1、鋰電池逐漸進(jìn)入技術(shù)瓶頸，固態(tài)電池有望成為電池升級方向
自1985年鋰離子電池問(wèn)世以來(lái)，大幅推進(jìn)了可移動(dòng)電子設備的規?；瘧?，不斷推動(dòng)著(zhù)社會(huì )朝著(zhù)智能化和清潔化方向發(fā)展。自1985年鋰離子電池問(wèn)世以來(lái)，大幅推進(jìn)了可移動(dòng)電子設備的規?；瘧?，不斷推動(dòng)著(zhù)社會(huì )朝著(zhù)智能化和清潔化方向發(fā)展。但是當前的液態(tài)鋰離子電池體系，逐步發(fā)展到了本身材料體系所能達到的瓶頸：1）能量密度難以突破350Wh/kg的極限；2）有機物液態(tài)電解質(zhì)帶來(lái)的安全性問(wèn)題。3）電池服役過(guò)程中電解液的揮發(fā)、干涸、泄露等現象，影響電池壽命。液體電解質(zhì)成為了鋰離子電池進(jìn)一步發(fā)展最大的制約因素。
采用固態(tài)電解質(zhì)代替液體電解質(zhì)，有望使用更高比容量的正、負極材料，同時(shí)可徹底解決電池的安全性問(wèn)題，是獲得高能量密度、安全性和長(cháng)循環(huán)壽命的全固態(tài)鋰電池的根本途徑。因此固態(tài)電池將會(huì )是鋰離子電池升級的方向。
鋰電池技術(shù)發(fā)展路徑
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各類(lèi)鋰電池對比
| 電池類(lèi)型 | 液態(tài) | 半固態(tài) | 固態(tài) |
| 能量密度上限 | 較低（＜300Wh/kg） | 中等（＞400Wh/kg） | 較高（＞500Wh/kg） |
| 隔膜 | 需要 | 需要 | 不需要 |
| 當前生產(chǎn)成本 | 較低 | 中等 | 較高 |
| 電解質(zhì)化學(xué)窗口上限 | 較窄（＜4.3V） | 中等 | 較高（＞5V） |
| 鋰金屬負極兼容性 | 差 | 抑制鋰結晶力度弱 | 抑制鋰結晶力度強 |
| 液體含量 | ＞10% | ＜10% | 0 |
| 安全性（熱穩定，抗針刺） | 熱極限140-180℃，針刺即燃 | 熱極限>180℃ | 熱穩定>300℃,免疫針刺甚至剪切 |
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根據固態(tài)電解質(zhì)的不同，目前固態(tài)電池有聚合物、氧化物、硫化物三種技術(shù)路線(xiàn)。
聚合物：聚合物固態(tài)電解質(zhì)以歐美企業(yè)技術(shù)最為成熟，商業(yè)化難度較小，未來(lái)有望率先實(shí)現大規模量產(chǎn)，但是其電導率低、能量密度低。
氧化物：氧化物固態(tài)電解質(zhì)綜合性能好。
硫化物：硫化物固態(tài)電解質(zhì)的電導率最高，延展性更好，潛力最大。但是其機械性能差，生產(chǎn)工藝復雜，且硫化物固態(tài)電解質(zhì)中的硫元素具有一定的活性，如何保持高穩定性是一大難題。
2、主流車(chē)企紛紛上馬規劃固態(tài)電池，全固態(tài)電池有望普及
據不完全統計，截止2023年底，國內半固態(tài)電池產(chǎn)能規劃累計超過(guò)298GWh，落地產(chǎn)能接近15GWh；同期半固態(tài)電池出貨突破GWh級別，有望在2024年實(shí)現5GWh級別出貨?？紤]到當前鋰離子動(dòng)力電池的復合增速與固態(tài)電池相對高成本的車(chē)型適配范圍，預計2030年，量產(chǎn)全球鋰離子固態(tài)/半固態(tài)電池商業(yè)化產(chǎn)能有望初見(jiàn)規模，屆時(shí)固態(tài)鋰電池對應的續航里程或可達到液態(tài)鋰電池的2-3倍，追平燃油車(chē)續航力。
![據不完全統計，截止2023年底，國內半固態(tài)電池產(chǎn)能規劃累計超過(guò)298GWh，落地產(chǎn)能接近15GWh；同期半固態(tài)電池出貨突破GWh級別，有望在2024年實(shí)現5GWh級別出貨?？紤]到當前鋰離子動(dòng)力電池的復合增速與固態(tài)電池相對高成本的車(chē)型適配范圍，預計2030年，量產(chǎn)全球鋰離子固態(tài)/半固態(tài)電池商業(yè)化產(chǎn)能有望初見(jiàn)規模，屆時(shí)固態(tài)鋰電池對應的續航里程或可達到液態(tài)鋰電池的2-3倍，追平燃油車(chē)續航力。](http://img.chinabaogao.com/images/2024/0521/56bc4b7204d345a376c697274cf3a99fe3d19a16.png?x-oss-process=style/w750)
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根據觀(guān)研報告網(wǎng)發(fā)布的《中國固態(tài)電池行業(yè)現狀深度研究與發(fā)展前景分析報告（2024-2031年）》顯示，固態(tài)電池是全球公認的下一代電池，被列入中國、美國、歐盟、日韓等主要國家的發(fā)展戰略。全球企業(yè)都在積極布局固態(tài)電池，固態(tài)電池成為下一代電池技術(shù)競爭的關(guān)鍵制高點(diǎn)。
各國固態(tài)電池發(fā)展戰略
| 主要國家和地區 | 發(fā)展戰略 | 固態(tài)電池相關(guān)規劃 |
| 日本 | 《電池產(chǎn)業(yè)戰略》 | 加快技術(shù)開(kāi)發(fā)，率先實(shí)現全固態(tài)電池等；下一代電池技術(shù)商業(yè)應用，穩占下一代電池市場(chǎng)。 |
| 韓國 | 《2030二次電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰略》 | 2023-2028年投入2.33億美元，爭取提前實(shí)現固態(tài)電池、鋰硫電池、鋰金屬電池商用化。 |
| 美國 | 《鋰電池2021-2030年國家藍圖》 | 實(shí)現示范和規?；兏镄噪姵丶夹g(shù)，加大固態(tài)鋰電池方面的研發(fā)布局，加快產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。 |
| 歐盟 | 《電池戰略研究議程》 | 明確2030年研究和創(chuàng )新優(yōu)先事項，確定關(guān)鍵技術(shù)主題，包括第4代鋰離子電池（固態(tài)鋰離子電池、固態(tài)鋰金屬電池、現金固態(tài)電池）。 |
| 中國 | 《新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規劃（2021-2035年）》 | “加快固態(tài)動(dòng)力電池技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化”已列為“新能源汽車(chē)核心技術(shù)攻關(guān)工程”。 |
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從全球固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)布局來(lái)看，中國參與的企業(yè)最多，包括傳統電池企業(yè)、初創(chuàng )電池企業(yè)、整車(chē)企業(yè)等；其次是日本，技術(shù)實(shí)力最強；美國以一些初創(chuàng )企業(yè)為主；歐洲主要是車(chē)企和美國的初創(chuàng )企業(yè)合作；韓國企業(yè)不多，但實(shí)力也強。
各國固態(tài)電池發(fā)展戰略
| 主要國家和地區 | 固態(tài)電池領(lǐng)域主要企業(yè) |
| 中國 | 衛藍新能源、清陶能源、贛鋒鋰電、國聯(lián)、一汽、東風(fēng)、上汽、輝能科技、寧德時(shí)代、比亞迪、中創(chuàng )新航、蜂巢能源、遠景動(dòng)力、國軒高科、孚能科技、億緯鋰能、馬車(chē)動(dòng)力、有研稀土、中汽創(chuàng )智、SEVC |
| 日本 | 豐田、日產(chǎn)、本田、日立、松下、物質(zhì)材料研究機構、日立造船、出光興產(chǎn)、三井金屬、東麗、湯淺 |
| 韓國 | LG新能源、三星SDI、SKOn |
| 美國 | QuantumScape、SolidPower、SEEOInc、Sakit3、IonicMaterials、SolidEnergy |
| 歐盟 | 大眾、寶馬、奔馳、Bosch、Bollore、BatScap |
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由于整車(chē)廠(chǎng)普遍具備更強的議價(jià)能力，這就使得產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)程主動(dòng)權在整車(chē)廠(chǎng)手里。從整車(chē)廠(chǎng)規劃來(lái)看，2023年，蔚來(lái)ES6、ET7、東風(fēng)E70、嵐圖追風(fēng)、賽力斯SERES5等車(chē)型已搭載半固態(tài)電池，上汽、廣汽、長(cháng)安等車(chē)企也計劃將于2024-2026年上市搭載半固態(tài)電池車(chē)型。豐田、本田、大眾、寶馬等日本、歐洲車(chē)企計劃啟動(dòng)搭載固態(tài)電池車(chē)型量產(chǎn)上市的時(shí)間在2026-2030年。
隨著(zhù)固態(tài)電池技術(shù)不斷進(jìn)步，成本逐漸呈下降趨勢，尤其是國內半固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程已開(kāi)啟，固態(tài)電池的市場(chǎng)規模將得以快速增長(cháng)。預計到2030年全球固態(tài)電池的出貨量將達到614.1GWh。
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3、eVTOL對于固態(tài)電池需求迫切，低空經(jīng)濟首次被寫(xiě)入政府工作報告
固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)鏈上游為基礎材料及設備，包括原材料礦產(chǎn)、電芯材料和生產(chǎn)設備；中游為電池包加工制備，包括電池封裝、電池管理系統等；下游為應用領(lǐng)域，包括新能源汽車(chē)、消費電子、儲能、eVTOL等，除了新能源汽車(chē)外，eVTOL產(chǎn)業(yè)是固態(tài)電池發(fā)展很重要的一個(gè)新增驅動(dòng)力。
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eVTOL飛行器主要由機體子系統、導航通訊與飛控子系統、動(dòng)力子系統和能源子系統構成。eVTOL的動(dòng)力系統采用分布式推進(jìn)系統（DEP，DistributedElectricPropulsion），該設計使其能夠提升動(dòng)力系統的安全性冗余、有效降低本機噪音（降低約10%~15%）和最大限度提升動(dòng)力系統的能源使用效率。
對于eVTOL飛行器來(lái)說(shuō)，電池有兩項關(guān)鍵性能指標與eVTOL綜合性能緊密相關(guān)，一是能量密度，一是功率密度。相比較來(lái)說(shuō)，電池功率密度（單位質(zhì)量電池的放電功率大?。┦莈VTOL飛行器更關(guān)鍵的性能指標，因為它決定了eVTOL是否可以安全起飛和著(zhù)陸。而另一方面，能量密度（電池平均質(zhì)量所釋放出的電能）大致上決定了eVTOL的航程范圍，目前300Wh/Kg能保證200~300公里航程。
能量密度方面，eVTOL垂直起飛所需要的動(dòng)力是地面行駛的10-15倍，商用門(mén)檻高達400Wh/kg，且未來(lái)能量密度要求將會(huì )達到1000Wh/kg，遠高于當前車(chē)用動(dòng)力電池的能量密度。充放電倍率方面，eVTOL的飛行需要經(jīng)歷起飛、巡航、懸停等階段，其中起降階段要求電池的瞬間充放電倍率在5C以上。安全性能、循環(huán)壽命等方面，eVTOL對電池的要求也極為嚴苛。
政策上，2024年3月27日，工信部等四部門(mén)印發(fā)《通用航空裝備創(chuàng )新應用實(shí)施方案（2024-2030年）》，明確提出推動(dòng)400Wh/kg級航空鋰電池產(chǎn)品投入量產(chǎn)，實(shí)現500Wh/kg級航空鋰電池產(chǎn)品應用驗證。鑒于傳統液態(tài)鋰電池能量密度限制和eVTOL對電池性能的高要求，固態(tài)電池有望率先在eVTOL市場(chǎng)放量。
作為國家五年規劃中重要子領(lǐng)域，低空經(jīng)濟涉及的裝備制造和服務(wù)業(yè)備受重視。2021年2月25日黨中央、國務(wù)院出臺《國家綜合立體交通網(wǎng)規劃綱要》，“低空經(jīng)濟”概念首次寫(xiě)入國家規劃，成為“十四五”時(shí)期謀劃的新興經(jīng)濟形態(tài)。近兩年，交通部、科技部、工信部等中央部委相關(guān)部署已經(jīng)將產(chǎn)業(yè)政策細化到無(wú)人機、飛行汽車(chē)等具體領(lǐng)域，推動(dòng)相關(guān)行業(yè)的商業(yè)化、規?；瘧?。同時(shí)，除國家級的政策法規推動(dòng)外，有條件的地方政府也在加速布局無(wú)人駕駛垂直起降航空器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。2024年“低空經(jīng)濟”首次被寫(xiě)入政府工作報告，帶動(dòng)電動(dòng)垂直起降飛行器（eVTOL）引起廣泛關(guān)注。（YM）
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