今天分享的是：2024固态电池新技术行业报告：具有技术颠覆潜力的新技术

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固态电池：新能源领域的“潜力股”，2027年或迎全量产时代

在新能源产业快速发展的当下，电池技术一直是核心竞争力的关键所在。传统液态锂离子电池虽已广泛应用于储能、动力电池及便携式电子设备等领域，凭借开路电压高、能量密度较大等优势成为当前综合性能较好的电池产品，但如今却面临着难以突破的性能瓶颈。

从能量密度来看，根据工信部2020年制定的《节能与新能源汽车技术路线图2.0》，要求单体电芯比能量在2025年达到400Wh/kg，2030年达到500Wh/kg。可即便行业采用高镍正极和掺硅负极的搭配来提升能量密度，传统液态锂离子电池体系依旧难以满足这一需求，而且高镍体系还会降低电池的安全性能。从安全性角度出发，常规的液态有机电解质存在易燃、易泄漏等问题，容易引发起火、爆炸等安全事故，给新能源汽车等应用场景带来不小的隐患。

在这样的背景下，固态电池凭借其突出的性能优势，成为了备受关注的下一代电池技术方向。固态电池之所以被寄予厚望，关键在于其采用了锂金属作为负极材料。锂金属相对原子质量仅为6.941，密度低至0.534g/cm³，理论比容量却高达3860mAh/g，是石墨负极的10倍，同时还拥有最低的电极电势（-3.04V vs.Li/Li+），这为大幅提升电池能量密度奠定了坚实基础。

更重要的是，固态电池使用稳定、不易燃烧的固态电解质替代了传统液态电解质。固态电解质不仅从根本上消除了液态电解质易燃、泄漏的风险，大幅提升了电池的安全性能，还能更好地兼容锂金属负极，减少副反应的发生，进一步保障电池性能。双极堆叠技术的应用与锂金属负极的结合，让固态电池的能量密度轻松突破400Wh/kg，在兼顾高能量密度和本征安全性方面展现出了传统液态电池无法比拟的技术颠覆潜力。

固态电解质作为固态电池成功应用的核心，其性能直接决定了固态电池的整体表现。理想的固态电解质需要具备极小的电子电导率（<10⁻¹⁰S·cm⁻¹）、优良的Li+电导率（>1mS·cm⁻¹）、良好的化学兼容性、宽电化学稳定窗口、优异的热稳定性以及低成本大规模生产的能力。目前，主流的固态电解质主要包括硫化物、氧化物、金属卤化物和聚合物四种类型，它们各有特点。

聚合物电解质拥有良好的界面相容性和机械加工性，便于大规模生产，还能适应柔性电池等不同设计需求，但室温下离子电导率较低（10⁻⁷~10⁻⁴S/cm），限制了其在低温环境下的应用，且氧化电压低，难以抑制锂枝晶形成。氧化物固态电解质热稳定性和离子电导率较高，化学稳定性好，不过加工难度大，材料脆性强，复合正极离子电导率也较低。硫化物电解质离子电导率高（10⁻⁴~10⁻²S/cm），加工性能相对较好，对高压正极材料兼容性强，然而化学稳定性差，在空气中遇水易反应生成有毒气体H₂S，制备条件苛刻且成本高，热稳定性也欠佳。金属卤化物电解质兼顾高氧化稳定性和宽电化学窗口，部分材料离子电导率尚可，但整体离子电导率偏低，且在正极材料兼容性、空气及潮湿环境稳定性方面存在不足。

鉴于单一类型固态电解质的局限性，复合固态电解质成为了最具发展潜力的方向。通过将不同类型的固态电解质进行复合，比如在聚合物电解质中引入惰性无机纳米粒子，或者将氧化物陶瓷、硫化物与聚合物复合，能够实现优势互补。复合固态电解质不仅具备更高的离子电导率和更优的力学性能，还能与电极形成更好的兼容性，有效改善单一电解质的缺陷，为固态电池性能提升提供了重要解决方案。

不过，固态电池的发展并非一帆风顺，目前仍面临着离子运输机制、锂枝晶生长机制和固-固界面三大核心问题。在离子运输方面，固态电解质中离子间相互作用力强，迁移能垒高，是液态电解质的10倍以上，导致离子电导率低，进而影响电池充放电速度。虽然业界通过掺杂、开发纳米尺度结构以及界面工程等手段试图改善，但对离子运输机制的理解仍不够深入，不同体系的离子输运机制差异较大，制约了充放电速度的进一步提升。

锂枝晶生长则是固态电池安全性的一大挑战。尽管固态电解质机械强度较高，但仍难以完全抑制锂枝晶的生长和锂金属的均匀沉积。锂枝晶可能在负极表面形成，甚至在固态电解质内部成核，最终导致电池短路，引发安全风险。针对不同类型的固态电解质，业界尝试通过添加添加剂、改善界面接触、设计多层电解质结构、调控电流密度等多种方式抑制锂枝晶生长，但尚未能彻底解决这一问题。

固-固界面问题同样影响着固态电池的性能和安全性。固态电池中固-固界面多为点接触，接触面积小，随着电池循环，电极材料体积膨胀会使接触进一步恶化，增加界面阻抗，导致电池性能衰减。同时，固态电解质与锂金属接触界面脆弱，接触电阻大，不稳定的界面还可能引发剧烈反应，且固态电解质不像液态电解质那样能形成具有自愈性的SEI膜，一旦出现裂缝或接触不良，更容易导致锂离子传输通道断裂，加剧锂枝晶生长和热失控风险。目前，行业主要通过界面工程与改性，从材料（选择体积变化小的电极材料等）和工艺（增大制备压力消除孔隙等）两个维度改善固-固界面问题。

在产业化进展方面，固态电池技术近年来热度不断攀升，全球范围内相关研究论文和专利数量大幅增长，中国在论文发表（占比35.5%）和专利申请（占比39.5%）数量上均处于领先地位。各国也纷纷出台政策支持固态电池发展，中国将固态电池研发和工业化纳入相关规划，韩国推出K-Battery发展战略并提供税收和财政支持，美国将固态电池发展列为锂电池国家蓝图目标之一，欧洲通过电池联盟等推动固态电池技术研发。

技术路线上，各国选择各有侧重，日韩以硫化物固态电解质路线为主，欧美多选择氧化物路线，中国则在三种电解质路线上均有布局，同时大力发展对现有产业更友好的半固态电池。目前，半固态电池已实现量产装车，2022年以来，卫蓝新能源、赣锋锂电等中国企业先后实现半固态电池量产交付，标志着半固态电池进入产业化阶段。而全固态电池目前仍处于实验室研发和开发阶段，综合行业规划和专家观点，预计2027年左右有望开启大规模生产和装车应用。

市场前景方面，固态电池展现出巨大潜力。预计到2030年，全球固态电池出货量将达到614.1GWh，在整体锂电池中的渗透率约为10%，市场规模将超过2500亿元，其中半固态电池仍将是主要出货类型。作为固态电池的核心组成部分，固态电解质的需求也将随之增长，预计2030年需求将超6万吨，市场规模超过60亿元。

在企业布局方面，国内外众多企业纷纷加大对固态电池的投入。卫蓝新能源背靠中科院物理研究所，在固态电池技术领域实现多项突破，产品已应用于新能源汽车、储能、小动力等领域，2023年底已向蔚来汽车量产交付高能量密度动力电芯，并规划了四大生产基地，总规划产能超100GWh。清陶能源由中科院院士团队领衔创办，率先实现固态锂电池产业化，建成规模化量产线，积极扩张产能，还与上汽集团深度合作，共同推动固态电池量产装车，其研发的固态电池已搭载于上汽智己L6车型。

赣锋锂电依托赣锋锂业的资源和技术优势，早在2016年便布局固态电池，在氧化物、硫化物固态电解质及半固态、锂金属负极固态电池方面均有技术储备，半固态电池已进入产业化阶段，2022年实现固态电动车装车运营，2023年发布的半固态“新锋”电池在寿命、循环次数等性能上有显著提升。宁德时代作为全球锂离子电池领域的领军企业，也积极布局固态电池，2023年4月发布能量密度最高可达500Wh/kg的凝聚态电池，目前正推进民用电动载人飞机项目合作，并计划推出车规级应用版本。中国台湾的辉能科技在固态电池领域拥有17年研发经验，取得超760项专利，与梅赛德斯-奔驰达成技术合作，2023年宣布在法国建设48GWh超级工厂，其独特的商业模式和核心技术为自身发展奠定了基础。

随着技术不断突破和产业化进程加速，固态电池有望在未来新能源领域占据重要地位，为新能源汽车、储能等行业的发展注入强劲动力，推动全球能源结构转型和绿色低碳发展。

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