全固态电池技术迭代驶入快车道产业化进程加速

2025-03-06 09:14

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固态电池性能优异成未来发展趋势

固态电池与传统锂离子电池在基本电化学机制上相同，最大区别在于电解质材料。固态电池与锂离子液态电池原理上均通过正负极之间锂离子的嵌入和脱嵌来实现电能的存储和释放。二者的关键区别在于固态电池的电解质材料，不同于锂离子电池中的液态电解质，固态电池采用的是固态电解质，并剔除隔膜，且正负极会掺混固态电解质。

固态锂电池结构

结构	负极	电解质	隔膜(可消除)	电解质	正极
可选材料	锂金属	氧化物	氧化物	氧化物	LFP
	硅	硫化物	硫化物	硫化物	NMC
	石墨	聚合物	聚合物	聚合物	NCA
	钛酸锂	卤化物	卤化物	卤化物	硫
	-	-	-	-	高压阴极

资料来源：观研天下数据中心整理

液态电池到固态电池的技术迭代路径大致遵循“引入固态电解质→引入新型负极→引入新型正极”路径。阶段一：引入固态电解质，保留少量电解液，正负极仍为三元+石墨/硅基负极，并采用负极预锂化等技术提高能量密度。阶段二：用固态电解质逐步至完全取代电解液，用金属锂取代石墨/硅负极，正极仍为三元材料。阶段三：逐渐减薄固态电解质的厚度，并用硫化物/镍锰酸锂/富锂锰基等材料取代正极。

固态电池技术迭代路径

	类型	电解液	隔膜	负极	正极
第一代	半固态	部分替换为固态电解质	不变	石墨/硅碳，可能配合预锂化技术	三元
第二代	全固态	全部替换为固态电解质	取消(少数方案保留)	石墨/硅碳，可能配合预锂化技术	三元
第三代	全固态	全部替换为固态电解质	取消(少数方案保留)	金属锂	三元
第四代	全固态	全部替换为固态电解质	取消(少数方案保留)	金属锂	硫化物/镍锰酸锂/富锂锰基等

资料来源：观研天下数据中心整理

根据观研报告网发布的《中国全固态电池行业发展现状分析与投资前景研究报告（2025-2032年）》显示，全固态电池采用固态电解质实现对电解液和隔膜的完全替代。根据固态电解质类型的不同，全固态电池主要分为聚合物、氧化物、硫化物三大路线。聚合物和氧化物路线率先应用。聚合物电解质柔性好、成本低，率先得到应用，但其离子电导率低的劣势明显。氧化物体系稳定性高，但材料脆性会恶化固-固界面的刚性接触，目前多与聚合物固态电解质等复合应用。硫化物电解质兼具高离子电导率和材料柔性，长期潜力大。离子电导率是电解质的第一材料特性，硫化物固态电解质离子电导率可达到10-2S/cm量级（与电解液相当），且材料柔性强可改善界面接触，是相对更有潜力的发展路线。但由于不稳定性和电压窗口低，目前仍在研发中。

固态电池三种技术路径材料体系分析

	聚合物	氧化物	硫化物
代表材料	聚合物基体+锂盐+添加剂·聚合物：PEO、PPC、PC·锂盐：LiBF₄、LiPF₆·添加剂：Al₂O₃、SiO₂、TiO₂	·石榴石型★★★·NASICON型★★·LiPON型★·钙钛矿型★	·锂硫银锗矿型★★★·LGPS型★★·LPS型★★·Thio-LISICONs型★★
离子电导率	·室温：10-7-10-5S/cm·65-78℃:10-4S/cm	10-6-10-3S/cm	10-4-10-2S/cm
优缺点	·优点：柔性好、制造容易·缺点：电导率低	·优点：稳定性高、锂枝晶抵抗力好·缺点：脆性大、电导率不足	·优点：电导率高，柔性好·缺点：对锂金属不稳定、电压窗口低、空气不稳定

资料来源：观研天下数据中心整理

固态电池的核心价值在于打破传统液态电池在能量密度上的天花板。能量密度，即单位体积或重量电池所能储存的能量大小，直接决定了电池的续航水平。

传统液态电池的能量密度主要受其正负极体系的制约。目前，基于三元正极与石墨负极的液态电池在能量密度方面已接近其理论上限。为了显著提升续航能力，必须采用更为先进的正负极材料。负极材料的升级路径相对清晰，从石墨（克容量约372mAh/g）到硅基材料（克容量450-600mAh/g），再到锂金属（克容量>1000mAh/g），每次迭代伴随着负极材料克容量的显著提升。例如，高镍三元正极搭配石墨负极的电池，能量密度约为240-280wh/kg；而若以硅基负极替代石墨，能量密度有望跃升至280-350wh/kg；若进一步采用CVD气相硅基负极或锂金属负极，能量密度更是有望突破400wh/kg。正极材料的升级方向则聚焦于高电压、高比容，富锂锰基、锂硫正极等都是潜在的迭代选项。

固态电池与液态三元电池能量密度对比

项目	液态三元电池	高比能固态电池	单位
电芯能量密度	250	400	wh/kg
单kWh材料单耗	4	2.5	kg
单kWh材料单耗降幅	38%		-
假设成组效率	70%	70%	-
电池包能量密度	175	280	wh/kg
同等重量下带电量容量增加	60%		-

资料来源：观研天下数据中心整理

然而，传统液态电解液难以兼容正负极材料体系的升级。液态锂离子电池的电解液在高压、高温、高能量密度环境下容易分解失效。因此，引入化学性质更为稳定的固态电解质，取代传统的锂离子电解液，成为突破电池性能局限的关键。固态电解质能够兼容正负极材料的迭代升级，从而打破电池性能瓶颈，实现能量密度的飞跃。

固态电池有效提高电池的安全性能

项目	固态电解质	电解液
高安全性能	具有极高的热稳定性，在高温环境下不易发生分解反应，能够有效阻止内部短路引发的连锁反应	大多具有易燃性，一旦电池内部出现短路等故障，极易引发电解液燃烧甚至爆炸
高安全性能	固体介质没有流动性，不存在渗漏风险	液体电解液存在渗漏风险
前沿体系适应性	更稳定、电化学窗口宽，可以兼容高比容量的正负极	电解液发生分解，产生气体，存在电池鼓包、性能衰减等风险
前沿体系适应性	从电池模组的角度可以适配双极板，降低外壳用量以提升能量密度	电解液漏液导致短路

资料来源：观研天下数据中心整理

全固态电池新技术上有望实现突围

受制于技术发展因素，高能量密度全固态锂电池实现产业化还需要一定时间。首先能够实现规模化量产的是介于液态锂离子与全固态锂电池之间的电池类型，目前半固态电池、全固态电池齐头并进，半固态电池成本及技术难度低于全固态电池，目前已实现装车，产业化进程稍快于全固态电池。

从液态电池向固态电池的转化，是电池技术发展的长期趋势，主要推动力在于电池安全性及能量密度。安全性主要是热稳定性、锂枝晶两大问题；能量密度可通过引入新型负极材料及正极材料得到提升。固态电池发展备受重视，中国或将投入约60亿元用于全固态电池研发，包括宁德时代、比亚迪、一汽、上汽、卫蓝新能源和吉利共六家企业或获得政府基础研发支持。

固态电池产业化进程加速

	半固态电池	全固态电池
上汽	智已L6搭载清陶的半固态电池	2026年全固态电池实现交付量产，2027年搭载全固态电池实现量产交付
广汽	/	2026年率先搭载于昊铂车型
长安	/	2030年推出液态、半固态、全固态等8款自研电芯
宁德时代	/	已进入20Ah样品的试制阶段，2027年小批量生产固态电池
比亚油	/	2027年起针对中高端电动汽车领域，小批量生产硫化物全固态电池，2030年应用于主流电动汽车
华为	/	公布了一项硫化物固态电池发明专利，名为《掺杂硫化物材料及其制备方法、锂离子电池》
太蓝新能源	2026年装车验证	2027年实现批量生产
清陶能源	已搭载上汽智己车型	第三代全固态电池的验证工作也在有序进行中
欣旺达	第一代半固态电池已完成开发，第二代半固态电池中试实验	第三代聚合物复合全固态电池完成了实验室验证，预计2025年完成产品开发，第四代全固态电池预计2027年完成实验室样品
卫蓝新能源	已向蔚来汽车交付半固态电池产品	计划在2027年实现小批量全固态电池的示范性应用

资料来源：观研天下数据中心整理

固态电池技术作为锂电池未来必争的技术高地，目前美国、日本、韩国、欧洲等全球主要国家均在加快固态电池布局，固态电池技术的发展在未来将重塑全球电池体系新格局。

日本固态电池企业起步较早，主流技术路线采用硫化物固态电解质，关键材料及下游车企积极参与固态固态电池研发，松下电器计划2025年实现固态电池市场化应用，丰田、本田等车企计划2028-2030年实现固态电池规模化、商业化应用。

韩国固态电池发展思路为重量轻的硫化物全固态电池以及高安全性的氧化物全固态电池，韩国电池企业初步规划在2027年实现全固态电池商业化应用。

欧美多选择聚合物、氧化物路线。美国电池企业关键材料大多依赖进口，QuantumScape、SolidPower等固态电池主要企业计划在2025年前后实现装车示范应用，目前美国固态电池在航空领域的应用处于世界前列。欧洲目前正在积极推动包括固态电池在内的先进电池技术发展，但整体尚未形成完善的电池产业体系。

国外典型企业固态电池技术路线

国家	企业名称	技术路线
日本	丰田汽车三菱化学/日产汽车公司联盟松下电器富士电气化学有限公司小原股份有限公司日立造船公司三洋化成工业股份有限公司日本出光兴产股份有限公司	硫化物硫化物卤化物氧化物氧化物硫化物聚合物硫化物
德国	宝马集团大众集团	硫化物氧化物
韩国	LG新能源现代汽车 SKOn 三星SDI	硫化物聚合物/硫化物硫化物/氧化物聚合物/硫化物
法国	博洛雷集团	聚合物
英国	llika LiNaEnergy	氧化物氧化物
美国	QuantumScape OnicMaterials SolidPower FactorialEnergy	氧化物聚合物硫化物聚合物

资料来源：观研天下数据中心整理

目前国内外主要国家、地区加速固态电池研发布局，但还未形成完整的固态电池产业链，关键材料体系还未明确，全固态电池的瓶颈还未突破，仍存在固固界面接触不良、成本较高等问题，全固态电池的商业化应用任重道远。从企业端看，头部企业引领，在技术研发、资金支持、上下游协同等方面具有优势，但目前关键材料体系未明确，二三线企业仍有机会在固态电池这项新技术上实现突围。

我国典型企业固态电池技术路线及进展

企业名称	技术路线	进展
卫蓝新能源	氧化物/聚合物	360Wh/kg高能量密度动力电芯2023年底量产交付蔚来汽车，并获多家知名整车厂定点。280Ah超高安全储能电芯已于2023年下半年量产交付，为三峡、海博思创、国电投等多个储能项目供货。320Wh/kg高能量密度低空经济动力电芯目前已为多家国内外无人机、机器人、便携电源等客户供货。
清陶能源	氧化物/复合物	第一代半固态电池已上车智已L6,采用氧聚复合路线；第二代准固态电池电解液含量将降低至5%以下，实现20%降本，公司预计2025年开始规模搭载于上汽MG等车型上；第三代全固态电池可实现超过500Wh/kg的能量密度，并计划于2026年四季度以40%的降本实现量产、2027年实现装车交付。
赣锋锂业	氧化物	赣锋锂电生产的固态电池已于2022年搭载在东风E70型汽车上；公司第一代固液混合电池已初步实现量产，第二代固液混合电池目前尚处于研发阶段，开发的高比能电池能量密度达到420Wh/kg,循环寿命超700次，并开发出能量密度达到500Wh/kg的样品，可通过200℃热箱与针刺等严苛的安全测试。
辉能科技	氧化物	全球首条固态电池生产线已正式投产，固态电池的样品已发到各大新能源车企进行测试、开发模块，此次工厂生产的固态电池是大型锂陶瓷电池(LCB),其在性能方面可做到充电12分钟可达80%的电量，且在充满电状态下，可实现电动汽车超1000km的续航里程。
蜂巢能源	硫化物	聚焦硫化物路线，已具备20Ah全固态电池的制备能力，能量密度达到380Wh/kg公司全固态定位400wh/kg以上，主要覆盖800公里及1000公里以上高端车型，预估将在2030年后实现装车。
宁德时代	硫化物	如果用技术和制造成熟度作为评价体系(以1-9打分),宁德时代的全固态电池研发目前处于4分的水平，目标是到2027年达到7-8分的水平，届时可小批量生产全固态电池，硫化物路线是公司目前投入研发较多的技术路线，目标全固态电池占电池市场份额1%。
弗迪电池	氧化物/硫化物	采用高镍三元(单晶)+硅基负极(低膨胀)+硫化物电解质(复合卤化物)的技术路线，电池包能量密度超过280Wh/kg。2027年或将小批量生产，搭载于比亚迪高端车型，示范项目约1000台。2030年公司预计将有4万台车辆搭载全固态电池。2033年预计将有12万台车辆搭载全固态电池。
国轩高科	硫化物	24年5月推出首款全固态电池金石电池，该电池可实现350Wh/kg的能量密度，基于金石电池的电池包系统能量密度可达到280Wh/kg。公司全固态电池计划2027年小批量上车实验。
中科深蓝汇泽	聚合物	技术传承于中科院青能所，第一代固态电池能量密度达220-250Wh/kg,已实现稳定量产；第二代能量密度300-360Wh/kg,已具备量产条件；到第四代固态电池能量密度达到500-600Wh/kg,已实现装机验证。
太蓝新能源	氧化物	与长安汽车联合发布无隔膜固态电池。4-3-2-1路线：传统液态电池基础上首先减掉隔膜和部分电解液，这是太蓝最先量产、装车的半固态电池产品阶段；其次是完全减掉电解液的全固态电池，将率先应用在一些细分专业领域，比如低空飞行器、便携消费电子产品等；最后减掉负极，只留下正极。
恩力动力	硫化物	恩力动力固态电池PACK工厂项目落户廊坊广阳，公司预计2024年实现GWh级产能达产，并且在2026年实现10GWh级产线量产。
屹锂新能源	硫化物	公司硫化物全固态电池已成功研发并制备出2Ah及5Ah的全固态电池软包电芯，能量密度达410Wh/kg,充放电循环寿命达2000次以上；硫化物固态电解质硫化物主要为LPSCI,离子电导率突破17mS/cm。上海临港中试基地一期产能100MWh/年，二期产能300MWh/年，规划在江西于都投建500MWh/年消费电子产线。
高能时代	硫化物	高能时代硫化物全固态电池已经完成20Ah级全固态电芯A样开发，正在搭建中试线，公司预计2024年底实现5Ah以内硫化物全固态电池量产。
孚能科技	氧化物/硫化物	公司半固态电池从2018年开始开发，2022年9月开始投产，第一代半固态已装车岚图追光、梦想家。