固態(tài)電池：動(dòng)力電池行業(yè)變革的新引擎新賽道

圖源：攝圖網(wǎng)

作者|劉夢(mèng)婷 來(lái)源|上海中創(chuàng)研究院(ID：ZCYJ-SH)

自上世紀(jì)90年代索尼公司開(kāi)發(fā)出含有液態(tài)電解質(zhì)的鋰離子電池至今，液態(tài)鋰電池借助其成熟的技術(shù)路線逐漸成為動(dòng)力電池的主流。目前，市場(chǎng)上仍以液態(tài)電池和固液混合電池為主，全固態(tài)電池尚未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)。伴隨著市場(chǎng)擴(kuò)張,動(dòng)力電池的應(yīng)用規(guī)模將迅速擴(kuò)大，而固態(tài)鋰電池憑借其優(yōu)越的能量密度與安全性，將成為動(dòng)力電池發(fā)展的必爭(zhēng)之地。

歐美日韓等國(guó)十分重視固態(tài)電池的研發(fā)和生產(chǎn)，近年來(lái)，中國(guó)也逐漸將固態(tài)電池放到更加重要的位置上。2020年11月，國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)了《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021—2035年）》，明確提出要“加快全固態(tài)動(dòng)力電池技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化”，固態(tài)電池的前景值得期待。

01

固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)鏈分析

（一）固態(tài)電池的基本概念

傳統(tǒng)鋰電池的構(gòu)成包括正極、負(fù)極、電解液、隔膜四大材料體系?，F(xiàn)階段的鋰電池，嚴(yán)格意義上應(yīng)該被稱作液態(tài)鋰電池，因?yàn)槠涫褂玫暮诵牟牧现皇请娊庖海匆簯B(tài)電解質(zhì)）。而固態(tài)鋰電池（簡(jiǎn)稱固態(tài)電池）的不同之處在于將電解液和隔膜換成了固態(tài)電解質(zhì)。

固態(tài)電池在安全性方面遠(yuǎn)優(yōu)于液態(tài)電池。傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池使用的電解液在高溫下極易分解，腐蝕性強(qiáng)，易燃易泄露，容易導(dǎo)致鋰電池起火甚至爆炸，而固態(tài)電池使用的固態(tài)電解質(zhì)具有不易燃、無(wú)腐蝕、無(wú)揮發(fā)等特性，降低了電池組對(duì)溫度的敏感性，安全性大幅提高。

固態(tài)電池的能量密度也十分可觀，理論上可達(dá)500Wh/kg，較液態(tài)鋰電池提升70%以上。科學(xué)界認(rèn)為，液態(tài)電池的能量密度已瀕臨極限，只有固態(tài)電池能匹配新能源汽車和儲(chǔ)能等市場(chǎng)的未來(lái)發(fā)展需求。雖然目前由于成本和技術(shù)的限制，固態(tài)電池尚未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)，但基于其在安全性和能量密度上具備的明顯優(yōu)勢(shì)，固態(tài)電池將是未來(lái)鋰電池的主流發(fā)展方向。

（二）固態(tài)電池的分類

一般來(lái)說(shuō)，固態(tài)電池可以按兩種角度進(jìn)行分類。

一是按照電池中液態(tài)電解質(zhì)的含量差異，固態(tài)電池可分為三類：全固態(tài)（不含任何液態(tài)電解質(zhì)）、準(zhǔn)固態(tài)/類固態(tài)（液態(tài)液態(tài)電解質(zhì)質(zhì)量百分比小于5%）、半固態(tài)（液態(tài)電解質(zhì)質(zhì)量百分比小于10%）。全固態(tài)電池徹底去除溶劑，準(zhǔn)固態(tài)和半固態(tài)含有殘留溶劑，無(wú)法徹底去除。

二是根據(jù)電解質(zhì)材料的不同，固態(tài)電池可分為聚合物、氧化物、硫化物三種體系，其中，聚合物電解質(zhì)屬于有機(jī)電解質(zhì)，氧化物與硫化物屬于無(wú)機(jī)陶瓷電解質(zhì)。聚合物體系工藝最為成熟，但性能上限制約發(fā)展；氧化物體系分為薄膜和非薄膜類，前者開(kāi)發(fā)重點(diǎn)在于容量的擴(kuò)充與規(guī)?；a(chǎn)，后者綜合性能較好，是當(dāng)前研發(fā)的重點(diǎn)方向；硫化物體系處于發(fā)展空間巨大與技術(shù)水平不成熟的兩極化局面，亟需解決安全與界面問(wèn)題。

圖1  固態(tài)電池分類

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（三）固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)鏈

固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)鏈與液態(tài)鋰電池大致相似。

產(chǎn)業(yè)鏈上游主要涉及原料礦產(chǎn)和電池電芯材料。原料礦產(chǎn)主要包括鋰礦、錳礦、鈷礦、石墨礦、錫礦等。電池電芯材料主要包括正極、負(fù)極、隔膜、電解質(zhì)等，若完全發(fā)展至全固態(tài)電池，隔膜也完全被替換。其中：正極材料主要包括三元鋰、磷酸鐵鋰、鈷酸鋰和錳酸鋰四種；負(fù)極材料主要集中于金屬鋰、碳族、氧化物三類。

產(chǎn)業(yè)鏈中游為電池包的加工制備過(guò)程，包括電池封裝集成、電源管理系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)。

產(chǎn)業(yè)鏈下游主要應(yīng)用于新能源汽車，在消費(fèi)電子和儲(chǔ)能領(lǐng)域也有一定應(yīng)用空間，但目前不是主流。

圖2  固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)崂?/p>

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02

固態(tài)電池行業(yè)發(fā)展格局

固態(tài)電池行業(yè)本身尚處于藍(lán)海之中，目前市面上有的固態(tài)電池主要為固液混合或者半固態(tài)過(guò)渡形式，各國(guó)仍在加緊對(duì)全固態(tài)電池的研發(fā)，全固態(tài)大規(guī)模量產(chǎn)仍有很長(zhǎng)的路要走。

（一）國(guó)際格局：日本引領(lǐng)，美、歐、韓緊追不舍

在固態(tài)電池研發(fā)領(lǐng)域，日、美、歐、韓等國(guó)家和地區(qū)都在積極布局，搶抓產(chǎn)業(yè)新風(fēng)口。

圖3  全球固態(tài)電池專利分布

數(shù)據(jù)來(lái)源：智慧芽全球?qū)＠麛?shù)據(jù)庫(kù)（截至2022年9月數(shù)據(jù)）

日本處于引領(lǐng)地位，中美歐韓緊隨其后，位列第二梯隊(duì)。日本不僅在全固態(tài)電池專利上占據(jù)絕對(duì)主導(dǎo)地位（豐田為該領(lǐng)域?qū)＠揞^），而且國(guó)家有完整的計(jì)劃支持和明確的分工部署，日本政府每年在固態(tài)電池行業(yè)投入經(jīng)費(fèi)50-100億日元。

美國(guó)固態(tài)電池的研發(fā)以初創(chuàng)公司為主，QuantumScape、Solid Power等初創(chuàng)公司創(chuàng)新能力突出，國(guó)家層面也十分重視，2021年6月，美國(guó)發(fā)布《鋰電池2021-2030年國(guó)家藍(lán)圖》。隨后，美國(guó)能源部（DOE）宣布資助2.09億美元支持固態(tài)電池及快充等先進(jìn)動(dòng)力電池的技術(shù)研究。

歐盟相繼推出《電池2030規(guī)劃》及《2030電池創(chuàng)新路線圖》，并批準(zhǔn)了歐洲固態(tài)電池投資專項(xiàng)計(jì)劃，由歐盟多國(guó)共同出資32億歐元用于發(fā)展固態(tài)電池。

韓國(guó)研究固態(tài)電池以企業(yè)界為主導(dǎo)，三星、LG和SK Innovation成立聯(lián)合基金共同開(kāi)發(fā)固態(tài)電池，2022年3月，三星宣布開(kāi)始建設(shè)世界第一條全固態(tài)電池生產(chǎn)線。

（二）國(guó)內(nèi)格局：本土企業(yè)加速布局，仍處于發(fā)展初期

中國(guó)雖然在全球動(dòng)力電池領(lǐng)域的市場(chǎng)份額穩(wěn)居第一，但是固態(tài)電池的研發(fā)不及日、韓、歐、美等地區(qū)起步早，尚處于發(fā)展上升期，企業(yè)正在加速布局，深化產(chǎn)學(xué)研合作。

2020年11月，國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)了《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021—2035年）》。規(guī)劃明確指出，要加快固態(tài)動(dòng)力電池技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化，首次將固態(tài)電池發(fā)展上升到國(guó)家戰(zhàn)略層面。依托中科院等科研機(jī)構(gòu)的技術(shù)支撐，多家新能源車企、電池制造商紛紛發(fā)力，加速對(duì)固態(tài)電池的布局，該賽道的投融資進(jìn)程也加速推進(jìn)。

相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，近三年動(dòng)力電池投資事件主要包括電池材料、加工設(shè)備和軟件三個(gè)方面。截至2021年，電池材料占比已接近總數(shù)的2/3，而固態(tài)鋰電池則是電池材料投資的絕對(duì)重點(diǎn)，已接近70%。

目前，國(guó)內(nèi)固態(tài)電池代表性企業(yè)和研發(fā)機(jī)構(gòu)主要集中在環(huán)渤海、長(zhǎng)三角及東南沿海地區(qū)，這與當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展水平及科研實(shí)力密切相關(guān)。

目前業(yè)界公認(rèn)的四大頭部固態(tài)電池公司為：北京衛(wèi)藍(lán)、江蘇清陶、寧波鋒鋰、臺(tái)灣輝能。這四家公司離固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化最為接近，均已建成中試規(guī)模實(shí)驗(yàn)線，并有產(chǎn)品開(kāi)始商用。寧德時(shí)代、國(guó)軒高科雖然是動(dòng)力電池領(lǐng)域的龍頭企業(yè)，但是從固態(tài)電池的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程來(lái)看，離前四家尚有距離。

圖4  中國(guó)主要固態(tài)電池研究企業(yè)及研究所分布地圖

資料來(lái)源：前瞻研究院，衛(wèi)藍(lán)新能源

03

我國(guó)固態(tài)電池的市場(chǎng)格局

針對(duì)目前國(guó)內(nèi)代表性的固態(tài)電池企業(yè)，從四個(gè)維度展開(kāi)分析。

（一）企業(yè)呈現(xiàn)多路徑、多領(lǐng)域發(fā)展特點(diǎn)

從目前固態(tài)電池企業(yè)的出身來(lái)看，涵蓋國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)鏈上中下游各環(huán)節(jié)的公司。既有天齊鋰業(yè)、贛鋒鋰業(yè)等新能源材料供應(yīng)商，又有寧德時(shí)代、國(guó)軒高科、衛(wèi)藍(lán)新能源等動(dòng)力電池生產(chǎn)企業(yè)，還包括比亞迪、上汽、蔚來(lái)等整車車企。

表1：中國(guó)重點(diǎn)企業(yè)固態(tài)電池業(yè)務(wù)布局

資料來(lái)源：前瞻研究院，2022年數(shù)據(jù)根據(jù)公開(kāi)信息整理

（二）更加傾向于氧化物及硫化物技術(shù)路線

從固態(tài)電池的技術(shù)路徑來(lái)看，按照電解質(zhì)的不同，可分為聚合物、氧化物、硫化物三條技術(shù)路線。歐美等國(guó)主要選擇聚合物技術(shù)路線，以法國(guó)Bolloré集團(tuán)和美國(guó)Solid Energy為代表。日韓企業(yè)主要押注硫化物路線，以豐田和三星為代表。

中國(guó)企業(yè)則以硫化物和氧化物兩種電解質(zhì)技術(shù)路線為主，其中硫化物路線的代表企業(yè)有寧德時(shí)代、蜂巢能源，氧化物路線以清陶能源、衛(wèi)藍(lán)新能源、臺(tái)灣輝能、贛鋒鋰業(yè)等企業(yè)為代表。

表2：各國(guó)代表企業(yè)固態(tài)電池技術(shù)路線布局

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（三）融資市場(chǎng)繁榮，資本競(jìng)相逐鹿

根據(jù)電池網(wǎng)不完全統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)已有7家相關(guān)企業(yè)獲得29輪融資，2022年完成了11輪。清陶能源、輝能科技、衛(wèi)藍(lán)新能源位列前三，分獲9輪、7輪、6輪融資，已披露的融資金額就高達(dá)數(shù)億元。投資方既包括國(guó)內(nèi)外投資公司，又包括產(chǎn)業(yè)鏈上中下游的知名企業(yè)，同時(shí)還有華為、小米、碧桂園等體量巨大的跨界行業(yè)巨頭。

（四）技術(shù)成熟度有待提升，大規(guī)模量產(chǎn)仍有距離

2022年11月，中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)從基礎(chǔ)研發(fā)端、產(chǎn)業(yè)推進(jìn)端兩大角度評(píng)估了全固態(tài)電池的量產(chǎn)預(yù)期和發(fā)展?jié)摿?。預(yù)估2030年前可能實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池小規(guī)模量產(chǎn)并正式裝車使用，從目前的研究和產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀來(lái)看，距離大規(guī)模量產(chǎn)大約需要10年以上的時(shí)間。根據(jù)GGII、Bloomberg、伍德麥肯茲（Wood Mackenzie）等機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，2030年固態(tài)電池出貨量約150GWh，市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)達(dá)到1500億元人民幣，至2030年，固態(tài)電池出貨量復(fù)合增速將高達(dá)到80%。

04

對(duì)固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的若干建議

（一）加大政策支持，強(qiáng)化政策引導(dǎo)

完善財(cái)稅金融鼓勵(lì)政策，通過(guò)政府補(bǔ)貼、稅收優(yōu)惠、產(chǎn)業(yè)投資專項(xiàng)基金等方式鼓勵(lì)固態(tài)電池企業(yè)創(chuàng)新研發(fā)。將固態(tài)鋰電池納入國(guó)家重點(diǎn)領(lǐng)域、關(guān)鍵行業(yè)的研發(fā)體系中，通過(guò)國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等促進(jìn)固態(tài)鋰電池相關(guān)基礎(chǔ)研究。

（二）深化產(chǎn)學(xué)研融合，推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程

匯聚海內(nèi)外高層次人才和科研院所的力量，推進(jìn)產(chǎn)學(xué)研深度融合，在原材料、電芯制造、電源管理、電池模塊等產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行布局，促進(jìn)固態(tài)電池成本與技術(shù)攻關(guān)。依托現(xiàn)有生產(chǎn)應(yīng)用示范平臺(tái)，組織開(kāi)展新能源汽車等領(lǐng)域的應(yīng)用示范，助力企業(yè)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

（三）深化國(guó)際合作，推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際化

強(qiáng)化與國(guó)外先進(jìn)固態(tài)電池企業(yè)的合作，積極引進(jìn)國(guó)外固態(tài)電池技術(shù)，消化吸收再創(chuàng)新，不斷提高本國(guó)自主創(chuàng)新能力。開(kāi)展固態(tài)鋰電池領(lǐng)域相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)修訂制工作，推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際化，爭(zhēng)取在全球固態(tài)鋰電池產(chǎn)業(yè)中掌握主動(dòng)權(quán)。

參考資料：

固態(tài)電池:道阻且長(zhǎng)，仍需腳踏實(shí)地，興業(yè)證券，朱玥，2021-01-11.

鋰電池的新浪潮：固態(tài)電池的突破與創(chuàng)新，松禾資本，2022-06-28.

固態(tài)電池三大技術(shù)路線爭(zhēng)霸，誰(shuí)能穿透迷霧看到終局，經(jīng)緯創(chuàng)投，2022-06-27.

歐美日韓開(kāi)辟新戰(zhàn)場(chǎng)，固態(tài)電池賽道，我國(guó)跑慢了嗎，全國(guó)能源信息平臺(tái),2021-11-29.

動(dòng)力電池“三國(guó)殺”變局：中韓“雙雄對(duì)決”,日本掉隊(duì),第一財(cái)經(jīng),肖逸思,2022-10-27.

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全固態(tài)電池距離真正量產(chǎn)裝車，還需要多久？阿爾法工場(chǎng)研究院,2022-11-15.

編者按：本文轉(zhuǎn)載自微信公眾號(hào)：上海中創(chuàng)研究院(ID：ZCYJ-SH)，作者：劉夢(mèng)婷