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1.1 為什么當(dāng)下節(jié)點(diǎn)看好固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)？ ? 產(chǎn)業(yè)鏈層面，固態(tài)電池憑借能量密度與安全性能的突破性優(yōu)勢(shì)，正成為低空經(jīng)濟(jì)與機(jī)器人兩大戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)支撐。在低空經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域，被視為行業(yè)核心載體的eVTOL（電動(dòng)垂直起降飛行器）對(duì)電池能量密度提出剛性需求，其電池能量密度要求為300Wh/kg及以上，這一能量密度基準(zhǔn)必須于依賴半固態(tài)及全固態(tài)電池技術(shù)的突破。此外，固態(tài)電池或是人形機(jī)器人最為適配的產(chǎn)品之一，不僅能夠顯著增強(qiáng)續(xù)航時(shí)間，加之其具有不易燃、無腐蝕、不揮發(fā)等特性，能夠最大限度提升機(jī)器人室內(nèi)工作安全性。 ? 政策端，對(duì)固態(tài)電池升級(jí)具有積極促進(jìn)作用。2025年4月，工信部出臺(tái)動(dòng)力電池新國(guó)標(biāo)，對(duì)單體快充循環(huán)后安全標(biāo)準(zhǔn)和電池包及系統(tǒng)熱擴(kuò)散、底部撞擊等一系列安全性標(biāo)準(zhǔn)提出更嚴(yán)格要求。同時(shí)，工信部亦發(fā)布了《2025年工業(yè)和信息化標(biāo)準(zhǔn)工作要點(diǎn)》，明確提出將全固態(tài)電池作為重點(diǎn)領(lǐng)域，加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)工作頂層設(shè)計(jì)，建立健全全固態(tài)電池標(biāo)準(zhǔn)體系。 1.2 固態(tài)電池較傳統(tǒng)液態(tài)電池有何性能提升？ ? 傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池能量密度小于300Wh/kg，而固態(tài)電池的能量密度能達(dá)到300-500Wh/kg。電池的能量密度是由電池的工作電壓及比容量決定的，固體電解質(zhì)不僅具有較寬的電化學(xué)窗口，能適配高電壓的正極材料，還能兼容高容量的金屬鋰負(fù)極；此外，傳統(tǒng)液態(tài)電池需將單體先進(jìn)行封裝再進(jìn)行串聯(lián)組裝，全固態(tài)電池可以先串聯(lián)后封裝，這能減少封裝材料的使用，降低電池系統(tǒng)的重量和體積，從而使得固態(tài)電池的能量密度得到進(jìn)一步提升。 ? 相比于傳統(tǒng)液態(tài)電池，固態(tài)電池在安全性方面也有顯著提升。傳統(tǒng)液態(tài)電池的電解液使用可燃性有機(jī)溶劑，在受到外力或封裝不善時(shí)容易發(fā)生漏液現(xiàn)象，而固態(tài)電解質(zhì)不存在液體泄漏的問題，在針刺、擠壓測(cè)試中不易短路或起火，抗物理?yè)p傷性能優(yōu)于液態(tài)電池；另外，液態(tài)電解液在150-200℃即可分解，甚至有自燃和爆炸風(fēng)險(xiǎn)，而固態(tài)電池?zé)崾Э販囟韧ǔＴ?00-600 ℃，電池安全性得到有效提升。 1.3 液態(tài)、半固態(tài)、全固態(tài)電池結(jié)構(gòu)上有何區(qū)別？ ? 液態(tài)電池、半固態(tài)電池、準(zhǔn)固態(tài)電池、全固態(tài)電池的區(qū)別在于電解液含量與有無隔膜。第一，液態(tài)電池電解液含量在25%以上，半固態(tài)電池、準(zhǔn)固態(tài)電池、全固態(tài)電池的電解液含量分別為5~10%、0~5%和0%；第二，液態(tài)、半固態(tài)、準(zhǔn)固態(tài)電池有隔膜，全固態(tài)電池?zé)o隔膜。 ? 半固態(tài)、準(zhǔn)固態(tài)電池屬于液態(tài)與全固態(tài)的中間形態(tài)，一定程度提升能量密度及安全性。半固態(tài)電池可以一定程度提升電池的能量密度，同時(shí)由于電解液含量的減少，電池的本征安全性亦有提升。由于目前全固態(tài)電池的固—固界面問題仍無法得到良好解決，添加部分電解液用以緩沖是行業(yè)選擇的折中方案。 ? 半固態(tài)電池多使用原位固化技術(shù)。在電池內(nèi)部，通過特定的引發(fā)機(jī)制，使液態(tài)的電解質(zhì)在原位發(fā)生聚合或凝膠化反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為半固態(tài)或固態(tài)的電解質(zhì)形態(tài)，形成三維的聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，將液態(tài)電解質(zhì)固定在其中。 1.4 何為固態(tài)電解質(zhì)界面問題？ ? 困擾固態(tài)電解質(zhì)無法得到使用最大的卡點(diǎn)是固-固界面問題。固態(tài)電解質(zhì)與電極材料之間難以實(shí)現(xiàn)完美接觸，由于固態(tài)材料不像液態(tài)電解質(zhì)那樣具有流動(dòng)性，無法自發(fā)填充電極材料的孔隙和表面不規(guī)則處，導(dǎo)致界面存在大量的空隙。因此全固態(tài)電池存在實(shí)際離子電導(dǎo)率低、界面高阻抗兩大性能不足問題。 ? 液態(tài)電解質(zhì)普遍離子電導(dǎo)率在10? 3-10? 2 S/cm，目前固態(tài)電解質(zhì)離子電導(dǎo)率遠(yuǎn)不能及。僅參考離子電導(dǎo)率這一性能，所有固態(tài)電解質(zhì)中離子電導(dǎo)率最高的硫化物固態(tài)電解質(zhì)普遍為10? 3-10? 2 S/cm，與液態(tài)電解質(zhì)水平持平；而多數(shù)氧化物、聚合物等電解質(zhì)離子電導(dǎo)率普遍集中在 10? ? -10? 3 S/cm之間甚至更低。較慢的離子遷移速度將直接導(dǎo)致充放電緩慢、能量密度受限等問題。 ? 界面高阻抗問題目前是全固態(tài)電池主要卡點(diǎn)之一。固-固接觸界面的電阻高且存在應(yīng)力問題，電極與電解質(zhì)間存在微米級(jí)空隙，界面阻抗高達(dá)百Ω級(jí) ，液態(tài)電池僅為十Ω 級(jí)。較高的阻抗同樣會(huì)導(dǎo)致充放電緩慢、能量密度受限、電池倍率性能較差、循環(huán)壽命受限等問題。 1.5 固態(tài)電池制備的核心技術(shù)是什么？ ? 固態(tài)電池工藝技術(shù)核心在于固態(tài)電解質(zhì)制備及成膜技術(shù)，電解質(zhì)膜的制備工藝主要分為濕法和干法兩種。濕法工藝是通過涂布、烘干等工序制備電解質(zhì)膜，該工藝操作簡(jiǎn)單，易于規(guī)?；a(chǎn)。該工藝將電解質(zhì)粉末與粘結(jié)劑和溶劑混合，形成均勻漿料；將漿料涂布在模具或基底上，通過控制涂布參數(shù)調(diào)節(jié)膜厚；最后通過烘干去除溶劑，形成固態(tài)電解質(zhì)膜。該制備方法缺點(diǎn)在于有時(shí)會(huì)產(chǎn)生溶劑殘留進(jìn)而導(dǎo)致離子電導(dǎo)率下降。 ? 干法工藝可以降低電解質(zhì)中溶劑的比例，提升離子傳輸性能，是更有潛力的發(fā)展方向。該工藝首先將電解質(zhì)粉末與粘結(jié)劑混合均勻，然后通過氣流粉碎機(jī)或雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行纖維化處理，最后在壓力下壓碾成型，得到自支撐的電解質(zhì)膜。目前該技術(shù)還存在卡點(diǎn)①通常用于粘接作用的PTFE材料支撐性較弱，因此需較厚的膜層保證機(jī)械強(qiáng)度，但會(huì)使得電池內(nèi)阻增加②成膜的機(jī)械性能不足，傳統(tǒng)粘結(jié)劑（如PTFE ）的粘結(jié)性不佳，在電池充放電過程中，電極材料的體積膨脹和收縮會(huì)使膜層產(chǎn)生裂紋或分層，影響電池的循環(huán)壽命。 1.5.1 固態(tài)電池路線之爭(zhēng)討論—— 聚合物路線緣何被低估？ ? 聚合物電解質(zhì)主要由高分子聚合物基體、鋰鹽及添加劑構(gòu)成，該路線材料具有易于加工、高化學(xué)穩(wěn)定性的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)則是室溫下離子電導(dǎo)率偏低、機(jī)械強(qiáng)度較低。常用的高分子聚合物基體如聚氧化乙烯（PEO）、聚丙烯腈( PAN) 、聚乙烯醇( PVA) 和聚甲基丙烯酸甲酯( PMMA) 等，以上聚合物材料為離子傳導(dǎo)提供通道；常用鋰鹽如雙三氟甲基磺酰亞胺鋰（LiTFSI），在聚合物基體中解離出鋰離子實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電；添加劑則用于改善電解質(zhì)性能。 ? 聚合物可通過交聯(lián)改性等方式提升離子電導(dǎo)率等性能短板。以聚氧化乙烯（PEO）類聚合物電解質(zhì)為例，由于其結(jié)晶性，室溫離子電導(dǎo)率很低，通常為 10? ?至 10? ? S/cm 數(shù)量級(jí)。國(guó)內(nèi)已有團(tuán)隊(duì)通過對(duì)PEO進(jìn)行共聚、交聯(lián)等改性后，在不同溫度情況下離子電導(dǎo)率可以提升至 10 ? 3 S/cm 級(jí)至10 ? 4S/cm 級(jí)。此外，大多數(shù)氧化物材料離子導(dǎo)電率亦在10? 3 至 10? ? S/cm 之間，該性能短板已經(jīng)不明顯。 ? 聚合物與其它無機(jī)物材料進(jìn)行復(fù)合可以大大發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)。聚合物擁有有機(jī)物易加工特質(zhì)，經(jīng)過改性后的聚合物材料可以與其它無機(jī)物材料進(jìn)行復(fù)合形成復(fù)合固態(tài)聚合物電解質(zhì)。目前海內(nèi)外多有企業(yè)采用氧化物-聚合物合成的路線的企業(yè)；復(fù)合后的材料有望具備氧化物和聚合物材料的多重性能優(yōu)勢(shì)。 1.5.2固態(tài)電池路線之爭(zhēng)討論 —— 氧化物路線有何優(yōu)勢(shì)？ ? 氧化物電解質(zhì)是含有鋰、氧以及其他成分（磷/鈦/鋁/鑭/鍺/鋅/鋯）的化合物。固態(tài)電池氧化物電解質(zhì)按照電解質(zhì)成分可分為晶態(tài)和非晶態(tài)型。晶態(tài)氧化物電解質(zhì)制造成本較低，可制備容量型電池，容易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，主要包括GARNET（石榴石）型、NASICON（快離子導(dǎo)體）型、LISICON（快離子導(dǎo)體）型、Perovskite（鈣鈦礦）型、 Anti-Perovskite（反鈣鈦礦）型固態(tài)電解質(zhì)。 ? 整體看，氧化物電解質(zhì)具有較高的離子電導(dǎo)率（10? 3 S/cm）、機(jī)械強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)則是界面相容性較差。目前常用的氧化物電解質(zhì)為L(zhǎng)LZO（鋰鑭鋯氧）、LATP（磷酸鈦鋁鋰）等。目前國(guó)內(nèi)部分企業(yè)已經(jīng)逐步實(shí)現(xiàn)批量化的制備能力。上市公司層面，璞泰來、金龍羽、東方鋯業(yè)、三祥新材等企業(yè)均有不同程度的專利布局及電解質(zhì)生產(chǎn)能力。 ? 氧化物制備方法主要包含固相法和液相法。固相法對(duì)電解質(zhì)材料高選擇性、成本低、工藝相對(duì)簡(jiǎn)單。但由于存在煅燒過程，能耗相對(duì)較高，且成品一致性仍有一定提升空間。液相法通常將原材料溶解、混合反應(yīng)后脫水聚合形成溶膠/凝膠，其優(yōu)點(diǎn)在于能耗較低，成品一致性相對(duì)較高。但對(duì)制造工藝要求較高，同時(shí)過程產(chǎn)物存在一定環(huán)保問題，需進(jìn)行處理后排放。 ? 當(dāng)前國(guó)內(nèi)主流固態(tài)電池企業(yè)均有氧化物電解質(zhì)路線布局。氧化物電解質(zhì)成本可控，以常見的氧化物電解質(zhì)LATP/LLZO為例，其金屬材料成本均低于10€/千克，原材料成本端可控。國(guó)內(nèi)頭部的固態(tài)電池企業(yè)清陶能源、衛(wèi)藍(lán)新能源等電池中均有氧化物布局。應(yīng)用氧化物固態(tài)電解質(zhì)的半固態(tài)電池已經(jīng)搭載于部分車型中，實(shí)際提升了電池能量密度和汽車?yán)m(xù)航里程。 1.5.3 固態(tài)電池路線之爭(zhēng)討論—— 硫化物路線量產(chǎn)難點(diǎn)幾何？ ? 相比于聚合物、氧化物電解質(zhì)，硫化物電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率極高（室溫可達(dá)10? 3~10? 2 S/cm），并且具有良好的界面相容性，可適配高比能電極材料（電化學(xué)窗口可達(dá)5V），缺點(diǎn)在于化學(xué)穩(wěn)定性差。 ? 生產(chǎn)安全性、專利壁壘、高生產(chǎn)成本或成硫化物電解質(zhì)量產(chǎn)最大的阻礙，短期存在量產(chǎn)難度。由于硫的化學(xué)性質(zhì)活躍，在制備過程中易于酸、水進(jìn)行反應(yīng)生成劇毒氣體硫化氫，對(duì)生產(chǎn)安全造成巨大威脅；因此多數(shù)制備過程需對(duì)設(shè)備密封性要求極高同時(shí)需要配合惰性氣體環(huán)境避免化學(xué)反應(yīng)釋放有毒氣體。同時(shí)，日韓在硫化物領(lǐng)域研發(fā)較為領(lǐng)先，豐田公司、三星集團(tuán)等日韓企業(yè)在專利布局戰(zhàn)略與市場(chǎng)戰(zhàn)略兩者間實(shí)現(xiàn)了緊密結(jié)合和良好運(yùn)行，存在一定專利壁壘。成本端，原材料高純硫化鋰單噸在400萬元，是短期量產(chǎn)的重大阻礙。 ? 遠(yuǎn)期看，由于硫化物性能卓越，寧德、比亞迪等大廠仍積極戰(zhàn)略布局。寧德時(shí)代建立了 10Ah 級(jí)全固態(tài)電池驗(yàn)證平臺(tái)，目前已進(jìn)入20Ah 樣品試制階段，并計(jì)劃 2027 年實(shí)現(xiàn)硫化物固態(tài)電池小批量生產(chǎn)；比亞迪于2024 年已下線（中試）60Ah 全固態(tài)電池，計(jì)劃 2027 年小批量示范裝車；此外，國(guó)軒高科、廣汽埃安、恩捷股份等企業(yè)也在推進(jìn)硫化物電解質(zhì)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。 1.5.4 固態(tài)電池路線之爭(zhēng)討論 —— 鹵化物路線有何優(yōu)勢(shì)？ ? 鹵化物電解質(zhì)主要由鋰金屬鹵化物（如LiCl、LiBr、LiI）與過渡金屬鹵化物（如ScCl? 、InCl? 等）組成，具有高離子電導(dǎo)率（10? 3 S/cm） 、低界面阻抗的優(yōu)點(diǎn)。由于鹵組元素（氟、氯、溴、碘）具有電正性、化學(xué)穩(wěn)定性、易加工的特性，鹵化物電解質(zhì)具有較高的離子電導(dǎo)率，且能夠與多數(shù)高電壓正極材料兼容；但其與負(fù)極存在界面不相容問題，該問題仍待解決。鹵組金屬的高離子電導(dǎo)率特性可以解決目前部分氧化物、聚合物材料離子電導(dǎo)率較低的問題，提升固態(tài)電解質(zhì)離子電導(dǎo)率。 ? 當(dāng)前已有多家企業(yè)積極布局鹵化物固態(tài)電解質(zhì)復(fù)合應(yīng)用。清陶能源第二代固態(tài)電池采用“氧化物+鹵化物+聚合物”復(fù)合技術(shù)路徑，預(yù)計(jì)2025年開始規(guī)模搭載于上汽MG等車型上；寧德時(shí)代在2025年1月獲得摻雜型鹵化物固態(tài)電解質(zhì)制備方法的專利授權(quán)，億緯鋰能、湖南恩捷、比亞迪和一汽等企業(yè)也在積極推進(jìn)鹵化物電解質(zhì)路線。 1.5.5 固態(tài)電池路線之爭(zhēng)討論總結(jié) —— 復(fù)合電解質(zhì)或?yàn)殚L(zhǎng)期發(fā)展方向 ? 理想的固態(tài)電解質(zhì)應(yīng)具備高離子電導(dǎo)率、化學(xué)穩(wěn)定性、良好界面相容性和較強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度等要求。目前看，已知電解質(zhì)材料中沒有“六邊形戰(zhàn)士”，因此復(fù)合型固態(tài)電解質(zhì)或?yàn)樾袠I(yè)重要的發(fā)展方向。目前固態(tài)電池企業(yè)中，清陶能源新一代電池采用”氧化物+鹵化物+聚合物“路線；衛(wèi)藍(lán)亦是采用”氧化物+聚合物“路線，以上案例均證明復(fù)合型電解質(zhì)的產(chǎn)業(yè)趨勢(shì)。 ? 從專利角度看，硫化物電解質(zhì)部分底層專利受限于日韓，存在一定超車難度；中國(guó)在氧化物、聚合物領(lǐng)域?qū)＠麛?shù)量較多，各自領(lǐng)域國(guó)內(nèi)核心科研機(jī)構(gòu)分別為為中科院物理所、中科院青島所。 ? 產(chǎn)業(yè)落地或?yàn)榧夹g(shù)收斂的重要節(jié)點(diǎn)。從產(chǎn)業(yè)進(jìn)展看，氧化物、聚合物路線落地速度更快，這得益于其成本的快速下降。國(guó)內(nèi)采用氧化物路線的衛(wèi)藍(lán)新能源、清陶能源均有批量化出貨；采用聚合物路線的冠盛股份亦有Gwh級(jí)別產(chǎn)能建設(shè)規(guī)劃及批量出貨。硫化物產(chǎn)品則多處于小試、中試階段。
