日前，三星SDI宣布計(jì)劃在2027年量產(chǎn)全固態(tài)電池，公司已建成能量密度為900Wh/L全固態(tài)電池試驗(yàn)生產(chǎn)線，目前正在生產(chǎn)原型樣品。
此前，大眾旗下子公司PowerCo SE宣布與QuantumScape合作生產(chǎn)的的固態(tài)電池進(jìn)行1000多次循環(huán)充電測(cè)試后，電池容量保持在95%，超過50萬公里續(xù)航無明顯衰減，顯示出其具有良好循環(huán)壽命。
國(guó)內(nèi)企業(yè)目前在半固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化方面進(jìn)展較快，2023年12月搭載半固態(tài)電池的蔚來ET7續(xù)航里程測(cè)試超過1000公里，2024年東風(fēng)、蔚來和上汽將會(huì)推出搭載半固態(tài)的車型，實(shí)現(xiàn)半固態(tài)電池批量裝車。
固態(tài)電池板塊近期表現(xiàn)也較為活躍，2月6日至今板塊漲幅達(dá)到19.29%，較同期大盤表現(xiàn)更好，本文來對(duì)固態(tài)電池行業(yè)進(jìn)行分析。
資料來源：wind，鈦媒體產(chǎn)業(yè)研究部
根據(jù)電解質(zhì)狀態(tài)，鋰電池分為液態(tài)電池、半固態(tài)電池和固態(tài)電池，不同于液態(tài)電池，固態(tài)電池是用固態(tài)電解質(zhì)代替液態(tài)電池中的電解液和隔膜，而半固態(tài)電池使用的是固液混合電解質(zhì)，同時(shí)保留隔膜。
固態(tài)電池工作原理與液態(tài)鋰電池相似，均為鋰離子在正負(fù)電極之間的嵌入與脫出，充電時(shí)鋰離子從正極脫出通過固態(tài)電解質(zhì)遷移至負(fù)極，與通過外電路流向負(fù)極的電子復(fù)合成鋰原子，放電過程則相反。
相比液態(tài)鋰電池，固態(tài)電池在能量密度和安全性方面優(yōu)勢(shì)明顯，能量密度方面，目前液態(tài)鋰電池能量密度已接近350Wh/Kg能量密度上限，而固態(tài)電池通過采用高比容量的正負(fù)極材料，能量密度可達(dá)到500Wh/Kg以上。
在安全性方面，傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池在大電流工作下負(fù)極有可能出現(xiàn)鋰枝晶，刺破隔膜從而導(dǎo)致電池內(nèi)部短路，同時(shí)電解液在高溫下容易發(fā)生副反應(yīng)，存在爆炸或自燃風(fēng)險(xiǎn)，而固態(tài)電解質(zhì)具有化學(xué)活性低和耐高溫等特性，可以有效抑制鋰枝晶生長(zhǎng)，安全性高。
此外，固態(tài)電池避免了電解液在低溫環(huán)境下流動(dòng)性下降缺點(diǎn)，可在低溫環(huán)境下穩(wěn)定工作，同時(shí)由于取消掉電解液和隔膜，固態(tài)電池正負(fù)極之間距離更短，相同容量下電池體積更小。
電池充放電速度主要由離子電導(dǎo)率決定，固態(tài)電解質(zhì)中離子運(yùn)輸由離子在體相和表界面中運(yùn)輸過程共同決定，由于電解質(zhì)離子之間相互作用力強(qiáng)，離子遷移能壘較液態(tài)電池更高，電導(dǎo)率低。
此外，固態(tài)電池由于電極與電解質(zhì)接觸界面是固-固界面，相比液態(tài)電池固-液接觸界面，接觸面積更小，且接觸界面存在大量晶界，多次接觸后容易導(dǎo)致接觸失效，產(chǎn)生容量衰減。
目前固態(tài)電池使用的固態(tài)電解質(zhì)主要有氧化物、聚合物和硫化物三種，其中聚合物屬于有機(jī)電解質(zhì)，氧化物和硫化物屬于無機(jī)電解質(zhì)。
氧化物電解質(zhì)具有較好的導(dǎo)電性和穩(wěn)定性，可適配高壓正極材料和金屬鋰負(fù)極，但由于其較為堅(jiān)硬，使其界面接觸較差；硫化物離子導(dǎo)電率最高，延展性好，但化學(xué)穩(wěn)定性較差，易與鋰金屬和潮濕空氣發(fā)生反應(yīng)；聚合物電解質(zhì)接觸界面較好，但室溫下離子電導(dǎo)率較低。
聚合物電解質(zhì)開發(fā)時(shí)間最早，與現(xiàn)有電解液生產(chǎn)設(shè)備和工藝兼容性較好，已實(shí)現(xiàn)小規(guī)模量產(chǎn)，但由于其電導(dǎo)率較低，商業(yè)化進(jìn)展緩慢。
氧化物電解質(zhì)各方面性能較為均衡，目前進(jìn)展較快；而硫化物電解質(zhì)雖然電導(dǎo)率高、更適合在電動(dòng)車上應(yīng)用，但在保持穩(wěn)定性方面難題仍有待解決。
雖然固態(tài)電池技術(shù)取得較大進(jìn)展，但距離大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用仍需一段時(shí)間，半固態(tài)電池（電解液質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%-10%）作為固態(tài)電池過渡階段解決方案，相較液態(tài)鋰電池能量密度和安全性均有較大提高，同時(shí)可沿用現(xiàn)有電池制造工藝。
國(guó)內(nèi)氧化物半固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)度較快，衛(wèi)藍(lán)新能源、贛鋒鋰電和清陶能源等企業(yè)氧化物半固態(tài)電池已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，根據(jù)GGII數(shù)據(jù)，截止2023年底國(guó)內(nèi)半固態(tài)電池產(chǎn)能規(guī)劃累計(jì)接近300GWh，落地產(chǎn)能約15GWh，預(yù)計(jì)2024年全年半固態(tài)電池裝車量有望突破5GWh。
國(guó)外固態(tài)電池布局企業(yè)中，韓國(guó)三星SDI和LG新能源主要以聚合物和硫化物技術(shù)路線為主，日本松下和日產(chǎn)主要以硫化物技術(shù)路線為主，美國(guó)Solid Power和Quantum Scape等廠商對(duì)聚合物、氧化物和硫化物技術(shù)路線均有布局。
國(guó)內(nèi)固態(tài)電池領(lǐng)域布局企業(yè)較多，包括以衛(wèi)藍(lán)新能源、清陶能源和恩能動(dòng)力為代表的初創(chuàng)公司和寧德時(shí)代、贛鋒鋰業(yè)和孚能科技等傳統(tǒng)鋰電廠商在聚合物、氧化物和硫化物技術(shù)路線方面均有布局。
固態(tài)電池正極材料方面，短期內(nèi)高鎳三元材料由于能量密度高和倍率性能好成為主流正極材料體系，長(zhǎng)期富鋰錳基和鎳錳酸鋰等高比容量材料有望成為發(fā)展方向，相關(guān)公司包括容百科技、當(dāng)升科技、華友鈷業(yè)和長(zhǎng)遠(yuǎn)鋰科等。
固態(tài)電池負(fù)極材料包括石墨、硅負(fù)極、合金負(fù)極和金屬鋰等，中短期內(nèi)硅由于比容量高成為主流方案，長(zhǎng)期來看金屬鋰由于克容量高、電極電位低，是固態(tài)電池理想負(fù)極材料，相關(guān)公司包括貝特瑞、杉杉股份、翔豐華和璞泰來等。
固態(tài)電池電解質(zhì)相關(guān)公司包括清陶能源、贛鋒鋰業(yè)、天目先導(dǎo)和藍(lán)谷新能源等，其中部分企業(yè)氧化物電解質(zhì)已進(jìn)入量產(chǎn)階段。
固態(tài)電池廠商包括衛(wèi)藍(lán)新能源、清陶能源和贛鋒鋰業(yè)等，部分廠商已實(shí)現(xiàn)半固態(tài)電池量產(chǎn)，接下來也會(huì)有廠商將會(huì)陸續(xù)發(fā)布固態(tài)電池。
資料來源：公司公告，鈦媒體產(chǎn)業(yè)研究部
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