固態(tài)電池性能優(yōu)異成未來(lái)發(fā)展趨勢
固態(tài)電池與傳統鋰離子電池在基本電化學(xué)機制上相同，最大區別在于電解質(zhì)材料。固態(tài)電池與鋰離子液態(tài)電池原理上均通過(guò)正負極之間鋰離子的嵌入和脫嵌來(lái)實(shí)現電能的存儲和釋放。二者的關(guān)鍵區別在于固態(tài)電池的電解質(zhì)材料，不同于鋰離子電池中的液態(tài)電解質(zhì)，固態(tài)電池采用的是固態(tài)電解質(zhì)，并剔除隔膜，且正負極會(huì )摻混固態(tài)電解質(zhì)。
固態(tài)鋰電池結構
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結構 |
負極 |
電解質(zhì) |
隔膜(可消除) |
電解質(zhì) |
正極 |
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可選材料 |
鋰金屬 |
氧化物 |
氧化物 |
氧化物 |
LFP |
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硅 |
硫化物 |
硫化物 |
硫化物 |
NMC |
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石墨 |
聚合物 |
聚合物 |
聚合物 |
NCA |
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鈦酸鋰 |
鹵化物 |
鹵化物 |
鹵化物 |
硫 |
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- |
- |
- |
高壓陰極 |
資料來(lái)源：觀(guān)研天下數據中心整理
液態(tài)電池到固態(tài)電池的技術(shù)迭代路徑大致遵循“引入固態(tài)電解質(zhì)→引入新型負極→引入新型正極”路徑。階段一：引入固態(tài)電解質(zhì)，保留少量電解液，正負極仍為三元+石墨/硅基負極，并采用負極預鋰化等技術(shù)提高能量密度。階段二：用固態(tài)電解質(zhì)逐步至完全取代電解液，用金屬鋰取代石墨/硅負極，正極仍為三元材料。階段三：逐漸減薄固態(tài)電解質(zhì)的厚度，并用硫化物/鎳錳酸鋰/富鋰錳基等材料取代正極。
固態(tài)電池技術(shù)迭代路徑
| 類(lèi)型 | 電解液 | 隔膜 | 負極 | 正極 | |
| 第一代 | 半固態(tài) | 部分替換為固態(tài)電解質(zhì) | 不變 | 石墨/硅碳，可能配合預鋰化技術(shù) | 三元 |
| 第二代 | 全固態(tài) | 全部替換為固態(tài)電解質(zhì) | 取消(少數方案保留) | 石墨/硅碳，可能配合預鋰化技術(shù) | 三元 |
| 第三代 | 全固態(tài) | 全部替換為固態(tài)電解質(zhì) | 取消(少數方案保留) | 金屬鋰 | 三元 |
| 第四代 | 全固態(tài) | 全部替換為固態(tài)電解質(zhì) | 取消(少數方案保留) | 金屬鋰 | 硫化物/鎳錳酸鋰/富鋰錳基等 |
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根據觀(guān)研報告網(wǎng)發(fā)布的《中國全固態(tài)電池行業(yè)發(fā)展現狀分析與投資前景研究報告（2025-2032年）》顯示，全固態(tài)電池采用固態(tài)電解質(zhì)實(shí)現對電解液和隔膜的完全替代。根據固態(tài)電解質(zhì)類(lèi)型的不同，全固態(tài)電池主要分為聚合物、氧化物、硫化物三大路線(xiàn)。聚合物和氧化物路線(xiàn)率先應用。聚合物電解質(zhì)柔性好、成本低，率先得到應用，但其離子電導率低的劣勢明顯。氧化物體系穩定性高，但材料脆性會(huì )惡化固-固界面的剛性接觸，目前多與聚合物固態(tài)電解質(zhì)等復合應用。硫化物電解質(zhì)兼具高離子電導率和材料柔性，長(cháng)期潛力大。離子電導率是電解質(zhì)的第一材料特性，硫化物固態(tài)電解質(zhì)離子電導率可達到10-2S/cm量級（與電解液相當），且材料柔性強可改善界面接觸，是相對更有潛力的發(fā)展路線(xiàn)。但由于不穩定性和電壓窗口低，目前仍在研發(fā)中。
固態(tài)電池三種技術(shù)路徑材料體系分析
| 聚合物 | 氧化物 | 硫化物 | |
| 代表材料 | 聚合物基體+鋰鹽+添加劑·聚合物：PEO、PPC、PC·鋰鹽：LiBF?、LiPF?·添加劑：Al?O?、SiO?、TiO? | ·石榴石型★★★·NASICON型★★·LiPON型★·鈣鈦礦型★ | ·鋰硫銀鍺礦型★★★·LGPS型★★·LPS型★★·Thio-LISICONs型★★ |
| 離子電導率 | ·室溫：10-7-10-5S/cm·65-78℃:10-4S/cm | 10-6-10-3S/cm | 10-4-10-2S/cm |
| 優(yōu)缺點(diǎn) | ·優(yōu)點(diǎn)：柔性好、制造容易·缺點(diǎn)：電導率低 | ·優(yōu)點(diǎn)：穩定性高、鋰枝晶抵抗力好·缺點(diǎn)：脆性大、電導率不足 | ·優(yōu)點(diǎn)：電導率高，柔性好·缺點(diǎn)：對鋰金屬不穩定、電壓窗口低、空氣不穩定 |
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固態(tài)電池的核心價(jià)值在于打破傳統液態(tài)電池在能量密度上的天花板。能量密度，即單位體積或重量電池所能儲存的能量大小，直接決定了電池的續航水平。
傳統液態(tài)電池的能量密度主要受其正負極體系的制約。目前，基于三元正極與石墨負極的液態(tài)電池在能量密度方面已接近其理論上限。為了顯著(zhù)提升續航能力，必須采用更為先進(jìn)的正負極材料。負極材料的升級路徑相對清晰，從石墨（克容量約372mAh/g）到硅基材料（克容量450-600mAh/g），再到鋰金屬（克容量>1000mAh/g），每次迭代伴隨著(zhù)負極材料克容量的顯著(zhù)提升。例如，高鎳三元正極搭配石墨負極的電池，能量密度約為240-280wh/kg；而若以硅基負極替代石墨，能量密度有望躍升至280-350wh/kg；若進(jìn)一步采用CVD氣相硅基負極或鋰金屬負極，能量密度更是有望突破400wh/kg。正極材料的升級方向則聚焦于高電壓、高比容，富鋰錳基、鋰硫正極等都是潛在的迭代選項。
固態(tài)電池與液態(tài)三元電池能量密度對比
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項目 |
高比能固態(tài)電池 |
單位 |
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電芯能量密度 |
250 |
400 |
wh/kg |
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單kWh材料單耗 |
4 |
2.5 |
kg |
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單kWh材料單耗降幅 |
38% |
- |
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假設成組效率 |
70% |
70% |
- |
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電池包能量密度 |
175 |
280 |
wh/kg |
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同等重量下帶電量容量增加 |
60% |
- |
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然而，傳統液態(tài)電解液難以兼容正負極材料體系的升級。液態(tài)鋰離子電池的電解液在高壓、高溫、高能量密度環(huán)境下容易分解失效。因此，引入化學(xué)性質(zhì)更為穩定的固態(tài)電解質(zhì)，取代傳統的鋰離子電解液，成為突破電池性能局限的關(guān)鍵。固態(tài)電解質(zhì)能夠兼容正負極材料的迭代升級，從而打破電池性能瓶頸，實(shí)現能量密度的飛躍。
固態(tài)電池有效提高電池的安全性能
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項目 |
固態(tài)電解質(zhì) |
電解液 |
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高安全性能 |
具有極高的熱穩定性，在高溫環(huán)境下不易發(fā)生分解反應，能夠有效阻止內部短路引發(fā)的連鎖反應 |
大多具有易燃性，一旦電池內部出現短路等故障，極易引發(fā)電解液燃燒甚至爆炸 |
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固體介質(zhì)沒(méi)有流動(dòng)性，不存在滲漏風(fēng)險 |
液體電解液存在滲漏風(fēng)險 |
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前沿體系適應性 |
更穩定、電化學(xué)窗口寬，可以兼容高比容量的正負極 |
電解液發(fā)生分解，產(chǎn)生氣體，存在電池鼓包、性能衰減等風(fēng)險 |
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從電池模組的角度可以適配雙極板，降低外殼用量以提升能量密度 |
電解液漏液導致短路 |
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全固態(tài)電池新技術(shù)上有望實(shí)現突圍
受制于技術(shù)發(fā)展因素，高能量密度全固態(tài)鋰電池實(shí)現產(chǎn)業(yè)化還需要一定時(shí)間。首先能夠實(shí)現規?；慨a(chǎn)的是介于液態(tài)鋰離子與全固態(tài)鋰電池之間的電池類(lèi)型，目前半固態(tài)電池、全固態(tài)電池齊頭并進(jìn)，半固態(tài)電池成本及技術(shù)難度低于全固態(tài)電池，目前已實(shí)現裝車(chē)，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程稍快于全固態(tài)電池。
從液態(tài)電池向固態(tài)電池的轉化，是電池技術(shù)發(fā)展的長(cháng)期趨勢，主要推動(dòng)力在于電池安全性及能量密度。安全性主要是熱穩定性、鋰枝晶兩大問(wèn)題；能量密度可通過(guò)引入新型負極材料及正極材料得到提升。固態(tài)電池發(fā)展備受重視，中國或將投入約60億元用于全固態(tài)電池研發(fā)，包括寧德時(shí)代、比亞迪、一汽、上汽、衛藍新能源和吉利共六家企業(yè)或獲得政府基礎研發(fā)支持。
固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程加速
| 半固態(tài)電池 | 全固態(tài)電池 | |
| 上汽 | 智已L6搭載清陶的半固態(tài)電池 | 2026年全固態(tài)電池實(shí)現交付量產(chǎn)，2027年搭載全固態(tài)電池實(shí)現量產(chǎn)交付 |
| 廣汽 | / | 2026年率先搭載于昊鉑車(chē)型 |
| 長(cháng)安 | / | 2030年推出液態(tài)、半固態(tài)、全固態(tài)等8款自研電芯 |
| 寧德時(shí)代 | / | 已進(jìn)入20Ah樣品的試制階段，2027年小批量生產(chǎn)固態(tài)電池 |
| 比亞油 | / | 2027年起針對中高端電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域，小批量生產(chǎn)硫化物全固態(tài)電池，2030年應用于主流電動(dòng)汽車(chē) |
| 華為 | / | 公布了一項硫化物固態(tài)電池發(fā)明專(zhuān)利，名為《摻雜硫化物材料及其制備方法、鋰離子電池》 |
| 太藍新能源 | 2026年裝車(chē)驗證 | 2027年實(shí)現批量生產(chǎn) |
| 清陶能源 | 已搭載上汽智己車(chē)型 | 第三代全固態(tài)電池的驗證工作也在有序進(jìn)行中 |
| 欣旺達 | 第一代半固態(tài)電池已完成開(kāi)發(fā)，第二代半固態(tài)電池中試實(shí)驗 | 第三代聚合物復合全固態(tài)電池完成了實(shí)驗室驗證，預計2025年完成產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，第四代全固態(tài)電池預計2027年完成實(shí)驗室樣品 |
| 衛藍新能源 | 已向蔚來(lái)汽車(chē)交付半固態(tài)電池產(chǎn)品 | 計劃在2027年實(shí)現小批量全固態(tài)電池的示范性應用 |
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固態(tài)電池技術(shù)作為鋰電池未來(lái)必爭的技術(shù)高地，目前美國、日本、韓國、歐洲等全球主要國家均在加快固態(tài)電池布局，固態(tài)電池技術(shù)的發(fā)展在未來(lái)將重塑全球電池體系新格局。
日本固態(tài)電池企業(yè)起步較早，主流技術(shù)路線(xiàn)采用硫化物固態(tài)電解質(zhì)，關(guān)鍵材料及下游車(chē)企積極參與固態(tài)固態(tài)電池研發(fā)，松下電器計劃2025年實(shí)現固態(tài)電池市場(chǎng)化應用，豐田、本田等車(chē)企計劃2028-2030年實(shí)現固態(tài)電池規?；?、商業(yè)化應用。
韓國固態(tài)電池發(fā)展思路為重量輕的硫化物全固態(tài)電池以及高安全性的氧化物全固態(tài)電池，韓國電池企業(yè)初步規劃在2027年實(shí)現全固態(tài)電池商業(yè)化應用。
歐美多選擇聚合物、氧化物路線(xiàn)。美國電池企業(yè)關(guān)鍵材料大多依賴(lài)進(jìn)口，QuantumScape、SolidPower等固態(tài)電池主要企業(yè)計劃在2025年前后實(shí)現裝車(chē)示范應用，目前美國固態(tài)電池在航空領(lǐng)域的應用處于世界前列。歐洲目前正在積極推動(dòng)包括固態(tài)電池在內的先進(jìn)電池技術(shù)發(fā)展，但整體尚未形成完善的電池產(chǎn)業(yè)體系。
國外典型企業(yè)固態(tài)電池技術(shù)路線(xiàn)
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國家 |
企業(yè)名稱(chēng) |
技術(shù)路線(xiàn) |
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日本 |
豐田汽車(chē) 三菱化學(xué)/日產(chǎn)汽車(chē)公司聯(lián)盟 松下電器 富士電氣化學(xué)有限公司 小原股份有限公司 日立造船公司 三洋化成工業(yè)股份有限公司 日本出光興產(chǎn)股份有限公司 |
硫化物 硫化物 鹵化物 氧化物 氧化物 硫化物 聚合物 硫化物 |
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德國 |
寶馬集團 大眾集團 |
硫化物 氧化物 |
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韓國 |
LG新能源 現代汽車(chē) SKOn 三星SDI |
硫化物 聚合物/硫化物硫化物/氧化物聚合物/硫化物 |
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法國 |
博洛雷集團 |
聚合物 |
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英國 |
llika LiNaEnergy |
氧化物 氧化物 |
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美國 |
QuantumScape OnicMaterials SolidPower FactorialEnergy |
氧化物 聚合物 硫化物 聚合物 |
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目前國內外主要國家、地區加速固態(tài)電池研發(fā)布局，但還未形成完整的固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)鏈，關(guān)鍵材料體系還未明確，全固態(tài)電池的瓶頸還未突破，仍存在固固界面接觸不良、成本較高等問(wèn)題，全固態(tài)電池的商業(yè)化應用任重道遠。從企業(yè)端看，頭部企業(yè)引領(lǐng)，在技術(shù)研發(fā)、資金支持、上下游協(xié)同等方面具有優(yōu)勢，但目前關(guān)鍵材料體系未明確，二三線(xiàn)企業(yè)仍有機會(huì )在固態(tài)電池這項新技術(shù)上實(shí)現突圍。
我國典型企業(yè)固態(tài)電池技術(shù)路線(xiàn)及進(jìn)展
| 企業(yè)名稱(chēng) | 技術(shù)路線(xiàn) | 進(jìn)展 |
| 衛藍新能源 | 氧化物/聚合物 | 360Wh/kg高能量密度動(dòng)力電芯2023年底量產(chǎn)交付蔚來(lái)汽車(chē)，并獲多家知名整車(chē)廠(chǎng)定點(diǎn)。280Ah超高安全儲能電芯已于2023年下半年量產(chǎn)交付，為三峽、海博思創(chuàng )、國電投等多個(gè)儲能項目供貨。320Wh/kg高能量密度低空經(jīng)濟動(dòng)力電芯目前已為多家國內外無(wú)人機、機器人、便攜電源等客戶(hù)供貨。 |
| 清陶能源 | 氧化物/復合物 | 第一代半固態(tài)電池已上車(chē)智已L6,采用氧聚復合路線(xiàn)；第二代準固態(tài)電池電解液含量將降低至5%以下，實(shí)現20%降本，公司預計2025年開(kāi)始規模搭載于上汽MG等車(chē)型上；第三代全固態(tài)電池可實(shí)現超過(guò)500Wh/kg的能量密度，并計劃于2026年四季度以40%的降本實(shí)現量產(chǎn)、2027年實(shí)現裝車(chē)交付。 |
| 贛鋒鋰業(yè) | 氧化物 | 贛鋒鋰電生產(chǎn)的固態(tài)電池已于2022年搭載在東風(fēng)E70型汽車(chē)上；公司第一代固液混合電池已初步實(shí)現量產(chǎn)，第二代固液混合電池目前尚處于研發(fā)階段，開(kāi)發(fā)的高比能電池能量密度達到420Wh/kg,循環(huán)壽命超700次，并開(kāi)發(fā)出能量密度達到500Wh/kg的樣品，可通過(guò)200℃熱箱與針刺等嚴苛的安全測試。 |
| 輝能科技 | 氧化物 | 全球首條固態(tài)電池生產(chǎn)線(xiàn)已正式投產(chǎn)，固態(tài)電池的樣品已發(fā)到各大新能源車(chē)企進(jìn)行測試、開(kāi)發(fā)模塊，此次工廠(chǎng)生產(chǎn)的固態(tài)電池是大型鋰陶瓷電池(LCB),其在性能方面可做到充電12分鐘可達80%的電量，且在充滿(mǎn)電狀態(tài)下，可實(shí)現電動(dòng)汽車(chē)超1000km的續航里程。 |
| 蜂巢能源 | 硫化物 | 聚焦硫化物路線(xiàn)，已具備20Ah全固態(tài)電池的制備能力，能量密度達到380Wh/kg公司全固態(tài)定位400wh/kg以上，主要覆蓋800公里及1000公里以上高端車(chē)型，預估將在2030年后實(shí)現裝車(chē)。 |
| 寧德時(shí)代 | 硫化物 | 如果用技術(shù)和制造成熟度作為評價(jià)體系(以1-9打分),寧德時(shí)代的全固態(tài)電池研發(fā)目前處于4分的水平，目標是到2027年達到7-8分的水平，屆時(shí)可小批量生產(chǎn)全固態(tài)電池，硫化物路線(xiàn)是公司目前投入研發(fā)較多的技術(shù)路線(xiàn)，目標全固態(tài)電池占電池市場(chǎng)份額1%。 |
| 弗迪電池 | 氧化物/硫化物 | 采用高鎳三元(單晶)+硅基負極(低膨脹)+硫化物電解質(zhì)(復合鹵化物)的技術(shù)路線(xiàn)，電池包能量密度超過(guò)280Wh/kg。2027年或將小批量生產(chǎn)，搭載于比亞迪高端車(chē)型，示范項目約1000臺。2030年公司預計將有4萬(wàn)臺車(chē)輛搭載全固態(tài)電池。2033年預計將有12萬(wàn)臺車(chē)輛搭載全固態(tài)電池。 |
| 國軒高科 | 硫化物 | 24年5月推出首款全固態(tài)電池金石電池，該電池可實(shí)現350Wh/kg的能量密度，基于金石電池的電池包系統能量密度可達到280Wh/kg。公司全固態(tài)電池計劃2027年小批量上車(chē)實(shí)驗。 |
| 中科深藍匯澤 | 聚合物 | 技術(shù)傳承于中科院青能所，第一代固態(tài)電池能量密度達220-250Wh/kg,已實(shí)現穩定量產(chǎn)；第二代能量密度300-360Wh/kg,已具備量產(chǎn)條件；到第四代固態(tài)電池能量密度達到500-600Wh/kg,已實(shí)現裝機驗證。 |
| 太藍新能源 | 氧化物 | 與長(cháng)安汽車(chē)聯(lián)合發(fā)布無(wú)隔膜固態(tài)電池。4-3-2-1路線(xiàn)：傳統液態(tài)電池基礎上首先減掉隔膜和部分電解液，這是太藍最先量產(chǎn)、裝車(chē)的半固態(tài)電池產(chǎn)品階段；其次是完全減掉電解液的全固態(tài)電池，將率先應用在一些細分專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域，比如低空飛行器、便攜消費電子產(chǎn)品等；最后減掉負極，只留下正極。 |
| 恩力動(dòng)力 | 硫化物 | 恩力動(dòng)力固態(tài)電池PACK工廠(chǎng)項目落戶(hù)廊坊廣陽(yáng)，公司預計2024年實(shí)現GWh級產(chǎn)能達產(chǎn)，并且在2026年實(shí)現10GWh級產(chǎn)線(xiàn)量產(chǎn)。 |
| 屹鋰新能源 | 硫化物 | 公司硫化物全固態(tài)電池已成功研發(fā)并制備出2Ah及5Ah的全固態(tài)電池軟包電芯，能量密度達410Wh/kg,充放電循環(huán)壽命達2000次以上；硫化物固態(tài)電解質(zhì)硫化物主要為L(cháng)PSCI,離子電導率突破17mS/cm。上海臨港中試基地一期產(chǎn)能100MWh/年，二期產(chǎn)能300MWh/年，規劃在江西于都投建500MWh/年消費電子產(chǎn)線(xiàn)。 |
| 高能時(shí)代 | 硫化物 | 高能時(shí)代硫化物全固態(tài)電池已經(jīng)完成20Ah級全固態(tài)電芯A樣開(kāi)發(fā)，正在搭建中試線(xiàn)，公司預計2024年底實(shí)現5Ah以?xún)攘蚧锶虘B(tài)電池量產(chǎn)。 |
| 孚能科技 | 氧化物/硫化物 | 公司半固態(tài)電池從2018年開(kāi)始開(kāi)發(fā)，2022年9月開(kāi)始投產(chǎn)，第一代半固態(tài)已裝車(chē)嵐圖追光、夢(mèng)想家。 |
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