固態(tài)電池：鋰電升級重要方向　產業(yè)落地持續(xù)加速

固態(tài)電池是將傳統(tǒng)液態(tài)電池中的電解液替換為固態(tài)電解質的一種電池技術，能夠大幅提升電池的安全性、能量密度，契合新能源汽車對于鋰離子電池技術發(fā)展趨勢，是未來鋰離子電池升級的重要技術方向。從上世紀50年代，科學家開始針對固態(tài)鋰電池開展研究以來，至今已經歷時70余年。盡管目前仍有一些技術問題有待解決，但是多年來材料的發(fā)展和電解質技術的進步，正不斷推動固態(tài)電池產業(yè)的逐步落地。

固態(tài)電池產業(yè)化進展加速

根據(jù)固態(tài)電池中電解液含量的不同，可以分為半固態(tài)電池和全固態(tài)電池。一般來講，半固態(tài)電池中的電解液含量占比在5-10%，電解液的添加能夠提升電池內部的界面浸潤性，降低電池阻抗，是目前產業(yè)化進展較快的固態(tài)路線；全固態(tài)電池完全由固態(tài)物質組成，不含任何液態(tài)成分。

年初以來，國內半固態(tài)電池產業(yè)化進展連連。以上汽、廣汽為代表的車企成為推動半固態(tài)電池裝車的中堅力量，2024年上半年半固態(tài)電池實現(xiàn)裝車量2.15GWh；鋰電產業(yè)鏈主流企業(yè)加速入場，電池廠或披露研發(fā)進展，或發(fā)布固態(tài)新品，材料廠布局電解質開發(fā)，積極送樣配套供貨。從車企到電池、材料，全產業(yè)鏈形成合力，大大提高了固態(tài)電池新技術趨勢的確定性。

政策端，一方面工信部行業(yè)新規(guī)范引導企業(yè)加強技術創(chuàng)新、提高產品質量，另一方面據(jù)官媒消息，國家將投入約60億元用于全固態(tài)電池研發(fā)，項目會由相關部委牽頭實施，寧德時代、比亞迪等六家企業(yè)將獲得政府基礎研發(fā)支持。全球化競爭下，為鞏固和維系我國在鋰電池領域的優(yōu)勢地位，發(fā)展固態(tài)電池具有很高的戰(zhàn)略意義，有望獲得國家層面的鼓勵與支持。

硫化物路線有望成為主流

目前，主流的固態(tài)電解質分為聚合物、氧化物、硫化物三大路線。其中，硫化物固態(tài)電解質由于其具有很好的加工性能以及極高的離子電導率，被認為是全固態(tài)鋰電池中的有力競爭者。

2024年4月28日，寧德時代首席科學家吳凱在CIBF2024先進電池前沿技術研討會上首次詳細公布了其全固態(tài)電池的研發(fā)進展，采用硫化物固態(tài)電解質。在此之前，硫化物路線主要為海外企業(yè)所青睞，既包括豐田、三星等日韓企業(yè)，也包括部分歐美企業(yè)，如SolidPower和SvoltEn?ergy，已成功制造了20Ah硫化物全固態(tài)電池，SolidPower、Samsung和Nissan已開始建設硫化物全固態(tài)電池試制線。

近期硫化物全固態(tài)電池高容量正極材料研究也不斷取得新突破。據(jù)媒體9月3日報道，中國科學院青島生物能源與過程研究所武建飛研究員帶領的先進儲能材料與技術研究組，研發(fā)出用于全固態(tài)鋰硫電池的新型硫化鋰正極材料，能量密度超過600瓦時每千克。該研究為開發(fā)高能量密度的全固態(tài)電池提供了新的方法和思路，與目前已商業(yè)化的鋰離子電池相比，其能量密度高出1倍有余，且成本更低。

不過，硫化物電解質及其關鍵原材料硫化鋰，開發(fā)與制備均面臨較大技術與工藝挑戰(zhàn)。由于硫化物遇空氣會迅速水解生成毒性氣體，因此電解質合成需在惰性氣氛環(huán)境下進行，造成研發(fā)、制造、運輸及儲存成本高昂，成為硫化物全固態(tài)電池走向商業(yè)化的重要掣肘，同時也意味著長期降本空間巨大。

據(jù)東方證券測算，在當前硫化鋰售價高達480萬元/噸的情況下，硫化物電解質的成本將超過200萬元/噸，全固態(tài)電池的材料成本約為2.2元/Wh，單GWh中硫化鋰價值量高達16.8億元，在所有原材料成本中占比達77%。作為參照，目前普通三元電池中碳酸鋰的價值量約為5700萬元/GWh。（見圖一、二）

根據(jù)歐陽明高院士年初的演講內容，自制硫化鋰較外購可實現(xiàn)80%成本節(jié)降，若硫化物固態(tài)電池實現(xiàn)量產裝車，硫化鋰價格有較大可能降至100萬元/噸左右，則硫化物電解質成本降低至約45萬元/噸，電池成本降低至0.85元/Wh，對應單GWh電池硫化鋰價值量約3.5億元，依然為成本占比最高的電池材料。假設規(guī)模化應用后，硫化鋰的量產價格降低至30萬元/噸，則硫化物電解質成本可降低至約15萬元/噸，電池成本降低至0.61元/Wh，對應單GWh電池硫化鋰價值量約1.1億元，占比僅次于三元材料。

全固態(tài)電池量產節(jié)點或在2027年

當前，國內只有半固態(tài)電池實現(xiàn)了裝車應用，全固態(tài)電池作為真正意義上的革命性新技術，量產應用仍面臨一系列的挑戰(zhàn)。

寧德時代首席科學家吳凱表示，如果用技術和制造成熟度作為評價體系（以1-9打分），則寧德時代的全固態(tài)電池研發(fā)目前處于4分的水平。寧德時代的目標是到2027年達到7-8分的水平，意味著屆時可以小批量生產全固態(tài)電池。未來3年，全固態(tài)電池技術和制造或將進入成熟期。

業(yè)內人士表示，近期，多家企業(yè)的固態(tài)電池在性能提升、量產進度等方面不斷推進，有望加速固態(tài)電池的產業(yè)化進程。2024年以來，我國固態(tài)電池行業(yè)出現(xiàn)半固態(tài)量產車型上市、半固態(tài)電池裝車滲透率達1%等邊際變化，產業(yè)化信號已至。我國具備技術路線低風險、“小步快跑”節(jié)奏好、產業(yè)化條件充沛等優(yōu)勢，有望在半固態(tài)及全固態(tài)電池產業(yè)化下半場勝出。

東方證券分析認為，由于短期內材料與成本依然較高，預計車規(guī)領域一些高端或特定需求的電動車型會接受一定溢價搭載固態(tài)電池，到2030年動力電池中固態(tài)電池滲透率達到10%，其中主要為半固態(tài)電池；而在消費電子、航空航天等領域，下游市場對價格的敏感度較低，能夠包容較高的新技術溢價，因此預計固態(tài)電池的滲透率提升將快于車用市場，2030年固態(tài)電池滲透率達到20%，其中全固態(tài)電池滲透率為10%。預計2030年全球固態(tài)電池出貨量將達到396GWh，其中全固態(tài)電池出貨量超85GWh。

隨著技術進步和規(guī)模效應顯現(xiàn)，2030年同時有望成為全固態(tài)電池開啟降本通道的起點，隨著成本下降市場競爭力增強，全固態(tài)電池將打開更廣闊的應用市場，滲透率加速提升。

圖一：硫化物固態(tài)電池材料成本拆分

圖二：普通三元電池材料成本拆分