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固态电池产业“起飞”在即

作者:张子鹏 来源:《能源评论》 发布时间:2025-04-25 浏览:

中国储能网讯:近期,固态电池再次成为行业焦点。2月15日,第二届中国全固态电池创新发展高峰论坛在北京举行,多位专家学者对我国固态电池产业的发展表示了肯定。其中,工业和信息化部原部长苗圩表示,我国固态电池产业化发展前景光明,但任重道远。

根据前瞻产业研究院发布的《2025年固态电池高质量发展蓝皮书——提质降本,突破“固”障》预计,到2030年,全球固态电池出货量将达到614.1吉瓦时,全固态电池市场规模将达到172亿元。当前,我国固态电池相关专利的年均增速约为40%,在全球固态电池技术革命中抢占先机,多家电池、车企巨头也宣布将于2027年实现量产。

当前,作为出口“新三样”之一的新能源汽车,已成为我国汽车产业实现弯道超车的关键,而动力电池作为核心部件,其技术创新对新能源汽车的高质量发展意义重大。然而,从产业发展来看,全固态电池仍面临材料、技术和成本等多重挑战。

1技术路线多元发展

得益于在热稳定性和安全性等方面的优势,近年来,全固态电池被公认为是下一代高安全、高比能动力电池的首选方案。

中国科学院院士、中国全固态电池产学研协同创新平台理事长欧阳明高在第二届中国全固态电池创新发展高峰论坛上表示:2025年全固态电池的发展将确定主攻技术路线,此外,实现全固态电池的关键是材料的共性技术取得进展。

相较于液态电池,固态电池采用固态电解质,降低了液态电解质可能发生的泄漏、腐蚀、爆炸等安全隐患,安全性大幅提升。同时,固态电池在能量密度和充放电速度方面也具有明显优势,被认为是未来电池技术的主流方向。

其实,固态电池还分为全固态电池和半固态电池。在动力电池发展过程中,半固态电池作为一种过渡策略,能够提升动力电池的安全性。但半固态电池的良品率、充电倍率以及循环寿命等都表现欠佳。当前,国内主流电池厂商对固态电池的技术路线的研究多点开花。

因高离子电导率和界面易结合的特性,硫化物路线成为当前全固态电池技术的主流方案。在2024(第四届)Mysteel锂电产业年会上,中国化学与物理电源行业协会原秘书长刘彦龙表示:“固态电池产业化大家都看好硫化物,以宁德时代、丰田等为代表的企业都在发力这一技术路线。”

目前,宁德时代采用的是“硫化物+聚合物复合电解质”方案,并表示2027年有望小批量量产硫化物路线全固态电池。比亚迪则聚焦硫化物全固态路线,其研发的400瓦时/千克电池已进入装车倒计时。但由于硫化物对水氧敏感、需惰性气体封装的高成本问题,部分企业被迫转向半固态过渡方案。

氧化物路线因热稳定性优异、兼容现有产线工艺,成为清陶能源、辉能科技等企业的产业化突破口。但氧化物路线的离子电导率低,存在界面阻抗等问题,因此这部分厂家同样转移到固液混合路线上,且已经量产上车,如清陶能源的半固态电池已搭载于智己L6车型,能量密度达360瓦时/千克;卫蓝360瓦时/
千克的锂电池半固态电芯已交付蔚来。

此外,聚合物、卤化物路线则处于技术路线的补充地位。三星集团的全资子公司SDI以硫化物方案为主线,同时探索卤化物方案,目前仍在实验阶段。中科深蓝汇泽等企业探索的聚合物路线,目前也存在电化学窗口窄等技术难关,尚待攻克。

不难看出,各大厂家在硫化物、氧化物、聚合物及复合路线等固态电池供应环节均有深度布局,形成了一条从材料、工艺到设备的全产业链创新网络。上游厂家如三祥新材、瑞泰新材,都为以上电池生产商提供锆基、导电剂等原材料。全固态电池的量产落地,有望进一步带动产业链的上下协同共赢。

2产业发展仍面临三重挑战

固态电池产业的发展离不开政策的强大引领。

2020年,国务院发布《新能源汽车产业发展规划(2021—2035年)》,首次将固态电池列为“重点发展对象”,明确提出“加快固态动力电池技术研发及产业化进程”,标志着固态电池正式上升为国家战略。2023年1月,工信部等六部门联合发布的《关于推动能源电子产业发展的指导意见》,进一步提出加强固态电池标准体系研究。

根据中国汽车工业协会的数据,2024年,我国新能源汽车销售超过1286.6万辆,同比增长35.5%。新能源汽车产业的蓬勃发展,也为电池从液态到固态的迭代提供了动力。

2024年,工信部修订《锂电池行业规范条件》,新增了固态电池的性能门槛:能量密度≥300瓦时/千克、循环寿命≥1000次、温度≥300摄氏度。这一标准锚定了固态电池的高技术效能,引导了企业的研发重点。

从“十四五”规划的战略定调到工信部性能指标的硬约束,当前,我国固态电池产业的政策体系兼具前瞻性与实操性,并试图从制度设计上构建产业链话语权,引领众多厂商的投入方向。

但当前,技术关、成本关以及产业链的协同关,仍是未来全固态电池量产以及产业整体发展的三大挑战。

首先,从技术关来看,目前全固态电池不论是硫化物、氧化物还是聚合物技术路线都存在一定的技术瓶颈。

对于氧化物电解质来说,为了保证刚性氧化物电解质与阴极材料界面的良好接触,往往需要高温烧结,否则会导致严重的界面化学副反应。此外,有些氧化物电解质还存在锂枝晶生长问题。对于聚合物电解质,在室温条件下,离子电导率较低,使得聚合物固态电池充电需要在高温环境下完成,极大地限制了其商业化。硫化物电解质的空气稳定性差,当其暴露于空气中就会产生有毒气体,同时伴随着电解质结构的破坏和电化学性能的衰减,故硫化物电解质的合成、储存、运输和后处理过程,都需要依赖惰性气体或干燥室。

在生产工艺上,目前关键的全固态电池电解质成膜工艺还不完善。如果膜过厚会降低电池质量能量密度和体积能量密度,同时也会提高电池的内阻;膜过薄,则电池的性能则会变差,还可能引起短路。

其次,成本关仍是全固态电池产业发展的关键。以硫化物电解质为例,其核心原料硫化锂的进口价格高达百万元/吨;同期,液态电池的原料碳酸锂价格已跌至10万元/吨左右,硫化物电解质成本为碳酸锂的5~10倍。为降低硫化锂的成本,学界业界做出了不懈的努力。2024年7月,中国科学技术大学公布了一项新技术,开发了一种不以硫化锂作为原料的硫化物固态电解质——氧硫化磷锂,其能够用水合氢氧化锂和硫化磷两种价格低廉的原料合成,成本仅14.42美元/千克。但该技术尚未实现工业化量产,主流硫化物路线仍面临高昂成本压力。业界方面,欣旺达预测,2026年聚合物全固态电池成本仍需2元/瓦时,与当前的半固态电池成本接近;相比之下,当前磷酸铁锂电池的成本已降至0.5元/瓦时以下。在成本的环环传导下,全固态电池的量产成本仍旧就高昂。

最后,产业链协同也是影响固态电池产业良性发展的关键之一。全固态电池若实现商业化量产,意味着当前液态锂电池的四大主材(电解液、隔膜等)体系将面临重构。这对上游供应商而言成本高、风险大,关键生产装备可能需要自研,下游生产商对技术难关的攻克压力转移到上游,未来收益却未知。

此外,全固态电池的测试标准、设备接口尚未统一,仍需行业集体共建。高风险、高投入和行业标准缺位,同时制约了新能源电池产业链的迭代,上游供应商的参与意愿不足,不利于产业链整体的升级转型。

3中日领跑

从全球范围来看,全固态电池技术的发展呈现中日领跑态势。

日本丰田、日产的固态电池技术路线以硫化物电解质路线为主,试图通过高离子电导率实现全固态电池的快速突破。丰田计划2027~2028年间量产硫化物全固态电池,目标能量密度为400瓦时/千克,并获日本政府1200亿日元专项支持。日产宣布将在2025年3月开始试生产全固态电池,并计划在2028年实现每月100兆瓦时的产能。

韩国三星SDI、LG新能源聚焦硫化物路线,目标在2027年实现续航超600英里(约966千米)、9分钟快充80%的全固态电池量产。韩国强调“速度制胜”,试图通过绑定欧美车企,如宝马、大众,抢占高端市场,但其技术路线与日本高度重叠。美国Factorial的450瓦时/千克样品已通过车企验证,但未有上车量产的相关消息。

目前,日韩提出的量产时间点与我国厂商接近,但技术路线不如我国多样,也并未出现半固态电池这种技术窗口期的过渡形态。我国厂商还在通过渐进式的半固态电池积累工程经验,同时为全固态技术争取研发窗口期。

得益于完整的新能源汽车产业链,我国在固态电池的研发布局、专利数量和产业化速度上都占优。新能源汽车年销量超千万辆,为全固态电池提供了迭代的场景和半固态电池的落地机会。通过“半固态过渡+全固态储备”策略,既规避了技术风险,又通过市场规模摊薄研发成本。欧阳明高预测:“中国企业的全固态电池将在2027年实现上车,而国外企业虽可能早一年装车,但这并不会形成颠覆性的影响。”

欧阳明高预计,我国以硫化物为主体电解质的轿车全固态电池量产时间将分为三个阶段:2025~2027年,石墨/低硅负极硫化物全固态电池将以200~300瓦时/千克为目标,攻克硫化物固态电解质,打通全固态电池的技术链,三元正极和石墨/低硅负极基本不变,向长寿命大倍率方向发展。2027~2030年,高硅负极硫化物全固态电池将以400瓦时/千克和800瓦时/升为目标,重点攻关高容量硅碳负极,三元正极和硫化物固态电解质仍为主流材料体系,面向下一代乘用车电池。2030~2035年,锂负极硫化物全固态电池以500瓦时/千克和1000瓦时/升为目标,重点攻关锂负极,逐步向复合电解质(主体电解质+补充电解质)、高电压高比容量正极(高镍、富锂、硫等)发展。

纵观全球各国研发现状,全固态电池产业的竞速格局已越发清晰。日本凭借硫化物路线的先发优势与政府超2000亿日元的资金扶持,正加速构建从专利壁垒到量产落地的闭环生态。韩国则以三星、LG为首,聚焦硫化物路线,试图通过高兼容性工艺抢占动力电池市场份额。相比之下,我国依托政策倾斜、产业链协同与新能源汽车的普及,已在硫化物电解质研发与专利数量上实现反超,宁德时代、比亚迪等头部企业正以“技术突围+场景渗透”双轮驱动,逐步缩小与国际领跑者的差距。

尽管界面阻抗、锂枝晶抑制等核心难题仍制约产业化进程,全固态电池当前的发展情况依旧可喜。未来,全固态电池的量产落地不仅有机会重塑新能源汽车竞争格局,更可能以“高能轻量化”的特性撬动机器人、低空无人机等万亿级新兴市场。

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