固态电池：需求已冲破500GWh
固态电池是一种采用固态电解质替代传统液态电解质的新型电池，具有更高的安全性、更长的循环寿命和更高的能量密度。但固态电池仍面临着成本高和技术难点等挑战，如原材料成本居高不下、电解质的离子输运机制和锂金属负极的生长机制等问题亟待突破。然而，半固态电池作为向全固态电池过渡的关键技术，为全固态电池的商业化奠定了基础。目前，全球固态电池市场预计将持续增长，到2035年市场规模可能超过406亿美元，中国市场预计到2030年达到200亿元。随着新能源汽车市场的快速发展，eVTOL对高性能电池的需求增加，固态电池商业化进程得到了推动。
安全高效，低温续航强
固态电池采用固态电解质替代液态电解质，其工作原理与液态电池相似，但具有更高的电流传导能力和稳定性。固态电池根据电解质可分为氧化物、硫化物和聚合物三种路线，其中聚合物体系商业化较早，氧化物体系制备难度适中，硫化物目前处于研发阶段。
固态电池概念。固态电池是一种使用固态电解质取代传统锂离子电池中电解液的新型电池，固态电解质是固态电池的核心，电解质的材料很大程度上决定了固态锂电池的各项性能参数，如功率密度、循环稳定性、安全性能、高低温性能以及使用寿命。
固态电池优势。全固态电池相较于传统液态锂离子电池，在能量密度、安全性、低温性能和体积上具有显著优势。其能量密度理论上限可达500+Wh/kg，远超液态电池的350Wh/kg，且通过电芯内部串联可进一步提升电压和体积能量密度。安全性方面，固态电池的化学和热稳定性高，能有效防止热失控和燃烧风险，即使在极端条件下也能安全运行。低温性能出色，即使在-30°C环境下，放电容量保持率仍可超过90%。体积方面，由于省去了隔膜和电解液，电池厚度可大幅降低，体积更小。固态电池有望成为下一代动力电池的终极解决方案，目前各国企业进入军备竞赛阶段，加注研发固态电池，一旦能实现商业化将带来产业颠覆性变革。
固态电池分类。固态电池有三大主流技术路线：氧化物固态电池、硫化物固态电池、聚合物固态电池。氧化物具有良好的导电性和稳定性，离子电导率比聚合物更高，热稳定性高达1,000°C，但它们的离子导电性相比其他类别较低，制造成本也相对较高；硫化物具有更高的离子导电性和较好的机械柔韧性，但热稳定性和化学稳定性较差，需要在较低的操作温度下使用；聚合物电解质易加工，成本低，且具有一定的柔韧性，有利于制造可弯曲的电池。聚合物体系率先在欧洲商业化，氧化物体系制备难度适中，较多新玩家和国内企业选取此路线，硫化物目前处于研发阶段，但后续发展潜力最大。
固态电池面临诸多技术挑战，其高昂的成本主要源于高性能固态电解质材料的高价以及所需的特定生产设备。此外，固态电解质的低室温离子电导率限制了电池性能，而固-固界面稳定性和锂金属枝晶生长问题则影响电池的安全性和循环寿命。
电极材料成本高。固态电池的成本问题是目前阻碍其大规模商业化应用的关键因素之一。高性能的固态电解质材料，如硫化物电解质中的硫化锂（Li2S），价格昂贵，且对环境敏感，增加了生产和储存的难度。此外，固态电池的制造过程需要特定的设备，如烧结、真空和干燥房等，这些设备的研发和制造同样需要较大的资金投入。目前，固态电池的成本是传统锂电池的数倍，这限制了其在市场上的竞争力。为了实现固态电池的广泛应用，必须通过技术创新和规模化生产降低成本，同时建立完善的原材料供应链和电池制造设备体系，以提高固态电池的经济性。
电解质室温离子电导率低。固态电池采用的固态电解质在室温条件下的离子电导率通常低于液态电解质，这直接影响了电池的充放电效率和功率密度。低离子电导率意味着锂离子在电解质中的迁移速度较慢，这不仅限制了电池的工作速度，也影响了其整体性能。为了提高固态电池的实用性，需要发现或合成能够在室温甚至更低温度下具有更高离子电导率的材料，同时保持材料的机械稳定性和安全性。
固-固界面稳定性。在固态电池中，电极与电解质之间的固-固界面稳定性是一个关键技术难题。由于固态电解质与电极材料之间的物理接触和化学相容性存在挑战，可能导致电池内阻增加和循环性能降低。
锂金属枝晶生长问题。锂金属枝晶的生长是固态电池安全性的另一大隐患。在充放电过程中，锂金属可能会在负极表面不均匀沉积，形成枝晶，这些枝晶有可能穿透电解质造成内部短路，引发电池过热甚至起火。因此，开发有效的界面工程技术和抑制枝晶生长的策略对于提高固态电池的安全性和循环稳定性至关重要。
eVTOL助推固态电池产业化落地
半固态电池作为向全固态电池过渡的关键技术，结合了固态电解质和传统液态电解液的特性，为全固态电池的商业化奠定了基础。国内企业如卫蓝新能源、赣锋锂业、孚能科技等已实现半固态电池的产业化，蔚来汽车等车企也已开始装车应用。
半固态电池。半固态电池作为一种过渡方案，是液态锂电池向全固态电池发展的中间阶段。它在保留部分液态电解液和隔膜结构的同时，引入固态电解质，以提升电池的比能量和安全性。技术迭代路径上，半固态电池是向全固态电池过渡的重要步骤。从液态电池到固态电池的技术迭代路径大致遵循“固态电解质 -> 新型负极 -> 新型正极”的顺序，半固态电池在这一过程中起到了桥梁的作用。在产业化进程中，半固态电池相较于全固态电池具有成本优势，因为其供应链与现有锂电池供应链重合度较高，且部分设备可以共用。半固态电池在技术发展、成本控制、产业化应用等方面都显示出其重要性和实用性，为全固态电池技术的最终商业化提供了坚实的基础。
目前国内的半固态电池开发商主要有卫蓝新能源、赣锋锂业、孚能科技、宁德时代、清淘能源几家，均已实现半固态电池产业化。宁德时代发布了凝聚态电池，单体能量密度高达500Wh/kg，采用半固态的胶质电解液，计划在年底前实现大规模生产；国轩高科宣称其半固态电池单体能量密度高达360Wh/kg，续航里程超过1,000km，计划在年底实现装车。蔚来、东风、赛力斯等车企也已成功实现半固态电池的装车，甚至已经开始交付。其中，蔚来汽车在2020蔚来日发布会上，发布了由卫蓝新能源研制的150KWh半固态电池包，并宣称其能量密度可达360Wh/kg，其固态电池包电量为150 kWh，搭载该电池包的ET7车型可实现1,000km+的续航。此外，长安深蓝、智己、埃安、高合等车企普遍规划2025年前装车半固态电池。
新能源汽车市场的快速增长和国家对低空经济的关注，以及eVTOL对高性能电池的需求，将成为推动固态电池商业化的重要动力。政策层面，多国政府给予固态电池技术研发和产业化政策支持和资金投入，为固态电池的产业化提供了有力支持。
eVTOL将成为固态电池产业化化的助推剂。作为国家五年规划中重要子领域，低空经济涉及的装备制造和服务业备受重视，带动电动垂直起降飞行器（eVTOL）引起广泛关注。作为eVTOL技术的核心组件，电池的性能和安全性直接决定了eVTOL飞机的性能和市场接受度,电池功率密度（单位质量电池的放电功率大小）决定了eVTOL是否可以安全起飞和着陆。另一方面，能量密度（电池平均质量所释放出的电能）大致上决定了eVTOL的航程范围，目前300Wh/Kg能保证200~300公里航程，未来能量密度要求将会达到1,000Wh/kg。鉴于传统液态锂电池能量密度限制和eVTOL对电池性能的高要求，固态电池有望率先在eVTOL市场放量。
新能源汽车产业带来未来动力。随着消费者对新能源汽车安全性能、续驶里程、使用条件等需求的持续增强，以全固态电池为代表的新一代动力电池成为全球动力电池产业未来发展的重要方向。据EV Sales数据显示，2012-2022 年全球新能源汽车销量从12.5 万辆增长至1,052.2万辆，终端销量的强劲增长带动全球动力电池装机量快速攀升，全球装机规模由2015年的15GWh攀升至2022年的517.9GWh，多国车企也纷纷押注全固态电池，如丰田公司将在2027年推出搭载全固态电池的电动汽车，宝马公司承诺2025年前推出搭载全固态电池的电动汽车原型。据中国汽车动力电池产业创新联盟公布的数据显示，2023年1-12月，我国动力电池累计装车量387.7GWh，累计同比增长31.6%，根据国务院发布的《全面推进美丽中国建设的意见》，到2027年，新增汽车中新能源汽车占比力争达到45%，老旧内燃机车基本淘汰。这一显著增长反映了新能源汽车市场的蓬勃发展和对高性能动力电池解决方案的迫切需求，同时也突显了我国在全球动力电池产业中的领先地位和持续的技术创新能力。
政策支持。多国政府对固态电池技术的研发和产业化给予了政策支持和资金投入。日本政府资金扶持力度超2千亿日元（约100亿元人民币），力争2030年实现全固态电池商业化；韩国政府提供税收抵免支持固态电池研发，叠加动力电池巨头联合推进。2020年10月，我国发布了《新能源汽车产业发展规划（2021-2035）》，固态电池上升至国家战略层面，列为动力电池核心技术攻关，要加快固态动力电池技术研发及产业化。2022年11月，工信部联合市监局发布《关于做好锂离子电池产业链供应链协同稳定发展工作的通知》，提出优化锂电池产业布局。
固态电池市场增速迅猛
全球固态电池市场规模呈快速增长态势，预计到2035年将超过406亿美元。中国固态电池行业在国家政策和技术推动下，预计到2030年有望达到200亿元，展现出广阔的发展前景。
全球市场规模。固态电池全球市场规模正在快速增长，据Research Nester数据显示，2022年，固态电池行业规模超过13.3亿美元，预计到2035年底，固态电池市场规模将超过406亿美元。随着技术的成熟和生产成本的降低，固态电池有望在未来几年内实现更广泛的商业化应用，据法拉第研究所推测，到 2040 年，固态电池可满足各领域电池需求，包括全球消费电子产品的 50%、交通运输领域的 30% 以及飞机领域超过 10% 的电池需求，到2030年，全球固态电池需求有望达到500GWh。
中国市场规模。目前我国固态电池行业正处于起步阶段，但在国家重点研发计划支持下，我国固态电池研发技术成果突飞猛进，推动固态电池的产业化进程加速。据中商情报网数据显示，2022年中国固态电池出货量2.9GWh，预计到2030年中国固态电池出货量将达251.1GWh，2023年中国固态电池的市场空间达到约10亿元，2030年市场空间有望达到200亿元，未来市场空间广阔。
全球固态电池产业呈现区域分工趋势，欧美、日韩和中国各有特色。中国固态电池产业化进程加快，以驱动为主导，短期专注于半固态电池技术，并布局硫化物路线。车企与电池厂共同研发成为主流趋势，国内外车企纷纷入局，为固态电池商业化提供了资金和技术支持。
全球固态电池发展趋势。全球核心固态电池产业区域为欧美、日韩和中国。欧美国家主要以自主研发固态电池技术的创业型公司为主；日韩以传统车企与电池企业合作开发为主；中国企业研发投入巨大，且以科研机构或院校为支撑，产业化进程较快。
中国固态电池产业化进程加快。中国固态电池市场以驱动为主，短期聚焦半固态电池技术，同时布局硫化物路线。国内固态电池在2020年首次实现装车突破，能量密度在260Wh/kg水平；2023年实现360Wh/kg+装车发布，成为产业化元年。
车企绑定电池厂共同研发。海外车企为卡位下一代电池技术，纷纷入局，其中日系车企布局较早，受政策驱动，携手电池企业共同研发，欧美车企则通过投资初创企业进行布局。国内车企同样积极合作固态电池新秀，如蔚来合作卫蓝新能源，北汽、上汽、广汽投资清陶能源等。车企入局为固态电池企业提供了资金、技术、客户多重保障，有助于推进固态电池商业化进程。
新能源汽车、消费电子等多领域应用
上游涉及的电芯材料决定了电池的性能和安全性，生产设备用于电池的各个制造环节。中游主要负责电池的组装和BMS系统的监控，确保电池性能稳定和安全运行。下游应用领域广泛，固态电池提供了更高的能量密度和安全性，满足了不同领域对电池性能的需求。
产业链上游。固态电池产业链上游为基础材料及设备，包括原材料矿产、电芯材料和生产设备。矿产资源是制造固态电池中的关键材料，如锂、石墨用于负极材料，钴和镍用于正极材料，锆和镧用于固态电解质等。电芯材料是指构成电池核心部分的材料，它们决定了电池的性能、能量密度、循环寿命和安全性，主要由固态电解质、正极材料、负极材料和粘结剂构成。固态电池的生产需要特定的设备，如涂布机、辊压机、分切机、注液机、化成炉、老化柜等则用于电池的各个制造环节，包括电极材料的涂布、电池的组装、电解质的注入和固化、电池的充电和老化等。
产业链中游。固态电池产业链中游为电池包加工制备，包括电池封装、电池管理系统（BMS）等。固态电池的组装是将正负极材料和固态电解质按照一定的结构堆叠起来，包括分段叠片和一体化叠片两种方式，最终形成电池芯，这个过程需要精确的设备和技术，以确保电池性能的稳定性和安全性。BMS是固态电池中游产业链的重要组成部分，它负责监控电池的状态，包括电压、电流、温度等，确保电池在安全的工作范围内运行，并延长电池的使用寿命，据中商情报网数据显示，2021年中国电池管理系统（BMS）规模达到103.08亿元。
产业链下游。固态电池产业链下游为应用领域，包括新能源汽车、消费电子、储能、eVTOL 等。随着全球对新能源汽车需求的增长，固态电池在这一领域的应用前景广阔，固态电池提供了更高的能量密度和安全性，这对于提高电动汽车的续航里程和减轻安全顾虑至关重要。在消费电子领域，便携式电子设备如智能手机、可穿戴设备等对电池的体积、重量和续航能力有较高要求，固态电池能够提供更好的性能，提升用户体验。同时，固态电池的高安全性和长寿命使其成为储能系统的理想选择，尤其是在太阳能和风能等可再生能源的存储方面，有助于提高能源利用效率和电网稳定性。此外，固态电池在电动垂直起降飞行器（eVTOL）的应用中扮演着至关重要的角色，由于eVTOL飞行器的特殊运行需求，包括垂直起降、悬停和快速充放电等，对电池的性能要求极高，固态电池的这些特性使其成为eVTOL飞行器理想的能源解决方案。
宁德时代发布了超高能量密度凝聚态电池产品，并取得了强劲的财务表现。卫蓝新能源是中国科学院物理研究所清洁能源实验室固态电池技术的产业化平台，产品已在蔚来汽车等车型中使用。赣锋锂业从2017年开始进行固态电池布局，产品能量密度不断提升。
宁德时代。宁德时代是全球领先的动力电池制造商，在固态电池技术上有深入的研究和开发。公司在2023年4月发布了全新的超高能量密度凝聚态电池产品，该产品并非传统意义上的固态或半固态电池，单体能量密度高达500Wh/kg，首先将应用于民用电动载人飞机项目的合作开发，而车规版本的量产预计即将实现。在全固态电池方面，宁德时代此前已公布了多项硫化物路线的专利。根据宁德时代已公布的2023年报数据，其营收达到4,009.2亿元，同比增长22.01%，扣非净利润实现400.9亿元，同比增长42.1%。其中，动力电池系统销量321GWh，同比增长32.56%；储能电池系统销量69GWh，同比增长46.81%。
卫蓝新能源。卫蓝新能源成立于2016年，主要产品包括混合固液电解质锂离子电池与全固态锂电池，应用于新能源车船、规模储能、3C消费等领域。卫蓝新能源是中国科学院物理研究所清洁能源实验室固态电池技术的唯一产业化平台，目前已经建设了一条2GWh的规模化固液混合固态动力电池生产线，主要生产350-360Wh/kg的新能源车用动力电池。据悉，蔚来汽车今年5月发布的全新ES6车型已经采用了卫蓝新能源的半固态电池，提供的电池方案是150kWh电池包，可提供达1,000公里续航里程。目前卫蓝新能源已经完成了多轮融资，其中包括近15亿元的D轮融资，在最近一轮融资中的估值为157亿人民币，计划最早在2025年公开上市。
赣锋锂业。赣锋锂业是一家全球领先的锂生态企业，其业务覆盖了从上游锂资源开发、中游锂盐深加工及金属锂冶炼，到下游锂电池制造及废旧电池综合回收利用等价值链的各重要环节，是全球第三大及中国最大的锂化合物供应商。自2017年以来，公司结合自身在电池产业链的优势，斥巨资提前进行固态电池布局，主打半固态电池，第一代产品能量密度达到260Wh/kg以上，第二代产品达到360Wh/kg以上。公司已与德国大众、东风汽车、赛力斯、广汽埃安、曙光汽车等车企建立合作协议，2022年，首批搭载赣锋固态电池的50辆东风E70电动车正式完成交付。2023年公司电池业务营收为77.07亿元，同比增长18.98%，占总营收比例23.38%。
