固态电池具有高能量密度、高安全性双重优势,2024 年以来多家电池厂和车企公布固态电池相关进展,其中半固态电池已率先实现量产上车,产业化进程有望加快。电池环节推荐在半固态/全固态布局领先的电池企业宁德时代、亿纬锂能以及深耕软包电池研发的珠海冠宇、豪鹏科技;材料环节推荐固态电池电解质及锆材料核心供应商三祥新材,高镍正极厂商当升科技、容百科技,高温铜箔相关厂商嘉元科技、中一科技,半固态电池芳纶隔膜泰和新材。
本报告分析了目前液态电池存在的问题以及固态电池的优势,分别论述了固态电池的主要 4 条路线以及对未来趋势的展望,通过对主流车企和材料厂布局的梳理,我们认为目前中国商业化进展较快,固态电池产业化有望提速。
固态电池兼具高安全、高能量密度双重优势,或成为锂电池的终极形态。传统液态电池的有机液体易导致电极材料降解、易挥发、易燃、易爆,存在较大的安全隐患。固态电解质本身结构稳定,具有不可燃、无腐蚀、无挥发等特性,同时能够抑制锂枝晶生长,大幅降低热失控风险、提升电池安全性;同时,固态电解质具有更宽的电化学窗口(>5V),可以兼具更高电势和更低还原电位的正负极材料,适配高镍高电压正极和硅基、锂金属等负极材料,大幅提升电芯能量密度。
四大路线各有所长,混合方案或成主流趋势。固态电池的核心材料为固态电解质,其中,聚合物电解质起步早,其具有良好的界面相容性和机械加工性,但常温离子电导率低(<10-6S/cm),限制其大规模应用;氧化物电解质目前发展进度较快,其稳定性好、电化学窗口宽、机械强度高,但界面相容性差、电导率一般且加工困难;硫化物电解质最具发展潜力,其电导率高,但化学稳定性差、成本高加工难度大;卤化物电解质具备高柔韧性、易加工、氧化电位较高等优势,但与负极兼容性低,电导率需进一步提升。目前,半固态电池倾向采用氧化物+聚合物复合电解质方案,降低量产难度同时确保离子电导率稳定;全固态电池硫化物路线起步较早,近年来卤化物体系也迎来快速发展。
规模量产仍受挑战,三大难点亟需解决。目前固态电池产业化仍处发展前期,在材料选择、工艺生产、性能优化等方面有较大改进空间,目前主要有三大难点限制固态电池发展:固固界面问题导致电池电导率低、循环寿命下降;锂枝晶问题仍然存在,容易导致电池短路;固态电池成本较高,材料成本有待进一步降低。
全球加速投资固态电池研发,中国商业化进展较快。欧美地区在硫化物、氧化物和聚合物都有布局;日韩地区主要技术路线为硫化物;中国主流采用氧化物路线,24 年以来多家电池厂和车企公布固态电池相关进展以及装车时间,随着政府对固态电池研发进行规模资金支持,行业有望加速发展,产业化时间或将提前。