固態(tài)電池市場(chǎng)分析報(bào)告

固態(tài)電池市場(chǎng)分析報(bào)告2020年5月

HYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINK\l"br0"風(fēng)險(xiǎn)分析HYPERLINK\l"br0"HYPERLINK\l"br0".................................................................................................................................36-3-1、技術(shù)革新無(wú)休止，攻堅(jiān)固態(tài)電池是關(guān)鍵1.1、固態(tài)電池有望成為下一代高性能鋰離子電池鋰離子在正負(fù)電極間可逆嵌入是鋰離子電池的電化學(xué)基礎(chǔ)，其發(fā)展實(shí)際上是基于上世紀(jì)70年后一系列的創(chuàng)新理念和關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)。對(duì)于固態(tài)電解質(zhì)鋰離子電池的理論研究可以追溯到1972Belgirate（意固體中的快速離子輸運(yùn)會(huì)議上，Steele討論了合適的固態(tài)電解質(zhì)的基本標(biāo)準(zhǔn)，并指出了過(guò)渡金屬二硫化物作為電池正極材料的潛Armand將Li||TiS應(yīng)用于以固態(tài)β氧化鋁為電解質(zhì)的三元石墨正2極中的Na+擴(kuò)散，這是關(guān)于固態(tài)電池的第一份報(bào)道。在科研過(guò)程中，實(shí)際上對(duì)于正負(fù)材料、電解質(zhì)的材料選擇都是在探索中不斷推進(jìn)的。1978年，“搖椅電池”模型清楚地闡述了鋰離子電池基本化學(xué)原理，為后續(xù)研究打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。1978年，Armand重心轉(zhuǎn)移至對(duì)石墨作為嵌入負(fù)極適用性的研究；在1979-1980Goodenough等發(fā)現(xiàn)了層狀氧化物-鈷酸鋰（LiCoO），GoOrdulet等發(fā)現(xiàn)2LiMnO1983Yoshino等提出了以軟碳為24LiCoO2基本組成部分。圖：鋰電池簡(jiǎn)要發(fā)展歷程O(píng)O4242624資料來(lái)源：Fromsolid-solutionelectrodesandrocking-chairconcepttbatteries,HengZhang-4-1991年索尼公司推出商業(yè)化液態(tài)鋰離子電池，隨后液態(tài)鋰離子電池進(jìn)入快速發(fā)展階段。由于對(duì)更高能量密度和更高安全性電池的追求，固態(tài)電池重新+2090Armand先后提出2011年Bollore集團(tuán)首次使用裝載固態(tài)電池的電動(dòng)汽車(chē)，證明了固態(tài)電池應(yīng)用的可行性。動(dòng)力電池市場(chǎng)是鋰電的重要應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)長(zhǎng)續(xù)航動(dòng)力電池的追求不斷推動(dòng)鋰電市場(chǎng)發(fā)展。在全球范圍內(nèi)，汽車(chē)電動(dòng)化的趨勢(shì)已不可避免，而新能源車(chē)近幾年在我國(guó)快速發(fā)展，也將逐步成為我國(guó)未來(lái)重要的支柱產(chǎn)業(yè)，為鋰電池的長(zhǎng)續(xù)航、高安全性動(dòng)力電池的追求將推動(dòng)研發(fā)的持續(xù)投入和技術(shù)的不斷革新。圖：中國(guó)鋰電池三大終端應(yīng)用出貨量140120100806040200201120122013201420152016201720182019資料來(lái)源：GGII，單位：GWh依靠現(xiàn)有動(dòng)力電池體系，2025年后電池能量密度難以達(dá)到國(guó)家要求。目前，我國(guó)動(dòng)力電池采用的正極材料已由磷酸鐵鋰轉(zhuǎn)向三元體系，逐漸向高鎳三元發(fā)展，負(fù)極材料當(dāng)前產(chǎn)業(yè)化仍集中于石墨、硅基等材料領(lǐng)域。據(jù)一些電池供應(yīng)商推測(cè)，未來(lái)五年鋰離子動(dòng)力電池的單體能量密度有望提高至300Wh/kg以上，但依靠已有的三元體系難以實(shí)現(xiàn)電池單體能量密度高于350Wh/kg的目標(biāo)。圖：國(guó)內(nèi)乘用車(chē)動(dòng)力電池系統(tǒng)能量密度圖：動(dòng)力電池單體能量密度發(fā)展要求20190150.7AAionLXAionSES6182180180100.1170170iA5唐1701612017120197》資料來(lái)源：Wh/kg資料來(lái)源：工信部，單位：Wh/kg-5-固態(tài)電池或?qū)⒈簧仙羾?guó)家戰(zhàn)略層面，核心技術(shù)研發(fā)進(jìn)程將加速。2019年122021-2035稿），在“實(shí)施電池技術(shù)突破行動(dòng)”中，加快固態(tài)動(dòng)力電池技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)鋰電池理論能量密度主要取決于正負(fù)極材料克容量和工作電壓（電勢(shì)差）。（1）正負(fù)極之間電勢(shì)差越大，工作電壓越高，電池能量密度越高。目前基于液態(tài)鋰離子電池的材料和使用安全性的需要，實(shí)際使用的正負(fù)極之間的電勢(shì)差不能超過(guò)。（傳統(tǒng)的石墨負(fù)極材料也遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿(mǎn)足新一代高能量密度電池的設(shè)計(jì)需求，硅材料雖然比容量高，但是嵌鋰過(guò)程中體積膨脹大，導(dǎo)致循環(huán)壽命較差；因此負(fù)極材料改進(jìn)的空間較大，金屬鋰負(fù)極克容量約為石墨的10倍，理論能量密度可大幅提升。（3）提升能量密度時(shí)，同時(shí)要考慮安全性。磷酸鐵鋰電池安全性好、成本低，但能量密度不高，耐低溫性能差，目前比亞迪采用刀片電池改進(jìn)；三元電池能量密度高，耐低溫，但存在安全性差，成本高的缺點(diǎn)。由于對(duì)能量和續(xù)航的更高要求，在小型乘用車(chē)領(lǐng)域，目前三元電池已占據(jù)過(guò)半市場(chǎng)份額，但三元電池帶來(lái)的安全隱患不容忽視。圖：電極材料的克容量與電化學(xué)勢(shì)鈷酸鋰LCO錳酸鋰LMO三元鎳鈷錳NCM三元鎳鈷鋁NCA磷酸鐵鋰LFP石墨Li01000200030004000理論克容量（mAh/g）資料來(lái)源：Reducinginterfacialresistanceinall-solid-statelithiumbatteriesbasedoxideceramicelectrolytes,ZhouyangJiang液態(tài)鋰離子電池存在安全隱患，矛頭指向液態(tài)電解質(zhì)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至2019年月，我國(guó)一共發(fā)生了79起電動(dòng)汽車(chē)的安全事故，涉及車(chē)輛達(dá)到了96電池自燃的原因是在過(guò)充電、低溫或高溫環(huán)境下動(dòng)力電池發(fā)生短路，短時(shí)間內(nèi)電池釋放大量熱量，點(diǎn)燃電池內(nèi)部的液態(tài)電解質(zhì)，最終導(dǎo)致電池起火。-6-圖：電池?zé)崾Э卦蛸Y料來(lái)源：《車(chē)用鋰離子動(dòng)力電池?zé)崾Э卣T發(fā)與擴(kuò)展機(jī)理》，馮旭寧與液態(tài)鋰離子電池不同，固態(tài)電池中的固態(tài)電解質(zhì)替代了液態(tài)鋰離子電池的液態(tài)電解質(zhì)、隔膜。固態(tài)電池潛力巨大，有希望獲得安全性更高、單體能量密度更高（＞W(wǎng)h/kg）和壽命更長(zhǎng)（＞5000次）的動(dòng)力電池。圖：液態(tài)鋰離子電池與固態(tài)電池性能對(duì)比銅集流器多孔正極材料液態(tài)電解質(zhì)多孔負(fù)極材料負(fù)極固態(tài)電解質(zhì)正極/固態(tài)電解質(zhì)復(fù)合材料鋁集流器鋁集流器液態(tài)鋰離子電池固態(tài)電池正極、負(fù)極、電解質(zhì)、集流器等電池結(jié)構(gòu)電解質(zhì)正極、負(fù)極、電解液、隔膜、集流器等LiPF，PVDF-HFP，無(wú)機(jī)電解質(zhì)：LiPON，Thio-LISICON，6EC-DMC，等LATP，等聚合物電解質(zhì)：PEO，等①工業(yè)化、自動(dòng)化程度較高；②電極與電解液的界面接觸好；①能量密度高；②電化學(xué)窗口可達(dá)5V以上，可匹配高電壓材料；優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)③充放電循環(huán)過(guò)程重電極膨脹相對(duì)可控；③只傳輸鋰離子，不傳導(dǎo)電子；④熱穩(wěn)定性好；④單位面積的導(dǎo)電率較高；①有機(jī)電解液易揮發(fā)易燃燒，電池體系的熱穩(wěn)定性差；①界面電阻高，與空氣穩(wěn)定性差；②單位面積離子電導(dǎo)率較低，常溫下比功率密度較差；②依賴(lài)形成的SEI膜保護(hù)電池；③鋰離子與電子可能同時(shí)傳導(dǎo)；④持續(xù)的界面副反應(yīng)；③成本高；④循環(huán)過(guò)程中物理接觸變差；資料來(lái)源：《全固態(tài)鋰電池技術(shù)的研究現(xiàn)狀與展望》，許曉雄-7-（1）安全性高，降低電池自燃、爆炸風(fēng)險(xiǎn)。固態(tài)電池將液態(tài)電解質(zhì)替換為固態(tài)電解質(zhì)，大大降低了電池?zé)崾Э氐娘L(fēng)險(xiǎn)。半固態(tài)、準(zhǔn)固態(tài)電池仍存在一定的可燃風(fēng)險(xiǎn)，但安全性?xún)?yōu)于液態(tài)鋰電池。（2）能量密度高，有望解決新能源汽車(chē)?yán)锍探箲]問(wèn)題。固態(tài)電池電化學(xué)窗口可達(dá)4.2V論能量密度。固態(tài)電池?zé)o需電解液和隔膜，縮減電池包重量和體積，提高續(xù)航能力。電池負(fù)極可以采用金屬鋰，正極材料選擇面更寬。（3）固態(tài)電池可簡(jiǎn)化封裝、冷卻系統(tǒng)，電芯內(nèi)部為串聯(lián)結(jié)構(gòu)，在有限空間內(nèi)進(jìn)一步縮減電池重量，體積能量密度較液態(tài)鋰離子電池（石墨負(fù)極）可提升以上。電池?zé)o漏液風(fēng)險(xiǎn)，可簡(jiǎn)化冷卻系統(tǒng)，電池以多電芯串聯(lián)結(jié)構(gòu)相接，優(yōu)化電池封裝，電池的體積能量密度大幅提升。圖：液態(tài)鋰離子電池與固態(tài)電池制備工藝對(duì)比傳統(tǒng)鋰離子電池固態(tài)電池單體電芯并聯(lián)疊加串聯(lián)疊加集流體需焊接接頭致密堆積電池模組串聯(lián)連接冷卻系統(tǒng)封裝后不需冷卻電池PACK資料來(lái)源：All-solid-statelithium-ionandlithiumbatteries–pavingthetolarge-scaleproduction,JoschaSchnell固態(tài)電池的技術(shù)發(fā)展采用逐步顛覆策略，液態(tài)電解質(zhì)含量逐步下降，全固態(tài)電池是最終形態(tài)。依據(jù)電解質(zhì)分類(lèi)，鋰電池可分為液態(tài)、半固態(tài)、準(zhǔn)固態(tài)和全固態(tài)四大類(lèi)，其中半固態(tài)、準(zhǔn)固態(tài)和全固態(tài)三種統(tǒng)稱(chēng)為固態(tài)電池。固態(tài)電池的迭代過(guò)程中，液態(tài)電解質(zhì)含量將從20wt%0wt%，電池負(fù)極逐步替換成金屬鋰片，電池能量密度有望提升至500Wh/kg，電池工作溫度范圍擴(kuò)20252030年前后實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池的商業(yè)化應(yīng)用。-8-圖：固態(tài)電池發(fā)展策略25wt%10wt%半固態(tài)50wt%富鋰負(fù)極350Wh/Kg5wt%1wt%0wt%電池中液體含量液態(tài)凝膠準(zhǔn)固態(tài)全固態(tài)0wt%5wt%30wt%80-100%負(fù)極金屬鋰含量金屬鋰負(fù)極石墨負(fù)極預(yù)鋰化負(fù)極250Wh/Kg300Wh/Kg400Wh/Kg500Wh/Kg能量密度150℃工作溫度55℃80℃資料來(lái)源：《全固態(tài)鋰電池技術(shù)的研究現(xiàn)狀與展望》，許曉雄1.2、電解質(zhì)和界面雙管齊下，構(gòu)建高性能固態(tài)電池（）構(gòu)建高性能固態(tài)電解質(zhì)，固態(tài)電解質(zhì)和液態(tài)電解質(zhì)的核心要求一致：1）電導(dǎo)率高，一般商業(yè)化電解質(zhì)電導(dǎo)率范圍在×~2×S/cm；2）化學(xué)穩(wěn)定性好，不與電池內(nèi)部材料發(fā)生反應(yīng)；34）高鋰離子遷移數(shù)，離子遷移數(shù)達(dá)到1是最理想的狀態(tài)。氧化物固態(tài)電解質(zhì)各方面性能較為均衡，其他類(lèi)型固態(tài)電解質(zhì)普遍存在性能短板，尚不能達(dá)到大規(guī)模應(yīng)用的要求。固態(tài)電解質(zhì)是固態(tài)電池的核心部件，在很大程度上決定了固態(tài)電池的各項(xiàng)性能參數(shù)，如功率密度、循環(huán)穩(wěn)定性、安全性能、高低溫性能以及使用壽命。固態(tài)電池距離高性能鋰離子電池系統(tǒng)仍有差距，聚合物、氧化物、硫化物三類(lèi)固態(tài)電解質(zhì)的性能參數(shù)各有優(yōu)劣。圖10：不同固態(tài)電解質(zhì)性能雷達(dá)圖氧化物固態(tài)電解質(zhì)硫化物固態(tài)電解質(zhì)氫化物固態(tài)電解質(zhì)鋰離子遷移數(shù)還原穩(wěn)定性鋰離子遷移數(shù)還原穩(wěn)定性鋰離子遷移數(shù)還原穩(wěn)定性電子氧化電子氧化電子氧化電導(dǎo)率穩(wěn)定性電導(dǎo)率穩(wěn)定性電導(dǎo)率穩(wěn)定性離子化學(xué)離子化學(xué)離子化學(xué)電導(dǎo)率電導(dǎo)率穩(wěn)定性電導(dǎo)率熱穩(wěn)定性制備工藝加工成本穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性機(jī)械性能制備工藝制備工藝加工成本加工成本機(jī)械性能鹵化物固態(tài)電解質(zhì)薄膜固態(tài)電解質(zhì)聚合物固態(tài)電解質(zhì)還原穩(wěn)定性鋰離子遷移數(shù)還原穩(wěn)定性電子氧化電子氧化電子氧化電導(dǎo)率穩(wěn)定性電導(dǎo)率穩(wěn)定性電導(dǎo)率穩(wěn)定性離子化學(xué)離子化學(xué)離子化學(xué)電導(dǎo)率穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性機(jī)械性能電導(dǎo)率穩(wěn)定性電導(dǎo)率熱穩(wěn)定性制備工藝加工成本穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性機(jī)械性能制備工藝制備工藝加工成本加工成本機(jī)械性能資料來(lái)源：Lithiumbatterychemistriesenabledbysolid-stateelectrolytes,ArumugamManthiram-9-聚合物固態(tài)電解質(zhì)率先實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，但存在高成本和低電導(dǎo)率兩個(gè)致命問(wèn)題。目前主流的聚合物固態(tài)電解質(zhì)是聚環(huán)氧乙烷（）電解質(zhì)及其衍生材料。Bollore池率先實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。聚合物電解質(zhì)在室溫下導(dǎo)電率低，能量上限不高，升溫后離子電導(dǎo)率大幅提高但既消耗能量又增加成本，增大了商業(yè)化的難度。氧化物固態(tài)電解質(zhì)綜合性能好，薄膜型已嘗試打開(kāi)消費(fèi)電子市場(chǎng)。LLZO型富鋰電解質(zhì)室溫離子導(dǎo)電率為10S/cm解質(zhì)材料之一，制約其發(fā)展的重要因素是電解質(zhì)和電極之間界面阻抗較大，界面反應(yīng)造成電池容量衰減。硫化物固態(tài)電解質(zhì)電導(dǎo)率最高，研究難度最高，開(kāi)發(fā)潛力最大，如何保持高穩(wěn)定性是一大難題。電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率高達(dá)1.2x10S/cm態(tài)電解質(zhì)相媲美。雖然硫化物電解質(zhì)與鋰電極的界面穩(wěn)定性較差，但由于離子電導(dǎo)率極高、電化學(xué)穩(wěn)定窗口較寬（尤其是日韓企業(yè)投入了大量資金進(jìn)行研究。表：三大固態(tài)電解質(zhì)體系及特點(diǎn)固態(tài)電解質(zhì)類(lèi)型主要研究體系離子電導(dǎo)率室溫：優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)研究方向PEO固態(tài)聚合物體系聚碳酸酯體系靈活性好易大規(guī)模制備薄膜剪切模量低將PEO與其他材料共混共聚或交聯(lián)，形成有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化體系，提升性能離子電導(dǎo)率低氧化電壓低（<4V）-7-510S/cm；65-78℃：聚合物固態(tài)電解質(zhì)聚烷氧基體系-4不與鋰金屬反應(yīng)10S/cm聚合物鋰單離子導(dǎo)體基體系非薄膜：鈣鈦礦型；石榴石型；化學(xué)、電化學(xué)穩(wěn)定性高機(jī)械性能好提升電導(dǎo)率：替換元NASICON型；LISICON型10S/cm薄膜：LiPON型-6-3界面接觸差素或摻雜同種異價(jià)元素氧合物固態(tài)電解質(zhì)硫化物固態(tài)電解質(zhì)電化學(xué)氧化電位高Thio-LiSICON型提高電解質(zhì)穩(wěn)定性，電導(dǎo)率高機(jī)械性能好晶界阻抗低易氧化降低生產(chǎn)成本，元素?fù)诫s發(fā)揮各元素協(xié)同作用LGPS型-7-210S/cm水汽敏感Li-aegyrodite型資料來(lái)源：Recentprogressofthesolid-stateelectrolyteshigh-energymetal-basedbatteries,LeiFan我們認(rèn)為，目前氧化物體系進(jìn)展最快，硫化物體系緊隨其后，高能聚合物體系仍處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，硫化物和聚合物體系都已取得長(zhǎng)足進(jìn)展。1）近年多家中國(guó)企業(yè)建立氧化物固態(tài)電池生產(chǎn)線。年月蘇州清陶固態(tài)鋰電池生產(chǎn)線在江蘇昆山建成投產(chǎn)，單體能量密度達(dá)400Wh/kg以上，擬于2020年進(jìn)入動(dòng)力電池應(yīng)用領(lǐng)域。江蘇衛(wèi)藍(lán)新能源電池有限公司也計(jì)劃于近期嘗試進(jìn)一步探索。2019年4月輝能科技宣布與南都電源合作，計(jì)劃建立國(guó)內(nèi)首條1GWh規(guī)模的固態(tài)電池生產(chǎn)線，2019年底，輝能科技宣布將于年建成固體電池生產(chǎn)線，年4月輝能科技完成D輪融資，本輪融資將用于加速固態(tài)電池商業(yè)化落地和工廠建設(shè)。220202022年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。十幾年前豐田已開(kāi)展固態(tài)電池研發(fā)工作，不僅獲得了固態(tài)電解-10-質(zhì)材料、固態(tài)電池的制造技術(shù)等方面的專(zhuān)利，還研發(fā)了一整套的正極材料和硫化物固態(tài)電解質(zhì)材料回收的技術(shù)路線和回收工序。3）美國(guó)Sakti3宣布研發(fā)出超高能量密度聚合物固態(tài)電池。2019年12月，Sakti3號(hào)稱(chēng)開(kāi)發(fā)出了能量密度超1000Wh/kg的固態(tài)電池，但該電池至今還未在實(shí)驗(yàn)室之外進(jìn)行過(guò)測(cè)試，絕大多數(shù)技術(shù)細(xì)節(jié)并未公開(kāi)。圖：不同企業(yè)選擇的電解質(zhì)技術(shù)路線聚合物固態(tài)電解質(zhì)路線硫化物固態(tài)電解質(zhì)路線氧化物固態(tài)電解質(zhì)路線資料來(lái)源：寧德時(shí)代、輝能科技、LG等公司官網(wǎng)，光大證券研究所（）提高界面相容性和穩(wěn)定性構(gòu)建良好的界面接觸是提高固態(tài)電池電化學(xué)性能的有效策略。固相界面間無(wú)潤(rùn)濕性，難以充分接觸，形成更高的接觸電阻，在循環(huán)過(guò)程中發(fā)生元素互擴(kuò)散及形成空間電荷層等現(xiàn)象，影響電池性能。晶態(tài)電解質(zhì)中存在大量晶界，高晶界電阻不利于鋰離子在正負(fù)極間的傳輸。圖12：固態(tài)電池界面問(wèn)題復(fù)合正極內(nèi)部界面電解質(zhì)內(nèi)部界面鋰金屬/合金負(fù)極穩(wěn)定高速離子、電子通道離子電導(dǎo)率能量密度倍率性能循環(huán)壽命溫度特性界面:反應(yīng)與電阻界面:鋰枝晶高效穩(wěn)定固態(tài)電解質(zhì)晶界晶界電阻決定材料的總離子電導(dǎo)率。提高致密度、降低晶界數(shù)量是降低電解質(zhì)內(nèi)阻、提高電導(dǎo)率的有效途徑。復(fù)合型無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)的絕緣部分可以通過(guò)影響空間電荷區(qū)的載流子濃度進(jìn)而影響材料的電導(dǎo)率。非晶型無(wú)極固態(tài)電解質(zhì)結(jié)構(gòu)中無(wú)晶界存在，但制備工藝會(huì)影響離子電導(dǎo)率。表：無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)分類(lèi)、制備及改進(jìn)措施電解質(zhì)類(lèi)型分類(lèi)典型代表提高電導(dǎo)率的方法制備方法熱壓法鈣鈦礦型；NASICON型；Thio-LISICON型；添加燒結(jié)助劑改變燒結(jié)氣氛晶型溶膠-凝膠法熔融淬冷法無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)復(fù)合型非晶型ALO-LiI；摻雜-23熔融冷卻法機(jī)械球磨法LiPON型；晶化熱處理電極固態(tài)電解質(zhì)界面）電極無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)界面有效抑制固態(tài)電解質(zhì)中空間電荷層的出現(xiàn)、元素互擴(kuò)散及電極在充放電過(guò)程中的體積變化是降低界面電阻、提高固態(tài)鋰電池高倍率放電性能的核心。常無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)界面對(duì)電池容量和高倍率性能有重大影響，界面穩(wěn)定性是影響固態(tài)鋰電池電化學(xué)性能的關(guān)鍵因素之一。表：正極無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)界面問(wèn)題及解決方法界面類(lèi)型常用正極材料界面存在的問(wèn)題及解決方法空間電荷層→電解質(zhì)改性、正極包覆界面反應(yīng)→電解質(zhì)改性、正極包覆體積效應(yīng)→球磨法、制備復(fù)合電極正極/硫化物固態(tài)電解質(zhì)LiCoO2;LiFePO4;NCM系列；空間電荷層效應(yīng)不明顯NCA系列；正極/氧化物固態(tài)電解質(zhì)界面反應(yīng)→電解質(zhì)改性、正極包覆體積效應(yīng)→球磨法、制備復(fù)合電極有效阻止金屬鋰與電解質(zhì)間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)是解決固態(tài)電池負(fù)極穩(wěn)定性差的-3.04V論比容量（3860mAh/g屬鋰過(guò)于活潑，易與電解質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后造成電池失效。界面接觸差、鋰枝晶也是困擾鋰負(fù)極應(yīng)用的難題。固態(tài)電解質(zhì)只能在一定程度上抑制鋰枝晶的生長(zhǎng)并防止其穿透造成電池短路，對(duì)界面進(jìn)行改性或制備一層固態(tài)電解質(zhì)界面膜（SEI）能有效削弱鋰枝晶的影響。引入緩沖層填補(bǔ)界面間的空隙，可以改善界面接觸，同時(shí)避免界面反應(yīng)的發(fā)生。-12-表：負(fù)極無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)界面問(wèn)題及解決方法界面類(lèi)型常用負(fù)極材料界面存在的問(wèn)題及解決方法鋰枝晶生長(zhǎng)→人造SEI膜、減少界面缺陷界面反應(yīng)→電解質(zhì)改性、引入緩沖層接觸不良→表面改性、引入緩沖層負(fù)極/硫化物固態(tài)電解質(zhì)Li;Li-In合金；負(fù)極/氧化物固態(tài)電解質(zhì)Li-Sn合金；圖13：固態(tài)電解質(zhì)界面膜（）保護(hù)作用示意圖圖14：緩沖層改善界面接觸示意圖負(fù)極空隙電解質(zhì)緩沖層負(fù)極電解質(zhì)資料來(lái)源：Thinfilmainterfaciallayer資料來(lái)源：Negatinginterfacialimpedanceingarnet-basedhigh-performancelithium-metalbatteryanodes,BZhusolid-stateLibatteries,XGHan）電極有機(jī)固態(tài)電解質(zhì)界面提高有機(jī)固態(tài)電解質(zhì)化學(xué)穩(wěn)定性是改善固態(tài)電池循環(huán)性能的可行方法。傳統(tǒng)有機(jī)固態(tài)電解質(zhì)材料（如PEO、PPC等）高壓條件下在界面易氧化分解，使電導(dǎo)率降低、界面阻抗增大，通過(guò)電解質(zhì)改性能改善這一問(wèn)題。表：電極有機(jī)固態(tài)電解質(zhì)界面問(wèn)題及解決方法界面類(lèi)型常用電極材料界面存在的問(wèn)題及解決方法正極/聚合物固態(tài)電解質(zhì)正極：LiCoO2;LiFePO4;負(fù)極：Li;界面衍化→電解質(zhì)改性負(fù)極/聚合物固態(tài)電解質(zhì)電解質(zhì)機(jī)械性能差→紫外固化法-13-2、政府扶持、企業(yè)角逐，固態(tài)電池商業(yè)化提速2.1、政府引導(dǎo)，推動(dòng)固態(tài)電池領(lǐng)域快速發(fā)展各國(guó)政府近年來(lái)陸續(xù)出臺(tái)政策措施，扶持新能源汽車(chē)行業(yè)發(fā)展。電動(dòng)車(chē)的發(fā)展主要受政策和補(bǔ)貼驅(qū)動(dòng)，各國(guó)出臺(tái)的電動(dòng)車(chē)鼓勵(lì)措施涵蓋了生產(chǎn)、購(gòu)置、使用、基礎(chǔ)設(shè)施、產(chǎn)業(yè)化支持等多個(gè)環(huán)節(jié)。表：主要國(guó)家推廣新能源汽車(chē)措施國(guó)家主要政策措施稅收減免激勵(lì)措施2019年12年可再美國(guó)購(gòu)置電動(dòng)汽車(chē)時(shí)聯(lián)邦稅收抵免7500美元-生能源增加和能效法案》草案BEV按照里程補(bǔ)貼，最高補(bǔ)貼40萬(wàn)日元2019年10月1日起，廢止汽車(chē)購(gòu)置稅2021年起實(shí)施新燃油效率標(biāo)準(zhǔn)引入環(huán)保性能優(yōu)惠稅，2019年10月1日-2020PHEV定額補(bǔ)貼20萬(wàn)日元FCEV按車(chē)價(jià)和同類(lèi)基礎(chǔ)車(chē)價(jià)的三分之二差額補(bǔ)貼，最高補(bǔ)貼225萬(wàn)日元日本德國(guó)根據(jù)購(gòu)買(mǎi)和安裝成本提供充電基礎(chǔ)設(shè)施年9月日期間實(shí)施臨時(shí)減免政策補(bǔ)貼下調(diào)汽車(chē)稅稅率依據(jù)重量征收重量稅首次注冊(cè)于2009年7月1年5月17日的純電動(dòng)汽車(chē)免征52009發(fā)布《國(guó)家電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展規(guī)劃》年發(fā)布《電動(dòng)汽車(chē)政府方案》2012三次評(píng)估報(bào)告》BEV＜4萬(wàn)歐，補(bǔ)貼6000歐4＜BEV＜65000歐BEV＞6萬(wàn)歐，不補(bǔ)貼年5月日至2020年月日期間注冊(cè)的純電動(dòng)汽車(chē)免征102021年起，依據(jù)重量分段對(duì)純電動(dòng)汽車(chē)征稅歐/200kg)，為繼續(xù)鼓勵(lì)節(jié)能減排，減免50%稅額2010年成立德國(guó)國(guó)家電動(dòng)汽車(chē)平臺(tái)（NPE）PHEV補(bǔ)貼4500歐2018該法案要求英格蘭、威爾士和蘇格蘭加油站安裝電動(dòng)汽車(chē)充電樁BEV單車(chē)補(bǔ)貼金額，最高3000英國(guó)中國(guó)BEV和排放低于50gCO的車(chē)輛免購(gòu)置稅英鎊22020年宣布電動(dòng)車(chē)購(gòu)買(mǎi)補(bǔ)貼延長(zhǎng)至2023年價(jià)格超50000英鎊的電動(dòng)汽車(chē)不享受補(bǔ)貼2018能力行動(dòng)計(jì)劃》BEV續(xù)航里程250-400貼1.8萬(wàn)元；續(xù)航里程＞公2019年更新能源補(bǔ)貼政策，補(bǔ)貼退坡，EV和PHEV免征10%的車(chē)輛購(gòu)置稅于2020年月里，補(bǔ)貼2.5萬(wàn)元PHEV續(xù)航里程＞501萬(wàn)元2020年3月，宣布補(bǔ)貼政策延長(zhǎng)兩年資料來(lái)源：各國(guó)政府網(wǎng)站，光大證券研究所整理為實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)，國(guó)家乘用車(chē)碳排放政策不斷收緊，促使車(chē)企電動(dòng)化轉(zhuǎn)2025年后歐盟新登記汽車(chē)碳排放量比少15%，年要求比2021年減少。嚴(yán)苛的碳排放標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)車(chē)企進(jìn)一步轉(zhuǎn)型，電動(dòng)車(chē)升級(jí)勢(shì)在必行。-14-圖14：乘用車(chē)碳排放法規(guī)17016015014013012011010090探討階段807020152016201720182019202020212022202320242025歐盟日本中國(guó)美國(guó)資料來(lái)源：，光大證券研究所，單位：gCO/km2多個(gè)國(guó)家明確固態(tài)電池發(fā)展目標(biāo)和產(chǎn)業(yè)技術(shù)規(guī)劃，現(xiàn)階段發(fā)展之路明晰，2020-2025年著力提升電池能量密度并向固態(tài)電池轉(zhuǎn)變，2030年研發(fā)出可商業(yè)化使用的全固態(tài)電池。美國(guó)能源部的部署著重于電池正負(fù)極材料的革新、電芯優(yōu)化和降低成本或者解脫電池對(duì)重要材料如鈷的依賴(lài)，以及回收利用動(dòng)力電池材料；德國(guó)政府的策略是加大資金扶持；日本為應(yīng)對(duì)多元化的市場(chǎng)需求、保持在世界市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力、降低技術(shù)發(fā)展的不確定性，汽車(chē)技術(shù)沒(méi)有集中在某一領(lǐng)域；中國(guó)著力于固態(tài)電解質(zhì)的研發(fā)，2020年或?qū)⒐虘B(tài)電池研發(fā)上升至國(guó)家戰(zhàn)略層面，加快固態(tài)電池發(fā)展。表：主要國(guó)家固態(tài)電池研究目標(biāo)國(guó)家性能目標(biāo)未來(lái)發(fā)展目標(biāo)正極材料降鈷或去鈷，著力降低成本2016Battery50055從三元體系轉(zhuǎn)向低鈷、無(wú)鈷的正極材料度500Wh/kg10002022年9150＄/kWh比2018年成本降低約美國(guó)日本NEDO研究機(jī)構(gòu)技術(shù)路線圖指出，2025此后進(jìn)入全固態(tài)電池階段，鋰硫電池也會(huì)成為主流250wh/kg20000日元/kWh2020年循環(huán)次數(shù)1000-1500次展，同時(shí)緊抓氫燃料電池電池包密度達(dá)到500wh/kg10000日元/kWh1000-1500次2030年2019年教研部宣布，將在未來(lái)四年為“電池研究工廠”項(xiàng)目追加5億歐元投資，inGermany）全固態(tài)電池為主，支持鋰離子技術(shù)和新概念電池德國(guó)中國(guó)2030年電芯能量密度400wh/kg2000次，成本歐元/kWh動(dòng)力電池能量密度400Wh/kg+高比能硅2025年碳負(fù)極著眼于固態(tài)電解質(zhì)，關(guān)注正負(fù)極材料改能量密度目標(biāo)是500Wh/kg+性2030年高比能硅碳負(fù)極，液態(tài)電解質(zhì)將演變?yōu)楣虘B(tài)電解質(zhì)資料來(lái)源：各國(guó)政府網(wǎng)站，光大證券研究所整理-15-2.2、企業(yè)積極布局，固態(tài)電池領(lǐng)域陷入“混戰(zhàn)”中國(guó)提前布局，部分企業(yè)已進(jìn)入固態(tài)鋰離子電池（半固態(tài)電池）中試階段，2025年前可能實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池量產(chǎn)。中國(guó)早在十年前已著手布局固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)，多家電池廠商固態(tài)電池技術(shù)領(lǐng)先，越來(lái)越多的企業(yè)參與固態(tài)電池研究。表：國(guó)內(nèi)企業(yè)布局企業(yè)布局進(jìn)展2016年，寧德時(shí)代正式宣布在硫化物固態(tài)電池上的研發(fā)路徑。寧德時(shí)代國(guó)軒高科蜂巢動(dòng)力目前容量為325mAh的聚合物鋰金屬固態(tài)電池能量密度達(dá)300Wh/kg，可實(shí)現(xiàn)周循環(huán)以容量保持率82%。全固態(tài)電池還在開(kāi)發(fā)中，預(yù)計(jì)2030年后實(shí)現(xiàn)商品化。2017年，著手研發(fā)固態(tài)電池及固態(tài)電解質(zhì)。2018年2與生產(chǎn)設(shè)備，相關(guān)產(chǎn)品將使用半固態(tài)電池技術(shù)。對(duì)于包括固態(tài)電解質(zhì)在內(nèi)的上游關(guān)鍵原材料的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化進(jìn)度公司方面也將密切關(guān)注。2018年3月，宣布半固態(tài)電池技術(shù)目前已處于實(shí)驗(yàn)室向中試轉(zhuǎn)換階段。2019年，推出半固態(tài)電池的試生產(chǎn)線。2019年2月，長(zhǎng)城汽車(chē)旗下子公司蜂巢動(dòng)力宣稱(chēng)開(kāi)發(fā)出四元正極材料，并基于該材料發(fā)布了全球首款四元材料電芯，通過(guò)NCM量密度將超過(guò)300WH/kg。2013年，實(shí)現(xiàn)了固態(tài)鋰電池的商業(yè)化量產(chǎn)，早期應(yīng)用于消費(fèi)電子領(lǐng)域，近年來(lái)應(yīng)用于新能源汽車(chē)領(lǐng)域。2014年，與手機(jī)廠商合作生產(chǎn)了一款采用了固態(tài)電池電源，給手機(jī)充電的手機(jī)保護(hù)皮套。201740MWh的中試線，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的卷式生產(chǎn)。2019BiPolar+（）多軸雙極封裝技術(shù)的車(chē)用固態(tài)電池包。在相同的裝車(chē)容量下，電池包體積只比傳統(tǒng)電池包減小50%30%，在模組層面，重量成組效率高達(dá)87%，電池包重量成組效率高達(dá)80%。2019“MAB”2020年D輪融資后與一汽集團(tuán)加強(qiáng)戰(zhàn)略合作。輝能科技產(chǎn)業(yè)化規(guī)劃：2020年完成1GWh固態(tài)電池產(chǎn)線的試產(chǎn)，年固態(tài)鋰離子電池（非全固態(tài)電池）達(dá)到1GWH的產(chǎn)能，2023年全固態(tài)電池試產(chǎn)，2024年全固態(tài)電池量產(chǎn)。電池能量密度：車(chē)載固態(tài)電池包能量密度已達(dá)190Wh/kg420Wh/L），第二代固態(tài)電池采用更高能量密度的正負(fù)極材料，如納米硅或鋰金屬負(fù)極；高壓和NCA的正極材料。2021年，電芯能量密度突破傳統(tǒng)液態(tài)電池的密度平臺(tái)，持續(xù)提升。電芯體積能量密度方面，2025960Wh/L；系統(tǒng)體積能量密度達(dá)到672Wh/L，比傳統(tǒng)液態(tài)電池包高近乎一倍。2018年1月，與加拿大魁北克水電集團(tuán)簽署中加全固態(tài)鋰電池技術(shù)合作協(xié)議，引進(jìn)“磷酸亞鐵全固態(tài)鋰電池”密度達(dá)250Wh/kg，循環(huán)壽命2000次。長(zhǎng)春勁能科技集團(tuán)未來(lái)將與加拿大合作推出350Wh/kg三元全固態(tài)鋰電池。2017年9月，投資美國(guó)Power公司。2018年2月，萬(wàn)向參投的Power確認(rèn)與寶馬合作，雙方將共同研發(fā)新一代電動(dòng)車(chē)固態(tài)電池技術(shù)。2018年2Materials萬(wàn)向集團(tuán)旗下水平。2019年6月，與IonicMaterials共同正式對(duì)外宣布，全固態(tài)電池研發(fā)取得里程碑式進(jìn)展，并稱(chēng)“這種獨(dú)特的方法使得A123Systems全固態(tài)電池有望在2022年推向市場(chǎng)”。2019年，在英國(guó)建立了固態(tài)電池研發(fā)中心，2022-2024年實(shí)現(xiàn)電池量產(chǎn)。2020Karma汽車(chē)完成了合作簽約儀式，為Karma電動(dòng)汽車(chē)提供動(dòng)力電池（含固態(tài)電池）。2016年，公司成立，依托中國(guó)科學(xué)院物理研究所，專(zhuān)注于下一代固態(tài)鋰電池的研發(fā)與生產(chǎn)。2020年，計(jì)劃建成年產(chǎn)0.1GWh固態(tài)電池生產(chǎn)線。衛(wèi)藍(lán)新能源SEI膜技術(shù)、固態(tài)電解質(zhì)、鋰離子快導(dǎo)體制備技術(shù)以及高電壓電池集成技術(shù)、陶瓷膜優(yōu)化技術(shù)和集流體解決方案。-16-國(guó)內(nèi)較早開(kāi)展全固態(tài)鋰電池技術(shù)研發(fā)的團(tuán)隊(duì)之一，由清華大學(xué)南策文院士團(tuán)隊(duì)創(chuàng)辦，在固態(tài)鋰電池領(lǐng)域，公司申報(bào)的專(zhuān)利已近100項(xiàng)。2018年11月，建成的全國(guó)首條固態(tài)鋰電池產(chǎn)線正式投產(chǎn)，產(chǎn)能規(guī)模為0.1GWh，總投資1億元，已經(jīng)量產(chǎn)出第一批固態(tài)電池產(chǎn)品，目前可日產(chǎn)1萬(wàn)顆電芯，產(chǎn)品主要應(yīng)用于特種電源、高端數(shù)碼等領(lǐng)域。2019年7月，年產(chǎn)10GWh固態(tài)鋰電池項(xiàng)目在江西省宜春市簽約。該項(xiàng)目將分兩期建設(shè)，總投資約55億元。其中項(xiàng)目一期投資5.5的固態(tài)鋰電池項(xiàng)目，計(jì)劃今年年底投產(chǎn)；項(xiàng)目二期投資49.52020年6月日前開(kāi)工建設(shè)，開(kāi)工后兩年內(nèi)全部投產(chǎn)，產(chǎn)能為9GWh。清陶新能源目前，清陶能源開(kāi)發(fā)的全固態(tài)電池，單體能量密度可達(dá)到430Wh/kg，量產(chǎn)階段可達(dá)到300Wh/g以上。2017年，引進(jìn)中科院寧波材料所的許曉雄團(tuán)隊(duì)，正式切入到固態(tài)電池板塊。2018年，固態(tài)電池的研發(fā)取得新突破，同年8月份正式啟動(dòng)2億Wh固態(tài)鋰電池中試生產(chǎn)線建設(shè)項(xiàng)目。2018年6月，公司第一代固態(tài)鋰電池單體容量已達(dá)到10Ah，能量密度大于240Wh/kg1000次循環(huán)后容量保持率大于90%，同時(shí)，電池單體具備5C倍率的充放電能力，目前電池研制品已通過(guò)第三方機(jī)構(gòu)安全檢測(cè)。2019年1月，完成1.5D輪融資，主要投資方為軟銀中國(guó)資本。贛鋒鋰業(yè)2019年8月，發(fā)布2019年半年度報(bào)告，第一代固態(tài)鋰電池研制品通過(guò)多項(xiàng)第三方安全測(cè)試和多家客戶(hù)送樣測(cè)試。2019年11月，年產(chǎn)億瓦時(shí)級(jí)第一代固態(tài)鋰電池研發(fā)中試生產(chǎn)線已建成試產(chǎn)，不久將正式投產(chǎn)。20171250萬(wàn)美元投入了對(duì)固態(tài)電池企SolidEnergySystem的C輪優(yōu)先股融資，投資后持股比例為11.72%。天齊鋰業(yè)中天科技2018年5月，開(kāi)始布局固態(tài)電池，公司參股公司美國(guó)SolidEnergy主要開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)具有超高能量密度、超薄鋰金屬電池，開(kāi)發(fā)電解液和負(fù)極材料。2015年，中科院青島能源所與中天科技簽約開(kāi)發(fā)高性能全固態(tài)鋰電池。2016年，青島能源所全固態(tài)鋰電池通過(guò)深海測(cè)試，能量密度翻倍。2018年7實(shí)驗(yàn)試制階段。力神電池中航鋰電2019年，宣布將聚焦固態(tài)電池研發(fā)。目前，固態(tài)電池關(guān)鍵技術(shù)研究已有重要進(jìn)展，已制造樣品，未來(lái)在固態(tài)電池領(lǐng)域?qū)⒓哟笱邪l(fā)投入。與中科院、哈佛大學(xué)、日本佐賀大學(xué)等全球知名研究機(jī)構(gòu)及院校深入合作，加速固態(tài)電池等前沿技術(shù)的研發(fā)，目前在固態(tài)電池開(kāi)發(fā)已取得突破性進(jìn)展?？托履茉殆i輝能源目前，公司固態(tài)電池處于研發(fā)階段，計(jì)劃在未來(lái)2-3年內(nèi)推出固態(tài)電池產(chǎn)品。2018年95052018年9月開(kāi)始啟動(dòng)一期項(xiàng)目；全部建成將達(dá)到10GWh的高安全性、高比能動(dòng)力鋰電池產(chǎn)能。平煤國(guó)能鋰電資料來(lái)源：各公司網(wǎng)站，光大證券研究所整理國(guó)內(nèi)車(chē)企聯(lián)合電池企業(yè)，新興電動(dòng)車(chē)制造商步伐較快，2025年前電動(dòng)汽車(chē)有望搭載固態(tài)電池。造車(chē)新勢(shì)力憑借自身強(qiáng)大的實(shí)力、多維度跨界與全方位創(chuàng)新嶄露頭角，大有領(lǐng)跑之態(tài)。天際、蔚來(lái)、愛(ài)馳都與輝能科技簽訂了戰(zhàn)略合作協(xié)議，側(cè)面說(shuō)明輝能科技固態(tài)電池技術(shù)成熟度相對(duì)較高。-17-表：國(guó)內(nèi)車(chē)企布局企業(yè)布局進(jìn)展2016年，確定固態(tài)電池為未來(lái)發(fā)展方向的基調(diào)，嘗試小規(guī)模使用，將在未來(lái)10年，最快5年內(nèi)推出固態(tài)電池。2017年，申請(qǐng)一種全固態(tài)鋰離子電池正極復(fù)合材料及一種全固態(tài)鋰離子電池的發(fā)明專(zhuān)利。比亞迪2018年1月，推進(jìn)固態(tài)電池項(xiàng)目商用，并將固態(tài)電池作為下一步研發(fā)重點(diǎn)，積極推進(jìn)相關(guān)產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化研發(fā)應(yīng)用。2019年8月，蔚來(lái)與輝能科技簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議，雙方將共同打造采用輝能固態(tài)電池包的樣車(chē)，并圍繞固態(tài)電蔚來(lái)汽車(chē)池的生產(chǎn)應(yīng)用展開(kāi)進(jìn)一步合作。2019年，投資清陶能源。北汽集團(tuán)長(zhǎng)城汽車(chē)2025年前上市的新車(chē)有望搭載400Wh/kg的固態(tài)電池。計(jì)劃在2025年在量產(chǎn)車(chē)上應(yīng)用能量密度達(dá)350~500Wh/kg的固態(tài)電池。2019年初，展出了國(guó)內(nèi)首臺(tái)固態(tài)電池電動(dòng)汽車(chē)。2021年，預(yù)計(jì)批量生產(chǎn)固態(tài)電池并裝車(chē)上市。天際汽車(chē)2021年，預(yù)計(jì)天際固態(tài)電池電芯能量密度可達(dá)300Wh/kgPACK能量密度達(dá)到220Wh/kg，達(dá)到初步商業(yè)化的技術(shù)狀態(tài)。哪吒汽車(chē)2019年，與清陶科技達(dá)成全面深度合作，共同推進(jìn)固態(tài)電池的研發(fā)與應(yīng)用，加快在新能源汽車(chē)上的商業(yè)化落地。資料來(lái)源：各公司網(wǎng)站，光大證券研究所整理日韓企業(yè)抱團(tuán)研發(fā)，豐田計(jì)劃2022年實(shí)現(xiàn)搭載固態(tài)電池的電動(dòng)汽車(chē)量產(chǎn)。由于意識(shí)到固態(tài)電池潛力巨大，日本很早就開(kāi)始進(jìn)行研發(fā)，目前全球范圍內(nèi)日本企業(yè)的固態(tài)電池技術(shù)較為領(lǐng)先。韓國(guó)技術(shù)領(lǐng)先的三大電池企業(yè)也選擇聯(lián)合研發(fā)固態(tài)電池。可以看出，日韓無(wú)論是電池企業(yè)還是車(chē)企，在保有獨(dú)立研發(fā)團(tuán)隊(duì)的基礎(chǔ)上，在固態(tài)電池的研發(fā)方面大多采用“抱團(tuán)取暖”方式。表10：日韓企業(yè)布局企業(yè)布局進(jìn)展在固態(tài)電池領(lǐng)域擁有大量專(zhuān)利，占據(jù)全球固態(tài)電池專(zhuān)利數(shù)量13％，是全球擁有專(zhuān)利數(shù)量最大的企業(yè)。2022年實(shí)豐田現(xiàn)量產(chǎn)。2019年初，豐田與松下宣布合作，將共同設(shè)立開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)電動(dòng)汽車(chē)（EV）等車(chē)載電池的合資公司，該公司致力于開(kāi)發(fā)、量產(chǎn)固態(tài)電池?，F(xiàn)代日產(chǎn)2018年，投資初創(chuàng)固態(tài)電池材料企業(yè)IonicMaterials2025年可實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池量產(chǎn)。2017年，宣布自研固態(tài)動(dòng)力電池。2018年，與本田、豐田、松下等日本企業(yè)組成“鋰電池技術(shù)與評(píng)估中心”，共同研發(fā)固態(tài)電池。2018年，雷諾日產(chǎn)三菱聯(lián)盟投資固態(tài)電池初創(chuàng)公司IonicMaterials。2018年，雷諾日產(chǎn)三菱聯(lián)盟投資固態(tài)電池初創(chuàng)公司IonicMaterials。三菱松下2019年初，與豐田合作研發(fā)固態(tài)電池。2019年8月，聯(lián)合比利時(shí)微電子研究中心開(kāi)發(fā)出體積能量密度425Wh/L的固態(tài)電池。2017年10月，開(kāi)發(fā)出氧化物系固態(tài)電解質(zhì)材料。日本特殊陶業(yè)2021年，計(jì)劃在月面實(shí)施全球首個(gè)全固態(tài)電池的技術(shù)實(shí)證試驗(yàn)。2030年，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)EV用全固態(tài)電池的實(shí)際應(yīng)用。日本礙子最初計(jì)劃面向電子器械、便攜設(shè)備進(jìn)行開(kāi)發(fā)。（NGK）2025年之前，計(jì)劃實(shí)現(xiàn)EV用全固態(tài)電池的商品化。2018年11月開(kāi)發(fā)出數(shù)毫米見(jiàn)方大小的“芯片型全固態(tài)電池”，可反復(fù)充電1000次。目前已啟動(dòng)樣品供貨，正在完善量產(chǎn)體制。2020年3月宣布開(kāi)發(fā)出一種固態(tài)電池，旨在用于耳機(jī)等小型可穿戴設(shè)備，該電池計(jì)劃于2020年投入量產(chǎn)。日本電氣硝子2017年11月，試制電極采用晶化玻璃的全固態(tài)鈉離子蓄電池。（NEG）自主推動(dòng)電池產(chǎn)品化，2025年之前投入實(shí)際應(yīng)用。-18-三櫻工業(yè)出光興產(chǎn)佳友化學(xué)2018年9月，宣布投資Power。2017-2017年，在日本申請(qǐng)全固態(tài)電池相關(guān)專(zhuān)利數(shù)量?jī)H次于豐田，位居第二。以硫化物固態(tài)電解質(zhì)為研究中心。公司原先積累石油精煉領(lǐng)域的處理技術(shù)，對(duì)于固態(tài)電解質(zhì)原料硫化氫的處理和應(yīng)用技術(shù)具有優(yōu)勢(shì)。開(kāi)發(fā)用于全固態(tài)電池、在高壓環(huán)境下不易故障的鎳錳系正極材料，2025年前后有望應(yīng)用于固態(tài)電池。2018年6月，松下、豐田、本田、日產(chǎn)等23家汽車(chē)、電池和材料企業(yè)，以及京都大學(xué)、日本理化學(xué)研究所等15家學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)將在未來(lái)5年內(nèi)聯(lián)合研發(fā)下一代汽車(chē)電動(dòng)車(chē)固態(tài)鋰電池，力爭(zhēng)早日應(yīng)用于新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)，計(jì)劃到2022年全面掌握全固態(tài)電池相關(guān)技術(shù)，到2030年前后將固態(tài)電池組每千瓦時(shí)的成本降至鋰電池的30％。2020年2月，因研發(fā)鋰離子電池而獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的吉野彰，作為“技術(shù)研究組合鋰離子電池材料評(píng)價(jià)研究中心”(LIBTEC)的理事長(zhǎng)發(fā)起項(xiàng)目，力爭(zhēng)到2023年4月，完成面向電動(dòng)汽車(chē)(EV)的全固態(tài)電池試制品，本次項(xiàng)目的共同參與者有豐田汽車(chē)、松下和旭化成等汽車(chē)、電池和材料領(lǐng)域具代表性24家日本企業(yè)和機(jī)構(gòu)。2018年11LGSDI和組成聯(lián)盟，共同開(kāi)發(fā)包括固態(tài)電池的下一代電池核心技術(shù)。日本多家企業(yè)及研究機(jī)構(gòu)日本LIBTEC項(xiàng)目韓國(guó)三大電池企業(yè)資料來(lái)源：各公司網(wǎng)站，光大證券研究所整理歐洲謀求固態(tài)電池領(lǐng)域翻盤(pán)，歐美各大車(chē)企投資固態(tài)電池初創(chuàng)企業(yè)。年初，歐洲最大的應(yīng)用科學(xué)研究機(jī)構(gòu)德國(guó)弗勞恩霍夫硅酸鹽研究所和瑞士聯(lián)邦材料測(cè)試和研究實(shí)驗(yàn)室合作固態(tài)電池戰(zhàn)略性項(xiàng)目“IE48投資在固態(tài)電池領(lǐng)域中美國(guó)高校衍生的初創(chuàng)企業(yè)如SolidPower、SolidEnergySystems、IonicMaterials、QuantumScape等以獲得技術(shù)儲(chǔ)備?？紤]到投資風(fēng)險(xiǎn)過(guò)大，博世2018年出售SEEO，取消電池生產(chǎn)并剝離相應(yīng)資產(chǎn)。表：歐美企業(yè)布局企業(yè)布局進(jìn)展2018年9月和Solid2026固態(tài)電池產(chǎn)品將在寶馬系列車(chē)型上應(yīng)用。寶馬大眾通用2018年6月宣布與美國(guó)電池初創(chuàng)公司QuantumScapeQuantumScape注資一億美元用于開(kāi)發(fā)固態(tài)電池，同時(shí)派遣技術(shù)人員參與QuantumScape的研發(fā)工作。2018年8月宣布將在歐洲建廠以生產(chǎn)固態(tài)電池，并計(jì)劃在2025年以前實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。2019年收到美國(guó)能源部撥款910萬(wàn)美元，其中200萬(wàn)美元明確用于研究固態(tài)電池。2019年宣布關(guān)于固態(tài)電池的研發(fā)將在美國(guó)密歇根州通用汽車(chē)的沃倫技術(shù)中心進(jìn)行。2019年4月聯(lián)合三星投資了美國(guó)固態(tài)電池初創(chuàng)公司SolidSolid福特賓利雷諾電動(dòng)汽車(chē)全固態(tài)電池。2020年賓利首席執(zhí)行官Hallmark在接受外媒采訪時(shí)表示，賓利的純電動(dòng)車(chē)型將考慮使用固態(tài)電池技術(shù)。2025年旗下電動(dòng)汽車(chē)可能會(huì)使用鈷含量為零的固態(tài)電池。雷諾規(guī)劃使用的無(wú)鈷固態(tài)電池，由雷諾－日產(chǎn)－三菱聯(lián)盟投資的電池公司IonicMaterials提供技術(shù)支持。2019年12月，宣稱(chēng)開(kāi)發(fā)出了能量密度達(dá)到1000Wh/kg的固態(tài)電池，并稱(chēng)未來(lái)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化量產(chǎn)之后，成本只有當(dāng)前鋰電池的20%，可以把搭載其電池的電動(dòng)汽車(chē)成本控制在萬(wàn)美元。Sakti32012的新型電池用在iPad、等設(shè)備以及以后將要發(fā)展的柔性電子設(shè)備上。2013年收購(gòu)固態(tài)電池廠PowerSolutions。蘋(píng)果20159000萬(wàn)美元并購(gòu)固態(tài)電池公司Sakit3，開(kāi)始自主發(fā)展固態(tài)鋰電池技術(shù)。2016年戴森宣布投資14億美元建設(shè)固態(tài)鋰電池工廠。戴森英國(guó)Bolloré2019年宣布與LlikaTechnologies公司、英國(guó)技術(shù)創(chuàng)新中心、本田歐洲研發(fā)中心以及英國(guó)倫敦大學(xué)學(xué)院合作開(kāi)展powerDriveLine項(xiàng)目。2011年底，在法國(guó)巴黎及其郊外提供汽車(chē)共享服務(wù)“Autolib，電動(dòng)汽車(chē)搭載固態(tài)聚合物電池車(chē)。由于工作溫度范圍的限制、加熱器的存在導(dǎo)致能耗增加以及安全性等問(wèn)題，該產(chǎn)品不具備商業(yè)價(jià)值。-19-2020年1月宣布將幫助諾貝爾獎(jiǎng)獲得者JohnB.Goodenough和HelenaBraga獲得其開(kāi)發(fā)的創(chuàng)新型固態(tài)玻璃電解質(zhì)的專(zhuān)利許可并將技術(shù)投入使用。在此基礎(chǔ)上，梅賽德斯奔馳公司將幫助其開(kāi)發(fā)固態(tài)電池技術(shù)。加拿大Hydro-Qubec2020年2月戴姆勒與加拿大魁北克水電公司宣布建立合作關(guān)系，共同開(kāi)發(fā)固態(tài)電池技術(shù)。雙方合作目的是測(cè)試新材料，加速固態(tài)電池量產(chǎn)應(yīng)用。2015年收購(gòu)美國(guó)電池公司，布局聚合物全固態(tài)鋰電池。博世2018年出售SEEO，退出電池生產(chǎn)。資料來(lái)源：各公司網(wǎng)站，光大證券研究所整理固態(tài)電池領(lǐng)域市場(chǎng)參與者眾多，車(chē)企、電池企業(yè)、投資機(jī)構(gòu)、科研機(jī)構(gòu)等在資本、技術(shù)、人才三方面進(jìn)行博弈。隨著越來(lái)越多的企業(yè)加入，固態(tài)電池產(chǎn)2021-2025年固態(tài)電池將實(shí)現(xiàn)初步應(yīng)用。（）中國(guó)企業(yè)縱向聯(lián)合，高校及研究機(jī)構(gòu)科技成果初嘗產(chǎn)業(yè)化。（2）歐美多國(guó)政府撥款助力固態(tài)電池研發(fā)，科研機(jī)構(gòu)及固態(tài)電池初創(chuàng)企業(yè)是主力，各大車(chē)企紛紛投資。（3）日本電池領(lǐng)域底蘊(yùn)深厚，企業(yè)依靠自身優(yōu)勢(shì)組建研發(fā)團(tuán)隊(duì)攻克技術(shù)難關(guān)，同時(shí)車(chē)企橫向聯(lián)合共同開(kāi)發(fā)電池技術(shù)，科研機(jī)構(gòu)、車(chē)企、電池和材料企業(yè)等多行業(yè)抱團(tuán)共同參與研究。（）韓國(guó)電池企業(yè)選擇縱向聯(lián)合，共同開(kāi)發(fā)固態(tài)電池技術(shù)。圖15：固態(tài)電池行業(yè)研究全景圖譜SanohIndustrialventuresEnergyTechnologySolvayIlikaTechnologiesSolidPowerRicardoAppliedVenturesKholsaVenturesIonicMaterialsA123SystemsSolidEnergySystem24MVenturesQuantumScapePolyPlusHydro-QubecinnovationLG資料來(lái)源：各公司網(wǎng)站，光大證券研究所整理-20-3、技術(shù)和成本雙制約，全固態(tài)電池量產(chǎn)仍需十年3.1、三星率先實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破，全固態(tài)電池量產(chǎn)仍有難點(diǎn)年3月初，三星高等研究院（SAIT）與三星日本研究中心（SRJ）在《自然-能NatureEnergyHigh-energylong-cyclingall-solid-statelithiummetalbatteriesenabledbysilver–carboncompositeanodes了其在固態(tài)電池領(lǐng)域的最新進(jìn)展，銀碳基全固態(tài)電池能夠?qū)崿F(xiàn)900Wh/L高能量密度、1000圈以上長(zhǎng)循環(huán)壽命及電池一次充電后可驅(qū)動(dòng)汽車(chē)行駛公里。電池結(jié)構(gòu)如下：（1）正極：高鎳三元材料LiNiCoMn0.05O（NMC）2（2）正極涂層：5nmO-ZrO（LZO）22（3）固態(tài)電解質(zhì)：argyrodite型（Cl）硫化物電解質(zhì)65（4）負(fù)極：5-10m的超薄銀碳負(fù)極（5）集流器：鋁箔、不銹鋼（SUS）箔集流器（6）無(wú)隔膜和液態(tài)電解質(zhì)圖16：三星全固態(tài)電池結(jié)構(gòu)圖17：鋰離子電池、鋰金屬電池結(jié)構(gòu)對(duì)比銀碳電解質(zhì)NMC資料來(lái)源：High-energylong-cyclingall-solid-statelithiumbatteriesenabledbysilver–carboncompositeanodes，Lee資料來(lái)源：High-energylong-cyclingall-solid-statelithiumbatteriesenabledbysilver–carboncompositeanodes，Leebi-cellNMC正極兩側(cè)放置，NMC正極、銀碳復(fù)合層、固態(tài)電解質(zhì)圍繞鋁集流器對(duì)稱(chēng)放2置，鋁塑膜軟包后，電池尺寸，電芯容量0.6Ah。-21-圖18：三星固態(tài)電池/資料來(lái)源：High-energylong-cyclingall-solid-statelithiumbatteriesenabledbysilvercarboncompositeanodes，Lee這項(xiàng)技術(shù)解決了困擾全固態(tài)電池性能的問(wèn)題，即鋰枝晶與充放電效率。（1晶生成的可能性；（21環(huán)過(guò)程中鋰離子不易沉積因而抑制鋰枝晶的生成；（3LZO涂層有效降低界面阻抗從而提升電池系統(tǒng)的充放電效率，同時(shí)隔絕正極和電解質(zhì)，避免了副反應(yīng)，最大限度保證電池的循環(huán)次數(shù)。圖19：電池充放電循環(huán)中鋰沉積過(guò)程電解質(zhì)電解質(zhì)碳充電放電鋰沉積銀資料來(lái)源：High-energylong-cyclingall-solid-statelithiumbatteriesenabledbysilvercarboncompositeanodes，Lee技術(shù)不成熟、生產(chǎn)條件受限，固態(tài)電池量產(chǎn)對(duì)于三星產(chǎn)業(yè)化而言仍有難點(diǎn)。硫化物固態(tài)電解質(zhì)對(duì)生產(chǎn)環(huán)境要求苛刻，需隔絕水和氧氣；銀碳層大規(guī)模生產(chǎn)所需的貴金屬納米銀成本較高。發(fā)表論文的SAIT和均為科研機(jī)構(gòu)而非主攻工藝的三星SDI明了新電池的原理、結(jié)構(gòu)和性能，初步判斷該電池仍處于實(shí)驗(yàn)室階段，短時(shí)間內(nèi)難以量產(chǎn)。-22-3.2、固態(tài)電池的工藝路線尚不成熟，產(chǎn)業(yè)化仍需時(shí)間各類(lèi)型固態(tài)電池的電芯封裝技術(shù)大同小異，差別主要體現(xiàn)在電極和電解質(zhì)的制備工藝。全固態(tài)鋰電池根據(jù)電池形態(tài)可以分成薄膜型和大容量型兩大類(lèi)。大容量全固態(tài)電池適合規(guī)?；a(chǎn)的技術(shù)路線仍在研究中，涂布法最為常20252030年全固態(tài)電池實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。（1）制備氧化物電解質(zhì)時(shí)，涂布后需燒結(jié)以提高致密度，但高溫?zé)Y(jié)消耗大量能源并需補(bǔ)充大量鋰鹽以補(bǔ)償鋰損失，成本高昂。目前多采用摻雜方法降低燒結(jié)溫度；（2）硫化物電解質(zhì)制備不需燒結(jié)步驟，適合采用涂布法生產(chǎn)。但電池界面接觸差，通過(guò)涂布+多次熱壓、添加緩沖層可適當(dāng)改善界面性能；（3）聚合物固態(tài)電池可采用卷對(duì)卷生產(chǎn)方式，技術(shù)相對(duì)成熟，成本低廉，法國(guó)Bolloré公司已在年實(shí)現(xiàn)小規(guī)模量產(chǎn)；（4）鋰箔（鋰負(fù)極）要求厚度在50m以下，壓延次數(shù)越多，厚度越小，難度越大，成本越高；（5）固態(tài)電池電芯裝配無(wú)需注液步驟，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)過(guò)程。圖20：鋰離子電池與固態(tài)電池工藝路線對(duì)比鋰離子電池))正極負(fù)極正極電解質(zhì)負(fù)極正極電解質(zhì)負(fù)極漿料混合漿料混合濕式涂布?jí)貉訚{料混合濕式涂布?jí)貉訚{料混合擠出壓延層壓漿料混合漿料混合漿料混合濕式涂布?jí)貉訚袷酵坎級(jí)貉訚袷酵坎級(jí)貉訚袷酵坎級(jí)貉訚袷酵坎級(jí)貉訕O片分切真空干燥極片分切極片分切極片分切極片分切極片分切干燥間切割疊片切割切割疊片擠壓疊片擠壓集電器焊接入殼集電器焊接入殼集電器焊接入殼封裝惰性氣體氛圍惰性氣體氛圍注液封裝封裝干燥間極耳焊接化成化成化成陳化陳化陳化質(zhì)量檢測(cè)質(zhì)量檢測(cè)質(zhì)量檢測(cè)資料來(lái)源：All-solid-statelithium-ionandlithiumbatteries–pavingthetolarge-scaleproduction,JoschaSchnell-23-薄膜型全固態(tài)電池制備成本高、工藝難度大，但性能較好，已在微型電子、消費(fèi)電子領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)較初級(jí)、小范圍應(yīng)用。薄膜化的電池片倍率性能和循環(huán)性mAh電子、消費(fèi)電子領(lǐng)域。薄膜型固態(tài)電池多采用真空鍍膜法生產(chǎn)，工藝要求苛刻、生產(chǎn)成本高昂，難以大規(guī)模制備，而微型電子、消費(fèi)電子對(duì)價(jià)格要求不敏感，CymbetCorporationInfinitePowerSolution等國(guó)外企業(yè)已率先實(shí)現(xiàn)了薄膜型全固態(tài)鋰電池在無(wú)線傳感器、射頻識(shí)別標(biāo)簽等低容量需求電子設(shè)備上的應(yīng)用。圖21：全固態(tài)薄膜電池結(jié)構(gòu)示意圖,吳勇民固態(tài)電池的生產(chǎn)可組合傳統(tǒng)鋰離子電池產(chǎn)業(yè)鏈。與傳統(tǒng)鋰離子電池相比，固態(tài)電池電芯制備不存在革命性創(chuàng)新，只是電極和電解質(zhì)制造環(huán)境要求更高，需要在惰性氣體保護(hù)下或在干燥間內(nèi)進(jìn)行，這與制造超級(jí)電容器、鋰離子電容器等空氣敏感儲(chǔ)能器件的生產(chǎn)環(huán)境相似。固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化的實(shí)現(xiàn)取決于電池技術(shù)和工藝的突破。一旦電池體系、電極與電解質(zhì)相匹配的工藝確定，可以較快實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。3.3、固態(tài)電池的成本拆分以及未來(lái)的降本路徑固態(tài)電池要想與傳統(tǒng)液態(tài)鋰離子電池一較高下，電池降本至關(guān)重要。近兩年內(nèi)固態(tài)電池生產(chǎn)線迎來(lái)一輪不小的投產(chǎn)潮，清陶、衛(wèi)藍(lán)新能源、輝能科技等企業(yè)將建固態(tài)電池生產(chǎn)線，雖然目前各企業(yè)均未公布固態(tài)電池成本，但此前已有預(yù)測(cè)固態(tài)電池成本遠(yuǎn)高于鋰離子電池，未來(lái)固態(tài)電池若想實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，Joscha的建立自下而上的計(jì)算模型。測(cè)算只考慮電芯組裝的成本，不涉及電池包環(huán)節(jié)。電芯成本包括材料-24-圖22：電池成本測(cè)算思路資料來(lái)源：Solidversusliquid—abottom-upcalculationmodeltoanalyzethemanufacturingcostoffuturehigh-energybatteries,JoschaSchnell依據(jù)鋰電池技術(shù)發(fā)展路線進(jìn)行四類(lèi)電池對(duì)比。兩種液態(tài)鋰離子電池：LIB兩種固態(tài)電池：基于石墨負(fù)極的硫化物ASSB（簡(jiǎn)稱(chēng)SLIB硫化物ASSB（簡(jiǎn)稱(chēng)。圖23：四種電池結(jié)構(gòu)示意圖LIBLIBSLMB集流器集流器集流器集流器集流器集流器集流器集流器資料來(lái)源：Solidversusliquid—abottom-upcalculationmodeltoanalyzethemanufacturingcostoffuturehigh-energybatteries,JoschaSchnell-25-電池設(shè)計(jì)（）材料層面常見(jiàn)的電池體系包括NCA、NCM（等，四類(lèi)電池均采用體系。正極材料的參數(shù)和假設(shè)：21）正極比容量5.64mAhcm；2）活性材料粘結(jié)劑導(dǎo)電劑質(zhì)量比例94：3330%為液態(tài)或固態(tài)電解質(zhì)，液態(tài)鋰離子電池的孔隙率30%。表12：正極材料基礎(chǔ)參數(shù)及假設(shè)液態(tài)鋰離子電池LIB（石墨負(fù)極）LIB（硅碳負(fù)極）固態(tài)電池SLIB（石墨負(fù)極）項(xiàng)目SLMB（鋰負(fù)極）wt%wt%wt%wt%厚度100μm100μm100μm100μm活性材料粘結(jié)劑NCM81193.752.933.32NCM81193.752.933.32NCM81178.991.4NCM81178.091.4PVDFPVDFNBR炭黑NBR炭黑正極導(dǎo)電劑炭黑炭黑2.82.8LiS–PSLiS–PS正極電解質(zhì)----22516.8122516.81(LPS)(LPS)孔隙率30vol%-30vol%-----資料來(lái)源：Solidversusliquid—abottom-upcalculationmodeltoanalyzethemanufacturingcostoffuturehigh-energybatteries,JoschaSchnell負(fù)極材料的參數(shù)和假設(shè)：1）負(fù)極容量和正極容量比值N/P為1.1，對(duì)于液態(tài)鋰離子電池LIB和固態(tài)電池SLIB來(lái)說(shuō)從正極脫嵌的鋰可以完全儲(chǔ)存于負(fù)極，由于循環(huán)中不可逆損失，對(duì)于固態(tài)電池SLMB來(lái)說(shuō)儲(chǔ)鋰容量有50%剩余；2）液態(tài)鋰離子電池石墨負(fù)極粘結(jié)劑質(zhì)量比例19130%態(tài)鋰離子電池硅碳負(fù)極粘結(jié)劑容積比例19：，孔隙率50%。表13：負(fù)極材料基礎(chǔ)參數(shù)及假設(shè)液態(tài)鋰離子電池LIB（石墨負(fù)極）LIB（硅碳負(fù)極）固態(tài)電池SLIB（石墨負(fù)極）項(xiàng)目SLMB（鋰負(fù)極）wt%wt%wt%wt%厚度133μm61μm133μm41μm(充電)粘結(jié)劑負(fù)極電解質(zhì)孔隙率SBR5.17SBR5.15NBR3.3628.83----1-負(fù)極LiS–PS225-----(LPS)30vol%-50vol%---資料來(lái)源：Solidversusliquid—abottom-upcalculationmodeltoanalyzethemanufacturingcostoffuturehigh-energybatteries,JoschaSchnell，注：在電池組裝過(guò)程中，過(guò)量的鋰（50％）嵌入電池，相當(dāng)于14m的鋰箔厚度；充電期間，鋰陽(yáng)極將膨脹27m-26-隔膜集電器電解質(zhì)的參數(shù)和假設(shè)：1）負(fù)極為15m鋁集電器，負(fù)極為10m銅集電器，隔膜厚度20m；2）LIBLiPF+EC+DMC液態(tài)電解質(zhì)，SLIB和SLMB6電解質(zhì)。表14：隔膜基礎(chǔ)參數(shù)及假設(shè)液態(tài)鋰離子電池LIB（石墨負(fù)極）LIB（硅碳負(fù)極）固態(tài)電池SLIB（石墨負(fù)極）項(xiàng)目SLMB（鋰負(fù)極）wt%wt%wt%wt%厚度隔膜20μm20μm20μm20μmLiS–PSLiS–PS225225PO100PO10097.442.5628.83-97.44(LPS)(LPS)NBR隔膜粘結(jié)劑正極電解質(zhì)孔隙率--------NBR2.56LiS–PS225----(LPS)40vol%40vol%---資料來(lái)源：Solidversusliquid—abottom-upcalculationmodeltoanalyzethemanufacturingcostoffuturehigh-energybatteries,JoschaSchnell（）電芯設(shè)計(jì)電池外型為方形鋁殼電池，電芯采用平行堆疊方式。電芯能量密度和比能量按照插電式混合動(dòng)力汽車(chē)（PHEV）計(jì)算，容積利用率85%。表15：電芯結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)定參數(shù)電芯厚度數(shù)值單位9126.51483570.81.210085mmmmmm電芯寬度電芯長(zhǎng)度3電芯體積cm壁厚mmmm%層厚可用長(zhǎng)寬比例平行堆疊可用長(zhǎng)度比例雙極堆疊可用長(zhǎng)度比例隔膜和殼間安全距離負(fù)極和隔膜間安全距離正極和負(fù)極間安全距離外殼質(zhì)量%1000.51%mmmmmmg1120資料來(lái)源：Solidversusliquid—abottom-upcalculationmodeltoanalyzethemanufacturingcostoffuturehigh-energybatteries,JoschaSchnell-27-物料成本電芯主要由正極材料、負(fù)極材料、隔膜、電解質(zhì)、集電器、殼體等組成。表16：電芯材料參數(shù)及價(jià)格設(shè)定成分活性材料物料密度質(zhì)量單位價(jià)格單位NCM811PVDFNBR4.71.761g/cm3g/cm3g/cm3g/cm3g/cm3g/cm3g/cm3g/cm32420.74$/kg$/kg$/kg$/kg$/kg$/kg$/kg$/kg正極負(fù)極粘結(jié)劑導(dǎo)電劑LBO2.16250炭黑5.8319石墨硅碳鋰2.242.250.534活性材料25130NaCMCSBR1.591.1g/cm3g/cm31.732$/kg$/kg粘結(jié)劑液態(tài)LiPFEC1.35.1g/cm3g/cm38.5650$/kg$/kg6LLZ（LiLaZrO）73212LATP電解質(zhì)2.9g/cm350$/kg固態(tài)（Li1.30.31.7(PO)）43LPS2g/cm3g/cm3g/cm3g/cm3g/cm3g/cm3g50$/kg$/kg$/m2$/m2$/m2PEO/LiTFSI1.210.572.750隔膜PO1.710.691.541.122.29鋁集流器銅8.922.71120Bipolar$/m2外殼PHEV鋁殼$/片資料來(lái)源：Solidversusliquid—abottom-upcalculationmodeltoanalyzethemanufacturingcostoffuturehigh-energybatteries,JoschaSchnell生產(chǎn)成本（）工廠設(shè)計(jì)6GWhLIB（硅SLIB和固態(tài)電池SLMB分別為31702490萬(wàn)只、3170萬(wàn)只、1970萬(wàn)只。（）廠房、能源及人員各組件化學(xué)性質(zhì)存在差異，應(yīng)特別注意處理不同組件的環(huán)境條件，下表總結(jié)了干燥室和惰性氣體外殼（手套箱）的建模參數(shù)?？紤]到內(nèi)部物流和中間存儲(chǔ)的額外空間等，干燥室面積假定為機(jī)器基礎(chǔ)面積的4.4倍，手套箱的體積按照機(jī)器的基礎(chǔ)面積乘以平均機(jī)柜高度1.50m計(jì)算。-28-表17：通用參數(shù)及價(jià)格設(shè)定參數(shù)價(jià)格單位＄/年技術(shù)人員67224.453782.0587059.60.21薪資能源廠房非技術(shù)人員管理人員＄/年＄/年能源＄/kWh公共廠房面積/可用面積可用面積/生產(chǎn)車(chē)間生產(chǎn)車(chē)間/機(jī)器區(qū)域儲(chǔ)藏區(qū)域75%%%55552200m能源消耗60物流及倉(cāng)儲(chǔ)車(chē)輛1288000＄倉(cāng)庫(kù)＄資料來(lái)源：Solidversusliquid—abottom-upcalculationmodeltoanalyzethemanufacturingcostoffuturehigh-energybatteries,JoschaSchnell表18：干燥間、手套箱參數(shù)及價(jià)格設(shè)定參數(shù)價(jià)格單位2投資折舊年限平均用電量工業(yè)能源惰性氛圍保護(hù)罩氣體純化真空閥5721.2515＄/m年干燥間手套箱26.8kWh/dm＄/kWh0.2139639.813050.1248501.258＄/m3＄/m＄年折舊年限平均氣體損失氬氣0.05vol%/h32.3m氮?dú)?.14＄/kg資料來(lái)源：Solidversusliquid—abottom-upcalculationmodeltoanalyzethemanufacturingcostoffuturehigh-energybatteries,JoschaSchnell（）生產(chǎn)工序?qū)τ趲в幸簯B(tài)電解質(zhì)的LIB而NMC陰極對(duì)濕度敏感，正極生產(chǎn)和電池組裝需要在干燥室內(nèi)進(jìn)行。鋰負(fù)極的制造需要干燥的氣氛以避免鋰降解或自燃。由于涉及形成有毒的HS的風(fēng)險(xiǎn)，涉及硫化物電解質(zhì)的所有工藝步驟都將需要使用惰性氣體外殼2-29-表19：兩種液態(tài)鋰離子電池：（硅碳負(fù)極）的生產(chǎn)線加工參數(shù)投資人員數(shù)量2工序能源/kW占地面積/m廢品率/%真空閥個(gè)設(shè)備價(jià)值＄額外投資＄技術(shù)人員名非技術(shù)人員名勻漿2220650761622013800006325007360000.254-----19859107196241------涂布?jí)貉臃智袆驖{-正極負(fù)極-0.50.50.25--16-222065011308272/73600014331/1涂布-4---5577408138000063250046000042320066182510925002645000747500287500035710724壓延分切----------0.5--------------0.516干燥--0.25-5615.87.210.712-切割0.20.20.10.050.1疊片1--8焊接0.20.20.20.340.25入殼-56.82.36封裝-5電芯裝配注液-20極耳焊接517500785624/-53.1/40.050.5化成575000--3-1002272172503.9陳化質(zhì)檢575000------3---28750003205資料來(lái)源：Solidversusliquid—abottom-upcalculationmodeltoanalyzethemanufacturingcostoffuturehigh-energybatteries,JoschaSchnell，注：紫色字體為L(zhǎng)IB（硅碳負(fù)極）區(qū)別于LIB（石墨負(fù)極）的數(shù)值，其余均相同。表20：兩種固態(tài)電池：（鋰負(fù)極）的生產(chǎn)線加工參數(shù)投資人員數(shù)量2工序能源/kW占地面積/m廢品率/%真空閥個(gè)設(shè)備價(jià)值＄額外投資＄技術(shù)人員名非技術(shù)人員名勻漿2220650852151513800002220650338951013800007360000.254-------19100910231.5241--正極隔膜涂布?jí)貉觿驖{涂布?jí)貉?22--0.50.254-7360001930.6241---156102220.50.5-分切勻漿/擠出涂布/壓延壓延/層壓6325002220650/950000-736000/0719/101610-1/00.25----7235516/13800004/795/10181.1/242/0----0.5負(fù)極電芯1380000/46000024/3.92/00.5102/0分切切割632500423200--0.5---7116-7.20.22-30-裝配疊片擠壓焊接入殼封裝330912.510925002645000-----10.5--860510.7360.20.212111-0.20.20.2120.1-56.82.30.050.1747500785624/-5化成575000--30.5-12624161725018.4陳化質(zhì)檢575000-----3---287500035205資料來(lái)源：Solidversusliquid—abottom-upcalculationmodeltoanalyzethemanufacturingcostoffuturehigh-energybatteries,JoschaSchnell，注：紫色字體為SLIB區(qū)別于的數(shù)值/步驟，其余均相同。成本匯總將物料成本和生產(chǎn)成本匯總即為電池生產(chǎn)的總成本。表21：電池能量密度、生產(chǎn)成本對(duì)比液態(tài)鋰離子電池固態(tài)電池項(xiàng)目LIB(石墨負(fù)極)LIB(硅碳負(fù)極)SLIB(石墨負(fù)極)SLMB(鋰負(fù)極)質(zhì)量能量密度Wh/kg)24153029167623153038385186.515.5102體積能量密度(Wh/L)電池材料成本（＄/kWh）93.225.5118.783.224137.920.9電池生產(chǎn)成本（＄/kWh）電池總成本（＄/kWh）107.2158.8資料來(lái)源：Solidversusliquid—abottom-upcalculationmodeltoanalyzethemanufacturingcostoffuturehigh-energybatteries,JoschaSchnell（1）簡(jiǎn)單將液態(tài)電解質(zhì)替換為固態(tài)電解質(zhì)并不能大幅提升電池能量密度，只有匹配高能電極材料才能實(shí)現(xiàn)能量密度的跨越。（158.8＄/kWh固態(tài)電池材料成本高昂，比（石墨負(fù)極液態(tài)鋰離子電池）高約34%時(shí)加工工藝復(fù)雜共同造成的。（3）固態(tài)電池SLMB（鋰負(fù)極）理論總成本最低，僅需102＄/kWh。雖然正極材料成本較高，但鋰負(fù)極材料成本低廉，同時(shí)簡(jiǎn)化的電芯裝配過(guò)程降低了加工成本，因此電池總成本低于液態(tài)鋰離子電池，但依然存在技術(shù)問(wèn)題。（4）我們認(rèn)為，雖然固態(tài)電池SLMB（鋰負(fù)極）理論總成本最低，但仍存在技術(shù)難題，阻礙產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。首先，采用鋰負(fù)極的固態(tài)電池如何保持界面的良好接觸、循環(huán)過(guò)程中保持穩(wěn)定的問(wèn)題還未解決。其次，商業(yè)化使用的鋰負(fù)極厚度應(yīng)在50m以下，需多次壓延才能達(dá)到這一要求，但鋰化學(xué)性質(zhì)活潑，壓延次數(shù)越多對(duì)技術(shù)的要求也越高，要想穩(wěn)定供應(yīng)符合要求的鋰箔并不容易。-31-圖24：年產(chǎn)能6GWh時(shí)電芯生產(chǎn)總成本圖25：生產(chǎn)設(shè)備所需投資廠房面積維護(hù)廠房惰性氣體外殼