憑借高能量密度和安全性等多維優(yōu)勢，全固態(tài)電池被視為未來電池的終極形態(tài)。中國科學(xué)院院士、清華大學(xué)教授歐陽明高日前在中國全固態(tài)電池產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新平臺成立大會上表示，全固態(tài)電池是下一代電池技術(shù)競爭的關(guān)鍵制高點，相較液態(tài)電池具備顛覆性的技術(shù)潛力。
現(xiàn)階段，全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化仍然面臨一系列科學(xué)難題。有動力電池廠商人士對第一財經(jīng)表示，電極材料和電解質(zhì)材料是全固態(tài)電池主要的技術(shù)難點。歐陽明高預(yù)計，全固態(tài)電池2030年有望實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
全固態(tài)電池技術(shù)具顛覆性
在固態(tài)電池技術(shù)路線的選擇上，國內(nèi)企業(yè)是以固液混合為主。歐陽明高表示，半固態(tài)電池是提升安全性的技術(shù)之一，但不屬于顛覆性技術(shù)。
上述動力電池廠商人士也表示，半固態(tài)和全固態(tài)電池其實不是一回事，要分開看待。“半固態(tài)是將電解液含量從1逐漸減少趨于0，但全固態(tài)電池完全去除電解液，整個體系就變了，要完全解決固-固（固態(tài)電極與固態(tài)電解質(zhì)）界面等各種問題。”
也有機構(gòu)研究人員對第一財經(jīng)表示，半固態(tài)電池是偷換概念。“目前半固態(tài)電池低成本、安全性能打不過鐵鋰，高能量密度方面現(xiàn)階段高鎳已經(jīng)夠了。”此前半固態(tài)電池被視為全固態(tài)電池的過渡產(chǎn)品，得以率先步入市場。
理論而言，全固態(tài)電池具備高安全性、高能量密度以及高功率。
安全性方面，硫化物固態(tài)電解質(zhì)的熱穩(wěn)定性可以保持到300℃，較液態(tài)電解質(zhì)增加了200℃的安全空間；全固態(tài)電池可以做成雙極板，不論是單體電池還是電池模組都有高能量密度潛力；高功率方面，鋰離子在固態(tài)電解質(zhì)中傳遞速率更高，充電速度可以大幅提升。
孚能科技（688567.SH）董事長王瑀認為，發(fā)展到最后，電池能量密度增加，安全方面一定要靠固態(tài)電解質(zhì)來解決，也只有固態(tài)（電解質(zhì)）才能讓更高能量密度的材料得到應(yīng)用。
全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化穩(wěn)步推進
作為下一代電池首選方案之一，全固態(tài)電池已被我國列入國家發(fā)展戰(zhàn)略。
2020年國務(wù)院發(fā)布的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》指出，加快固態(tài)動力電池技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化，這是首次將固態(tài)電池研發(fā)上升到國家層面。2024年1月9日，工業(yè)和信息化部副部長辛國斌在國新辦新聞發(fā)布會上表示，支持企業(yè)開展聯(lián)合創(chuàng)新，加大全固態(tài)電池等技術(shù)攻關(guān)，進一步提升產(chǎn)品市場競爭力。
在國家政策支持下，盡快學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域暫時落后，但我國全固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化仍在穩(wěn)步推進。
從專利數(shù)量來看，我國和布局較早的日本還有一定差距——2022年7月《日經(jīng)中文網(wǎng)》的一項調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，2000-2022年3月末，豐田擁有1300多項全固態(tài)電池專利技術(shù)；而根據(jù)智慧芽全球?qū)＠麛?shù)據(jù)庫，截至2023年10月，我國擁有全固態(tài)電池授權(quán)專利最多的企業(yè)專利數(shù)量也不足100項。
“從學(xué)術(shù)角度來看，日本確實在全固態(tài)電池的技術(shù)儲備比較好，但是我們現(xiàn)在也追的很快，從成果的角度沒有差多少。”上述機構(gòu)研究人員表示。
廣汽埃安在2023年年末表示，將于2026年實現(xiàn)全固態(tài)電池的量產(chǎn)裝車，首發(fā)高端品牌昊鉑；長安汽車計劃于2027年之前推動重量能量密度達到350-500Wh/kg、體積能量密度750—1000Wh/L的全固態(tài)電池，2030年實現(xiàn)全面普及。
而2008年就開始從事全固態(tài)電池研究的豐田則將全固態(tài)電池預(yù)計量產(chǎn)時間從2027年推遲到了2030年以后。
中國電動汽車百人會副理事長董揚認為，日本在研發(fā)和專利方面的優(yōu)勢，不一定意味著日本在固態(tài)電池領(lǐng)域的勝勢，一方面，我國目前固態(tài)動力電池研究并不落后，在世界科學(xué)期刊發(fā)表文章數(shù)已居世界第一；另一方面，日本雖然在研發(fā)方面處于強勢，但中國有全球最大的新能源汽車市場，未來在固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化方面有望實現(xiàn)領(lǐng)先。
關(guān)鍵材料廠商加速技術(shù)、產(chǎn)品升級
中國電動汽車百人會理事長陳清泰在上述全固態(tài)電池大會上表示，我國是否能夠順利闖過固態(tài)電池技術(shù)和量產(chǎn)關(guān)口，是確保實現(xiàn)汽車強國、保持全球領(lǐng)先地位的關(guān)鍵一戰(zhàn)。
現(xiàn)階段，全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)仍需持續(xù)提升關(guān)鍵材料等基礎(chǔ)支撐能力，不斷夯實全固態(tài)電池發(fā)展的基礎(chǔ)。
正極材料仍然是決定全固態(tài)鋰電池能量密度的關(guān)鍵因素，國信證券預(yù)計2030年全固態(tài)電池正極需求量為1.9萬噸，市場空間約為56.5億元。
理論而言，全固態(tài)電池正極仍可沿用現(xiàn)在的磷酸鐵鋰、三元材料等體系，但現(xiàn)有材料電池能量密度難以進一步提升。
“肯定是高電壓會合適一點。”上述機構(gòu)研究人員稱。其中，富鋰錳基作為新興正極材料具有更高能量密度上限和電壓平臺，有望成為全固態(tài)電池未來正極材料最優(yōu)選擇。富鋰錳基正極材料理論上約300mAh/g左右的克容量，較三元鋰電池最高可高出50%，4.5V的額定電壓也較三元電池的3.7V有明顯提升。
上市公司中，容百科技（688005.SH）低鈷富鋰錳基材料處于中試階段，適配于硫化物體系的全固態(tài)電池正極（改性高鎳三元）處于小試階段。2022-2025年衛(wèi)藍新能源將向容百采購不少于3萬噸固態(tài)電池正極材料。
當(dāng)升科技（300073.SZ）自主研發(fā)固態(tài)鋰電正極材料、新型富鋰錳基等多款先進正極材料。2021年12月，公司與衛(wèi)藍新能源達成戰(zhàn)略合作，衛(wèi)藍擬在2022-2025年期間向當(dāng)升采購2.5萬噸以上固態(tài)鋰電材料；2022年7月，公司與清陶能源達成戰(zhàn)略合作，在2022-2025年期間采購不少于3萬噸固態(tài)電池正極材料。
負極材料中，由于硅理論比容量高達4200mAh/g，是目前石墨類負極材料的十倍以上，硅基負極或成為全固態(tài)電池負極材料主要解決方案之一。國信證券預(yù)計2030年全固態(tài)電池負極需求量為0.23萬噸，市場空間約為25.4億元。
翔豐華（300890.SZ）開發(fā)的硅碳負極材料產(chǎn)品處于中試階段，已具備產(chǎn)業(yè)化條件。公司與清陶能源簽訂戰(zhàn)略合作協(xié)議，雙方將在固態(tài)/半固態(tài)電池負極材料關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)、供應(yīng)等方面達成全面戰(zhàn)略合作。
固態(tài)電解質(zhì)主要包含三條技術(shù)路線，分別是聚合物、氧化物、硫化物。“這些技術(shù)路線各有利弊。”上述相關(guān)人員表示，目前還沒有大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)路線，只能說硫化物的進度要快一些。
從各國對技術(shù)路線的選擇來看，日韓企業(yè)多選擇硫化物電解質(zhì)路線，歐美則選擇氧化物技術(shù)路線居多，中國三種電解質(zhì)路線均有布局。
2021年1月，寧德時代（300750.SZ）曾公開一項“一種硫化物固態(tài)電解質(zhì)片及其制備方法”相關(guān)專利；清陶能源第一代電池選擇了氧化物+聚合物的技術(shù)路徑，第二代固態(tài)電池選擇了氧化物+鹵化物+聚合物的路徑；蜂巢能源則對硫化物和氧化物固態(tài)電解質(zhì)均有涉及。
現(xiàn)階段，全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化仍然面臨一系列科學(xué)難題。有動力電池廠商人士對第一財經(jīng)表示，電極材料和電解質(zhì)材料是全固態(tài)電池主要的技術(shù)難點。歐陽明高預(yù)計，全固態(tài)電池2030年有望實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
全固態(tài)電池技術(shù)具顛覆性
在固態(tài)電池技術(shù)路線的選擇上，國內(nèi)企業(yè)是以固液混合為主。歐陽明高表示，半固態(tài)電池是提升安全性的技術(shù)之一，但不屬于顛覆性技術(shù)。
上述動力電池廠商人士也表示，半固態(tài)和全固態(tài)電池其實不是一回事，要分開看待。“半固態(tài)是將電解液含量從1逐漸減少趨于0，但全固態(tài)電池完全去除電解液，整個體系就變了，要完全解決固-固（固態(tài)電極與固態(tài)電解質(zhì)）界面等各種問題。”
也有機構(gòu)研究人員對第一財經(jīng)表示，半固態(tài)電池是偷換概念。“目前半固態(tài)電池低成本、安全性能打不過鐵鋰，高能量密度方面現(xiàn)階段高鎳已經(jīng)夠了。”此前半固態(tài)電池被視為全固態(tài)電池的過渡產(chǎn)品，得以率先步入市場。
理論而言，全固態(tài)電池具備高安全性、高能量密度以及高功率。
安全性方面，硫化物固態(tài)電解質(zhì)的熱穩(wěn)定性可以保持到300℃，較液態(tài)電解質(zhì)增加了200℃的安全空間；全固態(tài)電池可以做成雙極板，不論是單體電池還是電池模組都有高能量密度潛力；高功率方面，鋰離子在固態(tài)電解質(zhì)中傳遞速率更高，充電速度可以大幅提升。
孚能科技（688567.SH）董事長王瑀認為，發(fā)展到最后，電池能量密度增加，安全方面一定要靠固態(tài)電解質(zhì)來解決，也只有固態(tài)（電解質(zhì)）才能讓更高能量密度的材料得到應(yīng)用。
全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化穩(wěn)步推進
作為下一代電池首選方案之一，全固態(tài)電池已被我國列入國家發(fā)展戰(zhàn)略。
2020年國務(wù)院發(fā)布的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》指出，加快固態(tài)動力電池技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化，這是首次將固態(tài)電池研發(fā)上升到國家層面。2024年1月9日，工業(yè)和信息化部副部長辛國斌在國新辦新聞發(fā)布會上表示，支持企業(yè)開展聯(lián)合創(chuàng)新，加大全固態(tài)電池等技術(shù)攻關(guān)，進一步提升產(chǎn)品市場競爭力。
在國家政策支持下，盡快學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域暫時落后，但我國全固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化仍在穩(wěn)步推進。
從專利數(shù)量來看，我國和布局較早的日本還有一定差距——2022年7月《日經(jīng)中文網(wǎng)》的一項調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，2000-2022年3月末，豐田擁有1300多項全固態(tài)電池專利技術(shù)；而根據(jù)智慧芽全球?qū)＠麛?shù)據(jù)庫，截至2023年10月，我國擁有全固態(tài)電池授權(quán)專利最多的企業(yè)專利數(shù)量也不足100項。
“從學(xué)術(shù)角度來看，日本確實在全固態(tài)電池的技術(shù)儲備比較好，但是我們現(xiàn)在也追的很快，從成果的角度沒有差多少。”上述機構(gòu)研究人員表示。
廣汽埃安在2023年年末表示，將于2026年實現(xiàn)全固態(tài)電池的量產(chǎn)裝車，首發(fā)高端品牌昊鉑；長安汽車計劃于2027年之前推動重量能量密度達到350-500Wh/kg、體積能量密度750—1000Wh/L的全固態(tài)電池，2030年實現(xiàn)全面普及。
而2008年就開始從事全固態(tài)電池研究的豐田則將全固態(tài)電池預(yù)計量產(chǎn)時間從2027年推遲到了2030年以后。
中國電動汽車百人會副理事長董揚認為，日本在研發(fā)和專利方面的優(yōu)勢，不一定意味著日本在固態(tài)電池領(lǐng)域的勝勢，一方面，我國目前固態(tài)動力電池研究并不落后，在世界科學(xué)期刊發(fā)表文章數(shù)已居世界第一；另一方面，日本雖然在研發(fā)方面處于強勢，但中國有全球最大的新能源汽車市場，未來在固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化方面有望實現(xiàn)領(lǐng)先。
關(guān)鍵材料廠商加速技術(shù)、產(chǎn)品升級
中國電動汽車百人會理事長陳清泰在上述全固態(tài)電池大會上表示，我國是否能夠順利闖過固態(tài)電池技術(shù)和量產(chǎn)關(guān)口，是確保實現(xiàn)汽車強國、保持全球領(lǐng)先地位的關(guān)鍵一戰(zhàn)。
現(xiàn)階段，全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)仍需持續(xù)提升關(guān)鍵材料等基礎(chǔ)支撐能力，不斷夯實全固態(tài)電池發(fā)展的基礎(chǔ)。
正極材料仍然是決定全固態(tài)鋰電池能量密度的關(guān)鍵因素，國信證券預(yù)計2030年全固態(tài)電池正極需求量為1.9萬噸，市場空間約為56.5億元。
理論而言，全固態(tài)電池正極仍可沿用現(xiàn)在的磷酸鐵鋰、三元材料等體系，但現(xiàn)有材料電池能量密度難以進一步提升。
“肯定是高電壓會合適一點。”上述機構(gòu)研究人員稱。其中，富鋰錳基作為新興正極材料具有更高能量密度上限和電壓平臺，有望成為全固態(tài)電池未來正極材料最優(yōu)選擇。富鋰錳基正極材料理論上約300mAh/g左右的克容量，較三元鋰電池最高可高出50%，4.5V的額定電壓也較三元電池的3.7V有明顯提升。
上市公司中，容百科技（688005.SH）低鈷富鋰錳基材料處于中試階段，適配于硫化物體系的全固態(tài)電池正極（改性高鎳三元）處于小試階段。2022-2025年衛(wèi)藍新能源將向容百采購不少于3萬噸固態(tài)電池正極材料。
當(dāng)升科技（300073.SZ）自主研發(fā)固態(tài)鋰電正極材料、新型富鋰錳基等多款先進正極材料。2021年12月，公司與衛(wèi)藍新能源達成戰(zhàn)略合作，衛(wèi)藍擬在2022-2025年期間向當(dāng)升采購2.5萬噸以上固態(tài)鋰電材料；2022年7月，公司與清陶能源達成戰(zhàn)略合作，在2022-2025年期間采購不少于3萬噸固態(tài)電池正極材料。
負極材料中，由于硅理論比容量高達4200mAh/g，是目前石墨類負極材料的十倍以上，硅基負極或成為全固態(tài)電池負極材料主要解決方案之一。國信證券預(yù)計2030年全固態(tài)電池負極需求量為0.23萬噸，市場空間約為25.4億元。
翔豐華（300890.SZ）開發(fā)的硅碳負極材料產(chǎn)品處于中試階段，已具備產(chǎn)業(yè)化條件。公司與清陶能源簽訂戰(zhàn)略合作協(xié)議，雙方將在固態(tài)/半固態(tài)電池負極材料關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)、供應(yīng)等方面達成全面戰(zhàn)略合作。
固態(tài)電解質(zhì)主要包含三條技術(shù)路線，分別是聚合物、氧化物、硫化物。“這些技術(shù)路線各有利弊。”上述相關(guān)人員表示，目前還沒有大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)路線，只能說硫化物的進度要快一些。
從各國對技術(shù)路線的選擇來看，日韓企業(yè)多選擇硫化物電解質(zhì)路線，歐美則選擇氧化物技術(shù)路線居多，中國三種電解質(zhì)路線均有布局。
2021年1月，寧德時代（300750.SZ）曾公開一項“一種硫化物固態(tài)電解質(zhì)片及其制備方法”相關(guān)專利；清陶能源第一代電池選擇了氧化物+聚合物的技術(shù)路徑，第二代固態(tài)電池選擇了氧化物+鹵化物+聚合物的路徑；蜂巢能源則對硫化物和氧化物固態(tài)電解質(zhì)均有涉及。
