【摘要?】

固態電池的兩大優勢：高能量密度+高安全性

固態電池分為半固態、準固態、全固態三種類型

目前國內產業化進程較快的基本為半固態電池，全固態電池的產業化尚需時日

聚合物、氧化物、硫化物是固態電池主流的路線，三種路線各有優劣

國內廠商側重氧化物固態電解質，如北京衛藍、江蘇清陶、寧波鋒鋰、臺灣輝能；從長遠的角度來看，諸多巨頭（豐田、LG、松下等）選擇其為主要技術路徑，一旦實現突破將形成高技術壁壘

半固態鋰電池制備工藝流程可兼容傳統鋰電池生產工藝

目前主流的電池制備工藝有疊片工藝和卷繞工藝，全固態鋰電池對現有電池制備工藝可以部分兼容

一、固態電池是新一代高性能鋰電池候選者

動力電池技術演進路線圖

固態電池有望成為新一代高性能鋰電池候選者。傳統的液態鋰電池具有一定的缺陷。

1）傳統液態鋰離子電池的安全性有上限。有機易燃電解液在劇烈的撞擊等條件下會引起一定的安全隱患，且液態電池隔膜的耐熱極限約為 160 度，超過此溫度后聚合物會轉化為流動態，導致正負極直接短路。

2）當前液態鋰電池的材料體系逐漸達到上限。當前液態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極的傳統鋰離子電池的能量密度越來越接近其理論上限。固態電池是一種使用固體電極和固體電解質的電池。

固態電池分為半固態、準固態、全固態三種類型。?半固態（Half solid）液體電解質質量百分比<10%，準固態（Nearly solid）液體電解質質量百分比<5%，全固態（All Solid）不含有任何液體電解質。目前國內產業化進程較快的基本為半固態電池，全固態電池的產業化尚需時日。

固態電池的兩大優勢：高能量密度?+?高安全性。

1.?高能量密度：全固態電池電化學窗口可達?5V 以上，高于液態鋰電池（?4.2V?），可以匹配高能正極和金屬鋰負極，大幅提升理論能量密度。?此外，固態電池可簡化封裝、冷卻系統，在有限空間進一步縮減電池重量，體積能量密度較液態鋰電池石墨負極提升 70%以上。當前液態鋰電池能量密度已經逐漸逼近上限（350Wh/kg），而固態電池能量密度有望達到 500Wh/kg甚至更高。

2. 高安全性：固態電池將液態電解質替換為固態電解質，大大降低了電池熱失控的風險。?熱穩定性通常指聚合物抵抗熱分解的能力，不同成分的固態電解質耐熱極限差異較大（400 度-1800 度不等），但均顯著高于液態電池不超過60 度的最高工作溫度。半固態、準固態電池仍存在一定的可燃風險，但安全性優于液態鋰電池。很多無機固體電解質材料不可燃（如氧化物固態電解質熱穩定性高達1000 度）、無腐蝕、不揮發且不存在漏液問題。

主流廠商鋰離子電池與固態電池能量密度對比（單位：Wh/kg）

全固態電池的投用尚需時日，半固態電池是由液態電池向全固態電池過渡的中間方案。?全固態電池具有能量密度高、安全性能好的優勢，但是現在實施全固態電池會遇到很大的阻礙，主要包括以下三個方面：

1）固-固界面接觸導致電池內阻較大；

2）離子電導率不高，現有的固態電解質導電率相較液態電解質低 1-2 個數量級；

3）當前由于未產業化，全固態電解質成本較高。

半固態電池是向全固態電池過渡的中間方案，

1）半固態電池保留一定量電解液，循環性能及倍率性能優于全固態電池；

2）半固態電池電極材料浸潤在電解液中，可以改善固態電池導電率低的問題；

3）半固態電池目前成本比傳統鋰電池略高，相較全固態電池處于較低位置。

二、固態電池三種路線，各有優劣

聚合物、氧化物、硫化物是固態電池主流的路線，三種路線各有優劣。?對于固態電池來說，其電池正極的材料與路線和液態鋰電池并沒有很大的區別，不同的技術路線主要由不同的電解質進行區分。按照電解質不同，固態電池路徑可分為三類：聚合物、氧化物（薄膜或非薄膜）、硫化物，三大體系各有優劣。

1.? 聚合物：?聚合物的優點是易加工，與現有的液態電解液的生產設備、工藝都比較兼容，機械性能好。其缺點1）電導率太低，需要加熱到60 度高溫才能正常工作；2）穩定性較差，不能適配高電壓的正極材料，且在高溫下也會發生起火燃燒的現象；3）電化學窗口窄，電位差太大時（>4V）電解質易被電解。

2.? 硫化物?：電導率最高，并且電化學穩定窗口較寬（5V 以上），最具有發展潛力。其缺點主要為1）熱動力穩定性較差，熱反應起始溫度范圍為400?500°C；2）制備工藝比較復雜，且容易與空氣中的水、氧氣反應產生硫化氫劇毒氣體。

3.? 氧化物：?具有較好的導電性和穩定性，離子電導率比聚合物更高，熱穩定性高達 1000度，機械穩定性和電化學穩定性非常好。其缺點為 1）相對于硫化物電導率偏低；2）存在剛性界面接觸問題。

廠商布局技術路線各有不同，國內廠商側重氧化物固態電解質。?氧化物體系因研發成本和難度相對較低，較多新進廠商和國內企業選擇這一路線，也有望在半固態池中實現規模化上車。目前，中國幾家頭部固態電池公司如?北京衛藍、江蘇清陶、寧波鋒鋰、臺灣輝能?，都是以氧化物材料為基礎的固液混合技術路線為主。從長遠的角度來看，硫化物固態電解質雖然研發難度高，但因其優異的性能和較大的潛力吸引實力和資本雄厚的電池企業不斷投入研發，諸多巨頭（?豐田、?LG?、松下等）選擇其為主要技術路徑，頭部企業已有十幾年的技術積累，一旦實現突破將形成高技術壁壘。

三、固態電池給現有電池產業鏈帶來的變化

半固態鋰電池制備工藝流程可兼容傳統鋰電池生產工藝?。半固態電池可以最大程度兼容現有工藝、設備及材料，具備快速落地的可能。衛藍新能源半固態電池之所以能快速推向市場，就是因為盡可能地借用現有液態電池裝備和工藝，其中僅有 10%-20%的工藝設備要求不同，主要包括固態電解質膜引入、原位固化工藝、負極一體化工藝等。

一種半固態電池及其制備方法

全固態鋰電池與傳統鋰離子電池生產工藝有一定區別。目前主流的電池制備工藝有疊片工藝和卷繞工藝，全固態鋰電池對現有電池制備工藝可以部分兼容?，但在部分環節也需要進行一定的調整。

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

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

3）由于沒有電解液，不需要注液工序；

4）如果采用硫化物固態電解質路線，由于硫化物電解質易與水分、氧氣發生反應，對生產環境要求較高，最好能在充滿惰性氣體的全封閉室內進行生產。

固態電池生產工藝流程

傳統鋰電池生產工藝流程

四、國內外眾多企業加速推進固態電池產業化進程

大量車企宣布半固態電池預計搭載時間，半固態電池產業化即將到來。當前，已有大量下游車企宣布了半固態電池的預計搭載時間，主要集中于2024-2025 年，屆時有望迎來半固態電池的產業化浪潮。

1. 東風：?2018 年起，東風公司成立固態電池項目組，開展固態電池、固態電池系統技術研究。2019 年7 月，第一代固態電池系統開發完成。2020 年6 月，成功開發第一代固態電池系統的整車。2022 年1 月，由東風公司與贛鋒鋰業合作開發高比能固態電池成功在東風E70搭載。截至2022 年12 月，東風公司已完成小批量固態電池整車開發、試制及運營，50 臺搭載固態電池的東風風神 E70 已開展示范運營，運營里程超 50 萬公里。2022 年 12 月 30日到 2023 年 1 月 8 日舉行的廣州車展上，東風汽車表示，目前正在研發第二代固態電池，預計將在2024 年上半年實現量產搭載，屆時整車續航里程可達1000 公里以上。

2. 蔚來?：2023 年2 月，蔚來聯合創始人、總裁秦力洪表示，蔚來150kWh 電池包預計2023年暑期上線。蔚來150kWh 固態電池于2021 年初發布，從固液電解質、負極、正極材料到制造工藝，進行全面創新，突破了原位固化，高性能硅碳負極和納米級包覆、超高鎳正極等多項核心技術，實現 360Wh/kg的超高能量密度。全新的蔚來ES8 續航可達到850km，ES6續航可達到900km，而ET7 續航里程突破 1000km。

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

來源：CINDA SECURITIES

審核編輯：湯梓紅