独有的生物质精炼技术和先进的树脂制备工艺,成功开发出适用于CVD法硅基负极的前驱体材料。公司球形多孔碳技术全球领先,产品孔结构均一可控、抗膨胀性能卓越,确保了硅烷沉积的均匀性和一致性。同时,多孔碳产品还展现出出色的抗压能力,即使在高压实条件下也不易破碎,从而实现了电池的长循环性能。在产能方面,圣泉集团目前拥有300吨多孔碳材料的生产能力,并计划于2025年2月新建一条1000吨生产线并投产,有望巩固其在市场上的先发优势。来源:艾邦锂电网、30硫化物电解质上游原料产能缺口较大,制约成本降低。硫化物固态电解质的行业模式预计将演化为电池厂掌控核心配方,并由上游材料厂进行代工生产的格局。因此,对于上游的硫化物固态电解质生产商而言,降低生产成本成为了提升其竞争力的关键要素。然而,当前硫化物电解质上游原材料硫化锂的产能存在显著缺口,成为了制约成本降低的瓶颈因素。这主要体现在两个方面:1)硫化锂过去主要应用于半导体和化学催化领域,市场需求相对较小,导致产业内厂商的年产能普遍维持在吨级水平;2)由于电池设计配方尚未完全定型,硫化物电解质及其上游原材料的方案仍需不断联动调整。并且行业内尚未形成标准化的性能要求和评价指标,量产条件尚不成熟。全固态电池行业对硫化锂的需求产生了显著的推动作用:当前全固态电解质技术设计未定型,对于硫化物电解质的使用量,各家方案差距较大。假设生产每GWh电池,消耗高比容量正极约1441吨,硫化物电解质的使用量占正极重量的25

wt,则每生产1GWh电池,消耗硫化物电解质360吨,对应约159-185吨的硫化锂需求。硫化锂核心壁垒:1)客户壁垒,硫化锂原料的质量对终端电池的性能影响较大,并且厂家无法独立研发,需要依赖电池厂的技术输入和反馈;2)工程化能力要求高:对产品纯度,粉体形貌特征、团聚度有严格要求,如何在放大生产的过程,保证批次一致性是对工艺能力的考验。核心标的:有研新材。公司的高性能硫化锂已对动力电池客户实现小批量供应,当前各家电池厂的配方仍处于技术严格保密阶段,公司卡位优势明显,有望在产业初期形成较强的客户粘性。来源:中国科学杂志社、图表:硫化锂材料单位需求测算31来源:科研云平台、半固态电池产线与传统液态电池产线具有较高的兼容性。首先,半固态电池保留了电解液和隔膜,同时仅将固态电解质作为添加剂加入正极或涂覆在隔膜基膜表面,因此其产线、设备能够很好地适配传统液态电池的制造流程;其次,氧化物固态电解质因其稳定的化学性质,能够与传统湿法生产工艺实现良好的兼容。全固态电池的生产流程需要进行较大幅度的调整,干法工艺的引入是核心变化之一。传统液态电池采用的是湿法生产工艺,这一过程中,正负极的活性物质与各种添加剂需要先通过溶剂进行溶解,并在充分搅拌后形成均匀的浆料。随后,这些浆料会被涂布到相应的基材上,经过溶剂蒸发和辊压压缩等步骤,最终制成极片。然而,在全固态电池的生产中,干法工艺取代了湿法工艺。干法工艺直接将活性物质与添加剂等固体粉料进行均匀混合,并加入粘接剂以形成自支撑膜。之后,混合均匀的干料会通过喷涂和辊压等步骤覆盖在集流体表面,整个过程中无需使用任何液体溶剂。这一变化不仅简化了生产工艺,还有助于提高电池的安全性和性能。图表:传统液态电池生产工艺 图表:全固态电池生产工艺变化32全固态电池的生产向干法工艺迭代的趋势已明确:1)干法工艺对于硫化物全固态电池是刚需。尽管硫化物电解质的离子电导率理论上接近液态电解液,但其对环境和溶剂的高度敏感性使得传统湿法工艺难以适用。湿法工艺中,正负极极片可能残留溶剂,会对电解质性能造成折损;2)干法工艺相较于传统湿法工艺,在成本和效率上具有显著优势。一方面,干法工艺无需溶剂,从而降低了原材料成本,并省去了溶剂回收和干燥设备,进而减少了厂房空间占用和设备成本。另一方面,干法工艺整合了涂布和烘干工序,极大地提高了生产效率;3)由于去除了浆料涂覆后的溶剂蒸发过程,干法工艺极片在压实密度、孔隙率及固固界面性能上具备显著优势,同时电极厚度和均匀性更加易于控制,适用于超高载量电极制备,符合固态电池迭代趋势。目前,全固态电池技术尚处于方案探索的初级阶段,技术路径尚未明确。与硫化锂材料的研发情况相似,设备制造商现阶段难以独立进行开发工作,因为设备的构思、结构设计以及参数调整均高度依赖于电池制造商的技术输入和反馈。相关标的:纳科诺尔。2024年,清研纳科建成首条锂电池用干法电极全自动化贯通线。接下来,公司将聚焦干法制片的工艺稳定性及成本优化,同时探索固态电池应用的商业化可能性。2025年10月将筹建国内首条GWh锂电干法电极自动化产线,装备上实现1000mm幅宽、80m/min的机型规模化量产。在客户拓展方面,纳科诺尔已与国内头部客户签订了干法电极设备采购合同,与四川新能源汽车创新中心有限公司等全固态电池核心研发团队建立战略合作关系,卡位优势明显。来源:各公司公告、Dry

electrode

technology,

the

rising

star

in

solid-state

battery

industrialization、图表:全固态电池干法工艺示意图图表:全固态电池核心厂家工艺布局情况33全固态电池刚需辅材:干法粘结剂。全固态电池生产方式向干法工艺的转型,干法电极技术的核心在于粉末混合过程中将粘结剂进行纤维化处理,进而构建出具有自支撑性的干法电极膜。粘结剂的种类及其在极片上的分布效果,会直接影响电极的强度和电池的整体性能,同时,粘结剂的添加量也会对干法电极的生产效率产生显著影响。传统锂电池使用的PVDF粘结剂与固态电解质的兼容性不佳,不适用于全固态电池的干法工艺;聚四氟乙烯(PTFE)性能出色,在干电极技术中被广泛用作粘结剂材料。首先,PTFE展现出

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