1、固態(tài)電池相關(guān)定義、特點(diǎn)
固態(tài)鋰電池相比液態(tài)鋰電池，改進(jìn)的部分主要是固態(tài)電解質(zhì)替代電解液。根據(jù)液態(tài)電解質(zhì)占電芯材料混合物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分類(lèi)，電池可細(xì)分為液態(tài)性能（25％）、半固態(tài)（5%-10%）、準(zhǔn)固態(tài)（0%-5%）和全固態(tài)（0%）四大類(lèi)，其中半固態(tài)、準(zhǔn)固態(tài)和全固態(tài)三種統(tǒng)稱(chēng)為固態(tài)電池。固態(tài)電池電解質(zhì)主要選用氧化物、硫化物、聚合物，電解質(zhì)以薄膜的形式分割正負(fù)極，從而替代隔膜。負(fù)極從石墨體系升級(jí)到了預(yù)鋰化的硅基負(fù)極或者鋰金屬負(fù)極，正極從高鎳升級(jí)到超高鎳、鎳錳酸鋰、富鋰錳基等正極，能量密度可達(dá)500Wh/kg以上。當(dāng)前半固態(tài)鋰電池已量產(chǎn)，準(zhǔn)固態(tài)電池在小試中，預(yù)計(jì)2024年下半年量產(chǎn)，全固態(tài)預(yù)計(jì)2027年之后量產(chǎn)。
半固態(tài)/準(zhǔn)固態(tài)/全固態(tài)對(duì)比
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種類(lèi) |
定義 |
變化 |
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半固態(tài) |
液體電解質(zhì)質(zhì)量百分比<10% |
減少液態(tài)電解質(zhì)的用量，增加氧化物和聚合物的復(fù)合電解質(zhì) 電解質(zhì)：氧化物主要以隔膜涂覆和正負(fù)極包覆形式添加，聚合物以框架網(wǎng)絡(luò)形式填充 負(fù)極：從石墨體系升級(jí)到預(yù)鋰化的硅基負(fù)極、鋰金屬負(fù)極 正極：從高鎳升級(jí)到了高鎳+高電壓、富鋰錳基等正極 隔膜：仍保留并涂覆固態(tài)電解質(zhì)涂層鋰鹽：從六氟磷酸鋰升級(jí)為LiTFSI |
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準(zhǔn)固態(tài)/類(lèi)固態(tài) |
液體電解質(zhì)質(zhì)量百分比<5% |
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全固態(tài) |
不含有任何液體電解質(zhì) |
選用氧化物、硫化物、聚合物等作為固態(tài)電解質(zhì)，以薄膜的形式分割正負(fù)極，從而替代隔膜的作用負(fù)極：從石墨體系升級(jí)到預(yù)鋰化的硅基負(fù)極、鋰金屬負(fù)極正極：從高鎳升級(jí)到超高鎳、鎳錳酸鋰、富鋰錳基等正極 |
資料來(lái)源：觀研天下數(shù)據(jù)中心整理
根據(jù)觀研報(bào)告網(wǎng)發(fā)布的《中國(guó)固態(tài)電池行業(yè)現(xiàn)狀深度分析與發(fā)展前景預(yù)測(cè)報(bào)告（2025-2032年）》顯示，電池能量密度的提升核心取決于對(duì)正負(fù)極活性材料的選擇，理論上要選擇更高比容量的活性物質(zhì)，但由于液態(tài)電解質(zhì)電化學(xué)窗口較窄，高壓高比容量的正極材料存在不穩(wěn)定性，鋰金屬負(fù)極容易形成鋰枝晶刺穿隔膜，形成電池短路造成安全隱患。當(dāng)前液態(tài)高鎳三元鋰離子電芯能量密度理論極限或在350Wh/kg左右，在現(xiàn)有材料體系下，能量密度提升難有較大突破。
電池能量密度指標(biāo)對(duì)比
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材料 |
理論克容量（mAhlg) |
首次效率 |
電壓平臺(tái) |
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正極 |
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磷酸鐵鋰 |
170 |
295% |
3.2-3.6V |
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鈷酸鋰 |
274 |
290% |
2.75-4.3V |
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錳酸鋰 |
148 |
290% |
3.0-4.3V |
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三元NCM |
274 |
282% |
3.6-4.2V |
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三元NCA |
279 |
286% |
2.7-4.2V |
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富鋰錳基 |
300 |
280% |
2-4.8V |
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負(fù)極 |
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石墨 |
372 |
90% |
0.2V |
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硅基 |
3580-4200 |
60-92% |
0.3-0.5V |
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鋰金屬 |
3860 |
- |
- |
資料來(lái)源：觀研天下數(shù)據(jù)中心整理
由于固態(tài)電解質(zhì)電化學(xué)窗口更寬（>5V），可以兼具更高電勢(shì)和更低還原電位的正負(fù)極材料，適配硅基、鋰金屬負(fù)極等材料（硅基負(fù)極理論容量高達(dá)3580mAh/g，遠(yuǎn)高于石墨負(fù)極的372mAh/g）。同時(shí)，固態(tài)電池結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，電芯內(nèi)部可實(shí)現(xiàn)先串聯(lián)后封裝，減少封裝材料的使用，在相同體積下，電池能量密度進(jìn)一步提升，全固態(tài)電池能量密度有望達(dá)到500Wh/kg以上。
傳統(tǒng)鋰離子電池與固態(tài)電池的特征比較
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電池奏型 |
能量密度 |
基本特征 |
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傳統(tǒng)鋰離子電池 |
200-300Wh/kg |
由正極材料（鋰鈷氧、磷酸鐵鋰系、鋰鎳氧、三元素系等）、負(fù)極材料（石墨）、電解液、隔膜、容器等組成 |
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全固態(tài)電池（一代） |
>260Wh/kg |
電解液和隔膜替換為固態(tài)電解質(zhì)，正負(fù)極不變 |
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全周態(tài)電池（二代） |
>400Wh/kg |
電解液和隔腰替換為固態(tài)電解質(zhì)。負(fù)極材料替換為鋰金屬負(fù)極材料，甚至不用鋰金屬的負(fù)極材料 |
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全固態(tài)電池（三代） |
>500Wh/kg |
電解波和隔膜替換固態(tài)電解質(zhì)，負(fù)極材料用鋰金屬材料，正極替換為克容量更高的材料 |
資料來(lái)源：觀研天下數(shù)據(jù)中心整理
2、固態(tài)電池行業(yè)現(xiàn)狀及趨勢(shì)分析
國(guó)內(nèi)目前有多家廠商涉足固態(tài)電解質(zhì)的生產(chǎn)領(lǐng)域 ， 多數(shù)廠商專(zhuān)注于氧化物和硫化物路線 。其中，一些電池企業(yè)如清陶能源和贛鋒鋰業(yè)，采取了一體化的布局策略，涵蓋了從研發(fā)到生產(chǎn)的全過(guò)程。同時(shí)，還有藍(lán)固新能源和天目先導(dǎo)這樣的初創(chuàng)公司，它們通過(guò)與固態(tài)電池領(lǐng)域的領(lǐng)先企業(yè)建立緊密合作關(guān)系迅速崛起。此外，還有專(zhuān)注于正負(fù)極材料生產(chǎn)的企業(yè)，例如當(dāng)升科技、容百科技、璞泰來(lái)和貝特瑞。上海洗霸、金龍羽和奧克股份，通過(guò)與科研團(tuán)隊(duì)的合作，成功實(shí)現(xiàn)了從其他領(lǐng)域向固態(tài)電解質(zhì)生產(chǎn)的轉(zhuǎn)型。目前，多數(shù)固態(tài)電解質(zhì)廠商專(zhuān)注于氧化物和硫化物路線，其中，氧化物電解質(zhì)中 LATP 和 LLZO 競(jìng)爭(zhēng)力較強(qiáng)，同時(shí)，部分廠商會(huì)研究聚合物或者嘗試復(fù)合多種材料。
固態(tài)電解質(zhì)公司產(chǎn)業(yè)進(jìn)展對(duì)比
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企業(yè)名稱(chēng) |
產(chǎn)品 |
備注 |
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電解質(zhì) |
寧德時(shí)代 |
硫化物 |
性能：已建立起10Ah級(jí)別的驗(yàn)證平臺(tái) |
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清陶能源 |
氧化物：LLZOLLTO |
性能：能量密度高達(dá)320Wh/kg和850Wh/L，能循環(huán)使用1000次量產(chǎn)：可以通過(guò)流延成型、薄膜制備等方法制備出全固態(tài)電解質(zhì)膜。實(shí)現(xiàn)了對(duì)LZO以及LLTO陶瓷粉體、復(fù)合正負(fù)極等材料的量產(chǎn)，并且可以生產(chǎn)制備不同類(lèi)型的離子導(dǎo)體復(fù)合隔膜等 |
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鹵化物：Li2ZrCl。 |
性能：室溫離子電導(dǎo)率>4mS/cm，耐壓性>=4.65V成本：低于10w/t量產(chǎn)：具備批量化制備能力 |
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聚合物 |
性能：復(fù)合后電導(dǎo)率〉1mS/cm膜厚度20-40um可調(diào) |
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中科固能 |
硫化物 |
量產(chǎn)：在建百?lài)嵓?jí)產(chǎn)線長(zhǎng)期規(guī)劃萬(wàn)噸級(jí) |
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三祥新材 |
LLZOLLZTOLALZO |
性能：表現(xiàn)出了良好的電化學(xué)性能，具有可靠的安全性和低成本優(yōu)勢(shì)商業(yè)化：已向部分企業(yè)送樣，并達(dá)到使用要求 |
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上海洗霸 |
LLZTO+PAN |
性能：有效均勻鋰沉積，實(shí)現(xiàn)鋰金屬電池在2C下穩(wěn)定循環(huán)1000次，容量保持81%。 |
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贛鋒鋰業(yè) |
硫化物：FL-LGPSFL-LPSCFL-LPS314FL-LPS7311氧化物：NASICONGarnet |
性能：離子電導(dǎo)率水平達(dá)到目前行業(yè)最高等級(jí)量產(chǎn)：達(dá)到行業(yè)領(lǐng)軍水平。 |
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寶麗迪 |
COFs共價(jià)有機(jī)材料 |
量產(chǎn)：目前已實(shí)現(xiàn)COFs產(chǎn)品量產(chǎn)商業(yè)化：正在做相關(guān)領(lǐng)域的驗(yàn)證及推廣 |
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藍(lán)固新能源 |
LLTOLLZOLATP |
量產(chǎn)：具備年產(chǎn)56500噸各類(lèi)電解質(zhì)材料的綜合產(chǎn)能 |
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當(dāng)升科技 |
氧化物：LATP硫化物、聚合物 |
商業(yè)化：已與贛鋒鋰電、衛(wèi)藍(lán)新能源、清陶、輝能等固態(tài)電池客戶(hù)建立了緊密戰(zhàn)略合作關(guān)系，相關(guān)固態(tài)鋰電產(chǎn)品已實(shí)現(xiàn)批量出貨。 |
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廈鎢新能 |
氧化物：LLZOLATP鹵化物和硫化物 |
性能：通過(guò)結(jié)構(gòu)改善，成功開(kāi)發(fā)出第二代低殘堿、高比表的鋰鑭鋯氧LLZO量產(chǎn)：鹵化物和硫化物均實(shí)現(xiàn)初期量產(chǎn) |
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奧克股份 |
PEO聚環(huán)氧乙烷 |
尚處于應(yīng)用開(kāi)發(fā)階段 |
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恩捷股份 |
硫化物：LPSC |
性能：離子電導(dǎo)率超10mS/cm，有效提高電池性能量產(chǎn)：已完成實(shí)驗(yàn)室技術(shù)定型，可以小批量制備8cm*10cm超薄獨(dú)立支撐電解質(zhì)膜片。湖南恩捷固態(tài)用高純硫化鋰產(chǎn)品已完成小試噸級(jí)年產(chǎn)能建設(shè)和運(yùn)行，并搭建完成百?lài)嵓?jí)硫化鋰中試生產(chǎn)線，處于送樣階 |
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貝特瑞 |
納米無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)：SSE聚合物：BEP氧化物：BEO、LATP硫化物：BSS |
量產(chǎn)：LATP已開(kāi)始噸級(jí)出貨，實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化生產(chǎn)。 |
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容百科技 |
硫化物、氧化物、鹵化物 |
量產(chǎn)：硫化鋰中試線于今年完成，從2025年開(kāi)始推進(jìn)批量生產(chǎn)體系建設(shè)。 |
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璞泰來(lái) |
LATPLLZO |
性能：離子電導(dǎo)率達(dá)到10-3s/cm，粒度可控量產(chǎn)：在四川基地建成了年產(chǎn)200噸固態(tài)電解質(zhì)中試產(chǎn)線 |
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添加劑 |
瑞泰新材 |
LiTFSILiDFOBLiCF3S03 |
量產(chǎn)：產(chǎn)能共計(jì)487.5噸 |
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多氟多 |
LiPF6LiFSINaPF6 |
量產(chǎn)：今年計(jì)劃建成2000噸產(chǎn)能，預(yù)計(jì)出貨千噸左右 |
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華盛鋰電 |
LiFSILiDFOB |
量產(chǎn)：已形成小批量量產(chǎn)或技術(shù)儲(chǔ)備商業(yè)化：新型鋰鹽產(chǎn)品的推廣能夠與公司現(xiàn)有傳統(tǒng)添加劑產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng) |
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上游材料 |
東方鋯業(yè) |
高純超細(xì)二氧化鋯產(chǎn)品 |
性能：預(yù)計(jì)可應(yīng)用于固態(tài)電池中的LLZO、LLZTO等電解質(zhì)商業(yè)化：目前處于提供樣品供固態(tài)電池材料廠家研發(fā)階段量產(chǎn)：年產(chǎn)能約為1500噸 |
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凱盛新材 |
LIFSI |
商業(yè)化：已向下游潛在客戶(hù)送樣，質(zhì)量取得好評(píng)量產(chǎn)：公司10000噸/年LiFSI項(xiàng)目目前尚處于建設(shè)期 |
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設(shè)備 |
利元亨 |
干法電極核心裝備具備生產(chǎn)固態(tài)電池整線裝備研發(fā)與制造能力 |
2021年12月，利元享與清陶能源簽訂了4份涵蓋從制片段到化成分容檢測(cè)段的固態(tài)電池產(chǎn)線設(shè)備購(gòu)銷(xiāo)合同。從2023年年中開(kāi)始，交付給清陶能源的產(chǎn)線已進(jìn)入量產(chǎn)狀態(tài)。目前，公司與廣汽埃安建立了戰(zhàn)略合作關(guān)系并共建聯(lián)合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室。 |
資料來(lái)源：觀研天下數(shù)據(jù)中心整理
在全固態(tài)電池實(shí)現(xiàn)規(guī)模化量產(chǎn)之前，半固態(tài)電池的漸進(jìn)式路線將率先走向商業(yè)化。由于短期內(nèi)材料與成本依然較高，預(yù)計(jì)車(chē)規(guī)領(lǐng)域一些高端或特定需求的電動(dòng)車(chē)型會(huì)接受一定溢價(jià)，搭載（半）固態(tài)電池，到 2030 年動(dòng)力電池中固態(tài)電池滲透率達(dá)到 10%，其中主要為半固態(tài)電池；而在消費(fèi)電子、航空航天等領(lǐng)域，下游市場(chǎng)對(duì)價(jià)格的敏感度較低，能夠包容較高的新技術(shù)溢價(jià)，因此預(yù)計(jì)固態(tài)電池的滲透率提升將快于車(chē)用市場(chǎng)，2030 年固態(tài)電池滲透率達(dá)到 20%，其中全固態(tài)電池滲透率為10%。因此，預(yù)計(jì) 2030 年全球固態(tài)電池出貨量將達(dá)到 396GWh，其中全固態(tài)電池出貨量超85GWh。
全球固態(tài)電池出貨量預(yù)測(cè)（單位：GWh）
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2023 |
2024E |
2025E |
2026E |
2027E |
2028E |
2029E |
2030E |
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動(dòng)力電池出貨量 |
865 |
1202 |
1574 |
2078 |
2521 |
2943 |
3361 |
3738 |
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固態(tài)電池滲透率 |
0.1% |
0.7% |
1.5% |
2.5% |
4.1% |
6.5% |
8.0% |
10.0% |
|
固態(tài)電池出貨量 |
0.8 |
8.5 |
23.6 |
52.0 |
103.4 |
191.3 |
268.9 |
373.8 |
|
yoy |
- |
963% |
178% |
120% |
99% |
85% |
41% |
39% |
|
其中：半固態(tài) |
0.8 |
8.5 |
23.6 |
52.0 |
100.8 |
176.6 |
235.3 |
299.1 |
|
全固態(tài) |
- | - | - | - |
2.5 |
14.7 |
33.6 |
74.8 |
|
3C+小動(dòng)力 |
113 |
110 |
110 |
110 |
110 |
110 |
110 |
110 |
|
固態(tài)電池滲透率 |
0.5% |
1.0% |
2.0% |
4.0% |
10.0% |
15.0% |
18.0% |
20.0% |
|
固態(tài)電池出貨量 |
0.6 |
1.1 |
2.2 |
4.4 |
7.7 |
11.0 |
16.5 |
22.0 |
|
yoy |
- |
94% |
100% |
100% |
75% |
43% |
50% |
33% |
|
其中：半固態(tài) |
0.6 |
1.1 |
2.2 |
4.4 |
6.6 |
8.8 |
11.0 |
11.0 |
|
全固態(tài) |
- | - | - | - |
1.1 |
2.2 |
5.5 |
11.0 |
|
固態(tài)電池出貨量預(yù)測(cè) |
1.4 |
9.6 |
25.8 |
56.4 |
111.1 |
202.3 |
285.4 |
395.8 |
|
yoy |
- |
603% |
169% |
118% |
97% |
82% |
41% |
39% |
|
其中：半固態(tài) |
1.4 |
9.6 |
25.8 |
56.4 |
107.4 |
185.4 |
246.3 |
310.1 |
資料來(lái)源：觀研天下數(shù)據(jù)中心整理(zppeng)
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