中国固态电池行业现状深度研究与发展前景分析报告（2024-2031年）
中国固态电池行业现状深度研究与发展前景分析报告（2024-2031年）
随着锂离子电池技术逐渐接近其物理极限，固态电池作为下一代电池技术备受关注。本文将深入探讨固态电池的技术优势、市场发展现状、产业链布局以及在eVTOL等新兴领域的应用前景。
锂电池技术瓶颈与固态电池优势
自1985年锂离子电池问世以来，大幅推进了可移动电子设备的规模化应用，不断推动着社会朝着智能化和清洁化方向发展。但是当前的液态锂离子电池体系，逐步发展到了本身材料体系所能达到的瓶颈：
- 能量密度难以突破350Wh/kg的极限
- 有机物液态电解质带来的安全性问题
- 电池服役过程中电解液的挥发、干涸、泄露等现象，影响电池寿命
采用固态电解质代替液体电解质，有望使用更高比容量的正、负极材料，同时可彻底解决电池的安全性问题，是获得高能量密度、安全性和长循环寿命的全固态锂电池的根本途径。因此固态电池将会是锂离子电池升级的方向。
各类锂电池对比
电池类型 | 液态 | 半固态 | 固态 |
|---|---|---|---|
能量密度上限 | 较低（＜300Wh/kg） | 中等（＞400Wh/kg） | 较高（＞500Wh/kg） |
隔膜 | 需要 | 需要 | 不需要 |
当前生产成本 | 较低 | 中等 | 较高 |
电解质化学窗口上限 | 较窄（＜4.3V） | 中等 | 较高（＞5V） |
锂金属负极兼容性 | 差 | 抑制锂结晶力度弱 | 抑制锂结晶力度强 |
液体含量 | ＞10% | ＜10% | 0 |
安全性（热稳定，抗针刺） | 热极限140-180℃，针刺即燃 | 热极限>180℃ | 热稳定>300℃,免疫针刺甚至剪切 |
根据固态电解质的不同，目前固态电池有聚合物、氧化物、硫化物三种技术路线：
- 聚合物：聚合物固态电解质以欧美企业技术最为成熟，商业化难度较小，未来有望率先实现大规模量产，但是其电导率低、能量密度低。
- 氧化物：氧化物固态电解质综合性能好。
- 硫化物：硫化物固态电解质的电导率最高，延展性更好，潜力最大。但是其机械性能差，生产工艺复杂，且硫化物固态电解质中的硫元素具有一定的活性，如何保持高稳定性是一大难题。
全球固态电池产业发展现状
主流车企纷纷上马规划固态电池，全固态电池有望普及。据不完全统计，截止2023年底，国内半固态电池产能规划累计超过298GWh，落地产能接近15GWh；同期半固态电池出货突破GWh级别，有望在2024年实现5GWh级别出货。考虑到当前锂离子动力电池的复合增速与固态电池相对高成本的车型适配范围，预计2030年，量产全球锂离子固态/半固态电池商业化产能有望初见规模，届时固态锂电池对应的续航里程或可达到液态锂电池的2-3倍，追平燃油车续航力。
固态电池是全球公认的下一代电池，被列入中国、美国、欧盟、日韩等主要国家的发展战略。全球企业都在积极布局固态电池，固态电池成为下一代电池技术竞争的关键制高点。
各国固态电池发展战略
主要国家和地区 | 发展战略 | 固态电池相关规划 |
|---|---|---|
日本 | 《电池产业战略》 | 加快技术开发，率先实现全固态电池等；下一代电池技术商业应用，稳占下一代电池市场。 |
韩国 | 《2030二次电池产业发展战略》 | 2023-2028年投入2.33亿美元，争取提前实现固态电池、锂硫电池、锂金属电池商用化。 |
美国 | 《锂电池2021-2030年国家蓝图》 | 实现示范和规模化变革性电池技术，加大固态锂电池方面的研发布局，加快产业化进程。 |
欧盟 | 《电池战略研究议程》 | 明确2030年研究和创新优先事项，确定关键技术主题，包括第4代锂离子电池（固态锂离子电池、固态锂金属电池、现金固态电池）。 |
中国 | 《新能源汽车产业发展规划（2021-2035年）》 | “加快固态动力电池技术研发及产业化”已列为“新能源汽车核心技术攻关工程”。 |
从全球固态电池产业布局来看，中国参与的企业最多，包括传统电池企业、初创电池企业、整车企业等；其次是日本，技术实力最强；美国以一些初创企业为主；欧洲主要是车企和美国的初创企业合作；韩国企业不多，但实力也强。
各国固态电池发展战略
主要国家和地区 | 固态电池领域主要企业 |
|---|---|
中国 | 卫蓝新能源、清陶能源、赣锋锂电、国联、一汽、东风、上汽、辉能科技、宁德时代、比亚迪、中创新航、蜂巢能源、远景动力、国轩高科、孚能科技、亿纬锂能、马车动力、有研稀土、中汽创智、SEVC |
日本 | 丰田、日产、本田、日立、松下、物质材料研究机构、日立造船、出光兴产、三井金属、东丽、汤浅 |
韩国 | LG新能源、三星SDI、SKOn |
美国 | QuantumScape、SolidPower、SEEOInc、Sakit3、IonicMaterials、SolidEnergy |
欧盟 | 大众、宝马、奔驰、Bosch、Bollore、BatScap |
由于整车厂普遍具备更强的议价能力，这就使得产业链进程主动权在整车厂手里。从整车厂规划来看，2023年，蔚来ES6、ET7、东风E70、岚图追风、赛力斯SERES5等车型已搭载半固态电池，上汽、广汽、长安等车企也计划将于2024-2026年上市搭载半固态电池车型。丰田、本田、大众、宝马等日本、欧洲车企计划启动搭载固态电池车型量产上市的时间在2026-2030年。
随着固态电池技术不断进步，成本逐渐呈下降趋势，尤其是国内半固态电池产业化进程已开启，固态电池的市场规模将得以快速增长。预计到2030年全球固态电池的出货量将达到614.1GWh。
eVTOL对固态电池需求迫切
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；中游为电池包加工制备，包括电池封装、电池管理系统等；下游为应用领域，包括新能源汽车、消费电子、储能、eVTOL等，除了新能源汽车外，eVTOL产业是固态电池发展很重要的一个新增驱动力。
eVTOL飞行器主要由机体子系统、导航通讯与飞控子系统、动力子系统和能源子系统构成。eVTOL的动力系统采用分布式推进系统（DEP，DistributedElectricPropulsion），该设计使其能够提升动力系统的安全性冗余、有效降低本机噪音（降低约10%~15%）和最大限度提升动力系统的能源使用效率。
对于eVTOL飞行器来说，电池有两项关键性能指标与eVTOL综合性能紧密相关，一是能量密度，一是功率密度。相比较来说，电池功率密度（单位质量电池的放电功率大小）是eVTOL飞行器更关键的性能指标，因为它决定了eVTOL是否可以安全起飞和着陆。而另一方面，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。
能量密度方面，eVTOL垂直起飞所需要的动力是地面行驶的10-15倍，商用门槛高达400Wh/kg，且未来能量密度要求将会达到1000Wh/kg，远高于当前车用动力电池的能量密度。充放电倍率方面，eVTOL的飞行需要经历起飞、巡航、悬停等阶段，其中起降阶段要求电池的瞬间充放电倍率在5C以上。安全性能、循环寿命等方面，eVTOL对电池的要求也极为严苛。
政策上，2024年3月27日，工信部等四部门印发《通用航空装备创新应用实施方案（2024-2030年）》，明确提出推动400Wh/kg级航空锂电池产品投入量产，实现500Wh/kg级航空锂电池产品应用验证。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。
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。2021年2月25日党中央、国务院出台《国家综合立体交通网规划纲要》，“低空经济”概念首次写入国家规划，成为“十四五”时期谋划的新兴经济形态。近两年，交通部、科技部、工信部等中央部委相关部署已经将产业政策细化到无人机、飞行汽车等具体领域，推动相关行业的商业化、规模化应用。同时，除国家级的政策法规推动外，有条件的地方政府也在加速布局无人驾驶垂直起降航空器产业的发展。2024年“低空经济”首次被写入政府工作报告，带动电动垂直起降飞行器（eVTOL）引起广泛关注。