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(zhì)的一種電池技術(shù)，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(shù)發(fā)展趨勢，是未來鋰離子電池升級的重要技術(shù)方向。從上世紀(jì)50年代，科學(xué)家開始針對固態(tài)鋰電池開展研究以來，至今已經(jīng)歷時70余年。盡管目前仍有一些技術(shù)問題有待解決，但是多年來材料的發(fā)展和電解質(zhì)技術(shù)的進(jìn)步，正不斷推動固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)的逐步落地。

固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)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(nèi)部的界面浸潤性，降低電池阻抗，是目前產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展較快的固態(tài)路線；全固態(tài)電池完全由固態(tài)物質(zhì)組成，不含任何液態(tài)成分。

年初以來，國內(nèi)半固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)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(chǎn)業(yè)鏈主流企業(yè)加速入場，電池廠或披露研發(fā)進(jìn)展，或發(fā)布固態(tài)新品，材料廠布局電解質(zhì)開發(fā)，積極送樣配套供貨。從車企到電池、材料，全產(chǎn)業(yè)鏈形成合力，大大提高了固態(tài)電池新技術(shù)趨勢的確定性。

政策端，一方面工信部行業(yè)新規(guī)范引導(dǎo)企業(yè)加強技術(shù)創(chuàng)新、提高產(chǎn)品質(zhì)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(guān)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(chǔ)研發(fā)支持。全球化競爭下，為鞏固和維系我國在鋰電池領(lǐng)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(zhì)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(zhì)由于其具有很好的加工性能以及極高的離子電導(dǎo)率，被認(rèn)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(xué)家吳凱在CIBF2024先進(jìn)電池前沿技術(shù)研討會上首次詳細(xì)公布了其全固態(tài)電池的研發(fā)進(jìn)展，采用硫化物固態(tài)電解質(zhì)。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(shè)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(xué)院青島生物能源與過程研究所武建飛研究員帶領(lǐng)的先進(jìn)儲能材料與技術(shù)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(zhì)及其關(guān)鍵原材料硫化鋰，開發(fā)與制備均面臨較大技術(shù)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(zhì)合成需在惰性氣氛環(huán)境下進(jìn)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(dāng)前硫化鋰售價高達(dá)480萬元/噸的情況下，硫化物電解質(zhì)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(dá)16.8億元，在所有原材料成本中占比達(dá)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(nèi)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(chǎn)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(zhì)成本降低至約45萬元/噸，電池成本降低至0.85元/Wh，對應(yīng)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(shè)規(guī)模化應(yīng)用后，硫化鋰的量產(chǎn)價格降低至30萬元/噸，則硫化物電解質(zhì)成本可降低至約15萬元/噸，電池成本降低至0.61元/Wh，對應(yīng)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(chǎn)節(jié)點或在2027年

當(dāng)前，國內(nèi)只有半固態(tài)電池實現(xiàn)了裝車應(yīng)用，全固態(tài)電池作為真正意義上的革命性新技術(shù)，量產(chǎn)應(yīng)用仍面臨一系列的挑戰(zhàn)。

寧德時代首席科學(xué)家吳凱表示，如果用技術(shù)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(biāo)是到2027年達(dá)到7-8分的水平，意味著屆時可以小批量生產(chǎn)全固態(tài)電池。未來3年，全固態(tài)電池技術(shù)和制造或?qū)⑦M(jìn)入成熟期。

業(yè)內(nèi)人士表示，近期，多家企業(yè)的固態(tài)電池在性能提升、量產(chǎn)進(jìn)度等方面不斷推進(jìn)，有望加速固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。2024年以來，我國固態(tài)電池行業(yè)出現(xiàn)半固態(tài)量產(chǎn)車型上市、半固態(tài)電池裝車滲透率達(dá)1%等邊際變化，產(chǎn)業(yè)化信號已至。我國具備技術(shù)路線低風(fēng)險、“小步快跑”節(jié)奏好、產(chǎn)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(chǎn)業(yè)化下半場勝出。

東方證券分析認(rèn)為，由于短期內(nèi)材料與成本依然較高，預(yù)計車規(guī)領(lǐng)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(dá)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(lǐng)域，下游市場對價格的敏感度較低，能夠包容較高的新技術(shù)溢價，因此預(yù)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(dá)到20%，其中全固態(tài)電池滲透率為10%。預(yù)計2030年全球固態(tài)電池出貨量將達(dá)到396GWh，其中全固態(tài)電池出貨量超85GWh。

隨著技術(shù)進(jìn)步和規(guī)模效應(yīng)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(yīng)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