前言:随着对锂离子电池安全性和能量密度等性能要求的不断提高,固态电池被普遍认为是下一代电池体系的重要升级方向。自2020年以来,各国持续推出固态电池产业相关政策,把固态电池产业化作为国家的战略目标之一,如欧盟发布《欧洲电池研发创新路线图》、《电池2030+路线图》等,中国颁布《新能源汽车产业发展规划(2021-2035)》(征求意见稿)、《关于推动能源电子产业发展的指导意见》等政策。基于此,全球固态电池企业也积极进行产能布局。例如,SK On目标是在2028年实现固态电池的商业化;宁德时代、比亚迪计划到2027年实现小批量生产,在2030年后实现规模化生产。
1、固态电池被普遍认为是下一代电池体系的重要升级方向
根据观研报告网发布的《中国固态电池行业现状深度研究与未来前景预测报告(2024-2031年)》显示,固态电池是一种采用固态电解质的电池技术。与液态锂离子电池由正极材料、负极材料、电解液和隔膜四大主材组成不同,固态电池使用固态电解质来替代电解液和隔膜。传统液态锂离子电池的理论能量密度上限约为350Wh/kg,其性能已经接近极限。随着对锂离子电池安全性和能量密度等性能要求的不断提高,固态电池被普遍认为是下一代电池体系的重要升级方向。
固态电池、半固体电池、液态锂电池性能对比
项目 |
液态锂电池 |
半固态 |
全固态 |
正极材料备选 |
磷酸铁锂,三元锂 |
高镍三元,高电压高镍三元,超高镍三元 |
镍锰酸锂,富锂锰基 |
负极材料备选 |
碳,硅碳 |
碳,硅碳 |
含锂金属,金属锂 |
电解质材料 |
六氟磷酸锂,新型锂盐 |
新型锂盐,固态电解质+液态浸润剂 |
氧化物,聚合物,硫化物 |
隔膜 |
隔膜,微孔隔膜 |
涂覆隔膜 |
不需要 |
封装 |
方形/圆柱/软包 |
方形/圆柱/软包 |
软包 |
电芯能量密度 |
150-300Wh/kg |
约350Wh/kg |
>500Wh/kg |
优点 |
技术成熟,成本低 |
安全性高,可部分沿用现有生产工艺 |
性能提升巨大,安全性高 |
缺点 |
接近性能极限 |
成本高,性能提升幅度有限 |
成本高,量产难度大 |
发展现状 |
大规模装车 |
小规模装车 |
研发中后期样品试制 |
资料来源:观研天下整理
2、各国政策持续发力,推动固态电池技术落地
自2020年以来,各国持续推出固态电池产业相关政策,把固态电池产业化作为国家的战略目标之一。例如,2023年,欧盟发布《欧洲电池研发创新路线图》、《电池2030+路线图》,继续将第四代固态电池材料研发(交通应用)列为2030年优先事项,并实现电堆成本控制在75欧元每千瓦时之内。
海外国家(地区)固态电池政策
国家 |
时间 |
政策 |
要点 |
美国 |
2021年 |
《锂电池2021—2030年国家蓝图》 |
提出到2030年实现包括固态电池在内的先进电池技术的规模化生产,固态电池目标能量密度达到500Wh/kg |
日本 |
2022年8月 |
《蓄电池产业战略》 |
提出通过绿色创新基金等方式,加快固态电池为核心的新一代电池、材料创新,提升电池续航,能量密度达到当前2倍以上水平,到2030年左右实现全固态锂电池的商业化 |
韩国 |
2021-2022年 |
《2030二次电池产业发展战略》《二次电池产业创新战略》 |
提出“到2030年韩国占据全球电池产业40%市场份额”的发展目标,通过公私合作、投资拉动,促进企业科技创新,加速抢占下一代电池技术的战略高地,加快产能和供应链体系建设 |
欧盟 |
2023年 |
《欧洲电池研发创新路线图》、《电池2030+路线图》 |
继续将第四代固态电池材料研发(交通应用)列为2030年优先事项,并实现电堆成本控制在75欧元每千瓦时之内 |
资料来源:观研天下整理
同时,近年来,我国相继颁布《新能源汽车产业发展规划(2021-2035)》(征求意见稿)、《关于推动能源电子产业发展的指导意见》等政策,推动固态电池行业健康发展。
我国固态电池行业相关政策
时间 |
政策 |
主要内容 |
2024.02 |
《锂电池行业规范条件(2024年本)》 |
增加固态单体电池产品性能要求:单体电池能量密度≥300wh/kg,电池组能量密度≥260Wh/kg。循环寿命≥1000次且容量保持率≥80%。 |
2023.12 |
《关于加强新能源汽车与电网融合互动的实施意见》 |
加大动力电池关键技术攻关,在不明显增加成本基础上将动力电池循环寿命提升至3000次及以上,攻克高频度双向充放电工况下的电池安全防控技术。 |
2023.01 |
《关于推动能源电子产业发展的指导意见》 |
加强新型储能电池产业化技术攻关,推进先进储能技术及产品规模化应用,加快研发固态电池、钠离子电池、氢储能/燃料电池等新型电池。 |
2022.06 |
《科技支撑碳达峰碳中和实施方案(2022-2030年)》 |
研发压缩空气储能、飞轮储能、液态和固态锂离子电池储能、钠离子电池储能、液流电池储能等高效储能技术,研发梯级电站大型储能等新型储能应用技术以及相关储能安全技术。 |
2022.01 |
《“十四五”新型储能发展实施方案》 |
开展钠离子电池、新型锂离子电池、铅炭电池、液流电池、压缩空气、氢(氨)储能、热(冷)储能等关键核心技术、装备和集成优化设计研究,集中攻关超导、超级电容等储能技术,研发储备液态金属电池、固态锂离子电池、金属空气电池等新一代高能量密度储能技术。 |
2021.10 |
《2030年前碳达峰行动方案》 |
聚焦化石能源绿色智能开发和清洁低碳利用、可再生能源大规模利用、新型电力系统、节能、氢能、储能、动力电池、二氧化碳捕集利用与封存等重点,深化应用基础研究。 |
2020.10 |
《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》 |
开展正负极材料、电解液、隔膜、膜电极等关键核心技术研究,加强高强度、轻量化、高安全、低成本、长寿命的动力电池和燃料电池系统短板技术攻关,加快固态动力电池技术研发及产业化。 |
资料来源:观研天下整理
因此,在各国政策支持下,全球固态电池企业也积极进行产能布局。
3、日韩企业聚焦于硫化物路线,丰田固态电池技术相关专利居全球首位
具体来看,在日本,由于固态电池技术研发起步较早,在硫化物固态电解质具备领先优势,所以丰田、日产、本田、松下等均将硫化物固态电池作为主要的研发方向,其中丰田拥有超过1300项固态电池技术相关专利,位居全球首位。而韩国在聚焦于硫化物技术的同时,在氧化物和聚合物体系上进行技术研究和储备。量产计划方面,三星SDI计划在2027年开始量产全固态电池,SK On目标是在2028年实现固态电池的商业化,LG新能源则预计2030年实现全固态电池量产。
日韩企业固态电池布局一览
国家 |
公司名称 |
量产进度 |
技术路线 |
日本 |
丰田 |
2023年10月宣布固态电池实现突破,充电10分钟,续航1200公里;2023年12月宣布将全固态电池的量产时间从2027年推迟至2030年以后。 |
硫化物 |
松下 |
将于2025-2029年量产面向无人机等开发的小型全固态电池;2023年9月首次公开快充全固态电池,10%充到80%只需3分钟;2019年与丰田合资成立PrimePlanetEnergy&Solutions,开发固态电池。 |
硫化物 |
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日立造船 |
2024年2月,全固态电池首次接到芯片设备商订单;2023年推出第3款全固态电池试作品AS-LiB,容量可达5000mAh。 |
硫化物 |
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本田 |
2020年宣布开发出一种高能量密度的全固态电池原型;计划2024年春季投产全固态电池生产线,2025年在新车型上使用全固态电池。 |
硫化物 |
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韩国 |
现代 |
2017年宣布研发固态电池,并已建立中试生产设施;2020年投资IonicMaterials公司,主攻固态电池研发,预计2025年实现量产。 |
硫化物 |
三星SDI |
2023年下半年开始小规模的固态电池生产和验证;水原研发中心的固态电池试点生产线(S-line)已经完工;2024年3月首次公开其全固态电池(ASB)的量产准备路线图;计划在2025年开发出大型电池生产技术,在2027年量产全固态电池。 |
硫化物 |
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LG新能源 |
2023第三季度开始在梧仓工厂建设半固态电池生产线;计划2026年前实现聚合物半固态电池商业化,能量密度650Wh/L;2028年推出750Wh/L的聚合物固态电池和完成硫化物全固态电池开发;2030年推出超过900Wh/L的硫化物全固态电池。 |
聚合物/硫化物 |
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SKOn |
下一代电池试验工厂正在建设,预计2024年完工;2024年1月宣布加深与SolidPower的合作伙伴关系;计划在2026年完成聚合氧化物复合材料和硫化物固态电池两款电池的早期原型;2028年实现固态电池商业化。 |
聚合氧化物复合材料/硫化物 |
资料来源:观研天下整理
4、欧美:美国固态电池发展主要由初创企业推动,欧洲则通过投资
美国固态电池市场参与者以初创公司众多,包括Solid Power、Quantum Scape、Factorial Energy、Ionic Materials等,在硫化物、氧化物和聚合物路线都有布局,主要通过与车企绑定模式发展。而欧洲固态电池参与者主要为汽车制造商,通过投资美国的初创企业来加速固态电池技术的发展。
欧美企业固态电池布局一览
国家 |
公司名称 |
量产进度 |
技术路线 |
美国 |
Solid Power |
公司股东包括宝马、福特等;2017年开始与宝马合作开发固态电池;2021年与SKOn达成联合开发协议;2022年完成固态电池试验线安装;2023年生产出A样品并交付给宝马进行测试;2024年1月宣布加深与SKOn的合作伙伴关系;计划2024年全固态电芯设计将进入A-2样阶段;计划2025年开发出相应电池配套宝马原型车;计划2030年实现全固态电池大规模量产。 |
硫化物 |
Quantum Scape |
由比尔盖茨、大众集团领衔投资;2022年与Fluence达成合作协议;2023年二季度开始给客户送A0样品;2023年10月更新固态电池测试数据;2024年通过德国大众公司的50万公里耐久性测试;预计2025年之前将产能扩张至1GWh,长期规划超21GWh。 |
氧化物 |
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Factorial Energy |
2021年制作40Ah固态电池原型,与奔驰、Stellantis、现代等签署固态电池联合开发协议;2022年获得奔驰、Stellantis集团投资;2023年200MWh固态电池工厂正式开工建设电池产品已进入A样送样阶段。吸引了包括现代汽车在内的多家公司的投资;计划2025年为雷诺提供零钻含量固态电池技术。 |
/ |
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德国 |
大众 |
从2012年起与Quantum Scape合作;2018年6月追加投资,取得Quantum Scape董事席位;2024年电池子公司Power Co发布对Quantum Scape提供的24层固态电池样品的耐久性测试结果报告。 |
/ |
宝马 |
与Solid Power有着紧密的合作关系;SolidPower已经向宝马交付了首批固态电池A样品,宝马将在2025年之前推出基于Solid Power电池技术的原型车。 |
/ |
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法国 |
Bollore |
自2011年起就开始尝试固态电池在电动车领域的商业化;其自主研发的电动车Bluecar搭载子公司Batscap生产的30kWh金属锂聚合物电池,约有2900辆Bluecar投入使用;2023年10月,子公司Blue Solution与富士康旗下Solid EdgeSolution合作,生产两轮车固态电池。 |
聚合物 |
英国 |
Dyson |
2015年以9000万美元全资收购美国固态电池公司Sakti3;2016年出资14亿美元建立一座大型固态电池工厂。 |
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资料来源:观研天下整理
5、中国:多元路线并举,企业布局持续加速
目前,我国固态电池市场参与者众多,涵盖整车企业、电池厂商、固态电池初创企业、锂电材料厂商等多个类型,在固态电池产业链各环节均有布局,并且布局持续加速。例如,宁德时代、比亚迪计划到2027年实现小批量生产,在2030年后实现规模化生产;卫蓝新能源2023年6月正式向蔚来交付半固态产品,预计2027年实现全固态电池量产;辉能科技与奔驰等企业绑定,2024年其全球首条固态电池生产线正式投产。
中国固态电池企业布局概况
类型 |
公司名称 |
量产进展 |
技术路线 |
电池厂商 |
宁德时代 |
2016年宣布硫化物固态电池的研发路径;计划到2027年实现小批量生产;2024年11月,固态电池研发团队已经扩充至超1000人,全固态电池开始20Ah样品验证。 |
硫化物 |
比亚迪 |
计划2027年,实现小批量生产,搭载于比亚迪高端车型,规模约1000台。到2030年为市场推广期,预计有4万辆车装载全固态电池。到2033年,预计有12万辆车规模化装机,市场占有率逐渐提升。 |
高镍三元+硅基负极+硫化物 |
|
欣旺达 |
计划在2026年建设1GWh的全固态电池生产线,实现初步量产,成本控制在2元/Wh以下;2024年11月,欣旺达通过负极使用锂金属进一步将固态电池能量密度提升至500Wh/kg,预计2027年完成能量密度大于700Wh/kg全固态电池实验室样品制作;2024年12月,欣旺达子公司与厦钨新能签署固态电池战略合作框架协议。 |
锂金属负极固态电池 |
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整车企业 |
广汽集团 |
2023年11月宣布完成固态电池的界面改性技术试验验证;2024年4月,广汽埃安全固态电池再获新突破,能量密度达到400Wh/kg,目标在2026年完成全固态电池开发,并首先搭载于昊铂车型。 |
全固态电池 |
上汽集团 |
2023年5月,上汽集团和清陶能源签署增资扩股协议和战略合作框架协议;计划于2026年实现量产,能量密度超过400wh/kg,体积能量密度超过820wh/L,电池容量能够超过75Ah。 |
- |
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长安汽车 |
预计在2027年实现全固态电池装车验证,并计划在2030年实现全固态电池的量产装车,与行业领先水平同步。 |
- |
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初创公司 |
卫蓝新能源 |
拥有北京房山、江苏溧阳、浙江湖州和山东淄博四大基地,规划产能超过100GWh。其中,湖州基地第一颗固态动力电芯于2022年11月下线,2023年6月正式向蔚来交付半固态产品,预计2027年实现全固态电池量产。 |
氧化物 |
清陶能源 |
2018年实现半固态电池量产;2020年与北汽合作的固态电池样车下线;2022年北汽福田商用车固态电池系统下线;2023年与上汽集团签署协议,推动2025年固态电池“10万辆级”量产落地;2024年半固态电池搭载上汽智己车型;台州固态电池项目预计2025年正式投产。第一代半固态电池为氧化物+聚合物的技术路径,第二代固态电池为氧化物+卤化物+聚合物的路径。 |
氧化物+卤化物+聚合物 |
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辉能科技 |
2016年开始进行车规级电芯送样;2018年威马展示搭载公司固态电池的样车;2019年与蔚来、爱驰汽车签订战略合作协议;2022年获得奔驰投资并签订技术合作协议,与Vinfast和ACC签约合作;2024年全球首条固态电池生产线正式投产。 |
氧化物 |
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材料厂商 |
赣锋锂业 |
2023年6月,半固态锂电池在赛力斯SERES-5上正式交付装车。2023年固态电池4GWh产能已建成量产,后续36GWh产能正在建设中。赣锋锂业一代固态电池能量密度可以做到260Wh/kg以上,二代固态电池基于高镍三元正极、含金属锂负极材料。目前该产品能量密度超过350Wh/kg,循环寿命接近400次。 |
高镍三元正极、含金属锂负极固态电池 |
资料来源:观研天下整理(WYD)
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