全固態(tài)電池技術(shù)迭代駛?cè)肟燔嚨?產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程加速

固態(tài)電池性能優(yōu)異成未來發(fā)展趨勢

固態(tài)電池與傳統(tǒng)鋰離子電池在基本電化學(xué)機(jī)制上相同，最大區(qū)別在于電解質(zhì)材料。固態(tài)電池與鋰離子液態(tài)電池原理上均通過正負(fù)極之間鋰離子的嵌入和脫嵌來實(shí)現(xiàn)電能的存儲和釋放。二者的關(guān)鍵區(qū)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(fù)極會摻混固態(tài)電解質(zhì)。

固態(tài)鋰電池結(jié)構(gòu)

資料來源：觀研天下數(shù)據(jù)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(fù)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(fù)極仍為三元+石墨/硅基負(fù)極，并采用負(fù)極預(yù)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(fù)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

資料來源：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《中國全固態(tài)電池行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀分析與投資前景研究報(bào)告（2025-2032年）》顯示，全固態(tài)電池采用固態(tài)電解質(zhì)實(shí)現(xiàn)對電解液和隔膜的完全替代。根據(jù)固態(tài)電解質(zhì)類型的不同，全固態(tài)電池主要分為聚合物、氧化物、硫化物三大路線。聚合物和氧化物路線率先應(yīng)用。聚合物電解質(zhì)柔性好、成本低，率先得到應(yīng)用，但其離子電導(dǎo)率低的劣勢明顯。氧化物體系穩(wěn)定性高，但材料脆性會惡化固-固界面的剛性接觸，目前多與聚合物固態(tài)電解質(zhì)等復(fù)合應(yīng)用。硫化物電解質(zhì)兼具高離子電導(dǎo)率和材料柔性，長期潛力大。離子電導(dǎo)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(dǎo)率可達(dá)到10-2S/cm量級（與電解液相當(dāng)），且材料柔性強(qiáng)可改善界面接觸，是相對更有潛力的發(fā)展路線。但由于不穩(wěn)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

資料來源：觀研天下數(shù)據(jù)中心整理

固態(tài)電池的核心價(jià)值在于打破傳統(tǒng)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(xù)航水平。

傳統(tǒng)液態(tài)電池的能量密度主要受其正負(fù)極體系的制約。目前，基于三元正極與石墨負(fù)極的液態(tài)電池在能量密度方面已接近其理論上限。為了顯著提升續(xù)航能力，必須采用更為先進(jìn)的正負(fù)極材料。負(fù)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），每次迭代伴隨著負(fù)極材料克容量的顯著提升。例如，高鎳三元正極搭配石墨負(fù)極的電池，能量密度約為240-280wh/kg；而若以硅基負(fù)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(fù)極或鋰金屬負(fù)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(xiàng)。

固態(tài)電池與液態(tài)三元電池能量密度對比

資料來源：觀研天下數(shù)據(jù)中心整理

然而，傳統(tǒng)液態(tài)電解液難以兼容正負(fù)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(wěn)定的固態(tài)電解質(zhì)，取代傳統(tǒng)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(fù)極材料的迭代升級，從而打破電池性能瓶頸，實(shí)現(xiàn)能量密度的飛躍。

固態(tài)電池有效提高電池的安全性能

資料來源：觀研天下數(shù)據(jù)中心整理

全固態(tài)電池新技術(shù)上有望實(shí)現(xiàn)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(xiàn)產(chǎn)業(yè)化還需要一定時間。首先能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)模化量產(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(xiàn)裝車，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(zhuǎn)化，是電池技術(shù)發(fā)展的長期趨勢，主要推動力在于電池安全性及能量密度。安全性主要是熱穩(wěn)定性、鋰枝晶兩大問題；能量密度可通過引入新型負(fù)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?qū)⑼度爰s60億元用于全固態(tài)電池研發(fā)，包括寧德時代、比亞迪、一汽、上汽、衛(wèi)藍(lán)新能源和吉利共六家企業(yè)或獲得政府基礎(chǔ)研發(fā)支持。

固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程加速

資料來源：觀研天下數(shù)據(jù)中心整理

固態(tài)電池技術(shù)作為鋰電池未來必爭的技術(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)路線采用硫化物固態(tài)電解質(zhì)，關(guān)鍵材料及下游車企積極參與固態(tài)固態(tài)電池研發(fā)，松下電器計(jì)劃2025年實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池市場化應(yīng)用，豐田、本田等車企計(jì)劃2028-2030年實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池規(guī)?；?、商業(yè)化應(yīng)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(guī)劃在2027年實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池商業(yè)化應(yīng)用。

歐美多選擇聚合物、氧化物路線。美國電池企業(yè)關(guān)鍵材料大多依賴進(jìn)口，QuantumScape、SolidPower等固態(tài)電池主要企業(yè)計(jì)劃在2025年前后實(shí)現(xiàn)裝車示范應(yīng)用，目前美國固態(tài)電池在航空領(lǐng)域的應(yīng)用處于世界前列。歐洲目前正在積極推動包括固態(tài)電池在內(nèi)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

資料來源：觀研天下數(shù)據(jù)中心整理

目前國內(nèi)外主要國家、地區(qū)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、成本較高等問題，全固態(tài)電池的商業(yè)化應(yīng)用任重道遠(yuǎn)。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，二三線企業(yè)仍有機(jī)會在固態(tài)電池這項(xiàng)新技術(shù)上實(shí)現(xiàn)突圍。

我國典型企業(yè)固態(tài)電池技術(shù)路線及進(jìn)展

資料來源：觀研天下數(shù)據(jù)中心整理（zppeng）