注：原文為華鑫證券《鋰電終局技術(shù)，產(chǎn)業(yè)加速落地》，分析師：黎江濤

進(jìn)入2024年，固態(tài)電池成為了新能源汽車行業(yè)的熱門話題。

除了行業(yè)巨頭寧德時(shí)代首次宣布了公布全固態(tài)電池發(fā)展規(guī)劃以外，多家電池廠商與車企也宣布參與“固態(tài)電池大戰(zhàn)”。

盡管目前業(yè)界對于現(xiàn)有的固態(tài)電池仍懷有質(zhì)疑的態(tài)度。但長期來看，即使實(shí)現(xiàn)完全商業(yè)化仍需要攻克不少難題，“寧比二王”以及中小電池廠商，都在有意加速這項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)度。

以下為研報(bào)內(nèi)容節(jié)選：

鋰電技術(shù)終局，海內(nèi)外加速推進(jìn)

1.1、 優(yōu)勢顯著，固態(tài)電池或?qū)⒊射囯娂夹g(shù)終局

隨著新能源汽車滲透率持續(xù)提升，由于電池?zé)崾Э貙?dǎo)致的新能源車安全事故成為新能源車行業(yè)面臨的一大挑戰(zhàn)；此外，隨著液態(tài)鋰電池技術(shù)愈發(fā)成熟，其能量密度提升愈發(fā)困難，限制新能源車續(xù)航提升，里程焦慮成為限制新能源車滲透率進(jìn)一步提升另一大瓶頸。因此高安全、高能量密度的固態(tài)電池為鋰電池發(fā)展必由之路。

目前，液態(tài)電池為目前全球鋰電池主流技術(shù)，工藝及供應(yīng)鏈成熟，成本低，但電池本征安全問題及能量密度限制其進(jìn)一步發(fā)展。

半固態(tài)電池安全性及能量密度較液態(tài)電池有所提升，且產(chǎn)線與液態(tài)電池可以較好的兼容，成為液態(tài)與固態(tài)電池之間的過渡方案；

而固態(tài)電池可以解決電池本征安全問題，并可大幅提升鋰電池能量密度，此外具有更好的寬溫性能，是鋰電池發(fā)展終局之選，但目前仍有制造成本高、固界面導(dǎo)電性差等問題，限制其大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。

固態(tài)電池核心優(yōu)勢：

1、具有高安全性，主要由于其以熱穩(wěn)定性強(qiáng)、不易燃的固態(tài)電解質(zhì)，替代易燃的液態(tài)電解液，大幅降低電池自燃、爆炸風(fēng)險(xiǎn)。

此外，固態(tài)電解質(zhì)具有更高的機(jī)械強(qiáng)度，能更好地抵抗電池內(nèi)部的機(jī)械應(yīng)力，防止鋰枝晶穿透隔膜導(dǎo)致短路。同時(shí)，其化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)，不易與電極材料發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)一步增加電池穩(wěn)定性。

因此，機(jī)械濫用、電濫用、熱濫用三大鋰電池?zé)崾Э刂饕梢?，在固態(tài)電池的應(yīng)用下均得到良好的解決，固態(tài)電池安全性較液態(tài)電池大幅提升。

2、能量密度大幅提升。其提升能量密度主要通過：

1）以固態(tài)電解質(zhì)替代液態(tài)電解質(zhì)與隔膜，減少電池內(nèi)部非活性材料，增加有效儲(chǔ)能空間；

2）固態(tài)電解質(zhì)不易燃，不揮發(fā)，也不易引起電池內(nèi)部短路，使電池可以承受更高電壓，使用更廣泛的電極材料，如金屬鋰負(fù)極、富鋰錳基等，同時(shí)提升正負(fù)極材料比容量及電壓平臺(tái)，進(jìn)而提升能量密度；

3）結(jié)構(gòu)優(yōu)化，由于沒有液態(tài)電解質(zhì)，固態(tài)電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以更緊湊，減少電池組件之間的空間，從而提高體積能量密度。

3、具有更好的低溫性能。液態(tài)電池在低溫下，由于電解液粘度增加，鋰離子電導(dǎo)率降低，電池內(nèi)阻上升，容量損失較大，甚至可能因電解液凝固導(dǎo)致電池?zé)o法正常工作。固態(tài)電池由于使用固態(tài)電解質(zhì)，避免了液態(tài)電解質(zhì)的這些問題。

縱使固態(tài)電池具有高安全、高能量密度、優(yōu)秀的低溫性能等一系列優(yōu)勢，其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程仍存一定阻礙，一方面由于生產(chǎn)工藝復(fù)雜、成本高，另一方面由于固態(tài)電池仍然存在科學(xué)問題。

根據(jù)《全固態(tài)電池的研究進(jìn)展與挑戰(zhàn)》，固態(tài)電解質(zhì)離子輸運(yùn)機(jī)制、鋰金屬負(fù)極枝晶生長機(jī)制、多場耦合體系失控/失效機(jī)制為固態(tài)電池三大核心科學(xué)問題，先進(jìn)表征技術(shù)、原理機(jī)制創(chuàng)新、新型材料創(chuàng)制成為固態(tài)電池進(jìn)一步發(fā)展重要途徑。

1.2、多技術(shù)路徑并存，終局路徑尚未明晰

根據(jù)不同的電解質(zhì)類型，固態(tài)電池主要包括聚合物、氧化物、硫化物三種技術(shù)路線。

聚合物固態(tài)電池具有良好的機(jī)械性能，但常溫下離子電導(dǎo)率較低；

氧化物固態(tài)電池離子電導(dǎo)率較高，熱穩(wěn)定性好，適合大規(guī)模生產(chǎn)，但界面接觸差，為目前半固態(tài)電池主要技術(shù)路線；

硫化物電解質(zhì)離子電導(dǎo)率最高，電化學(xué)窗口寬，柔度和可塑性好，或最終為全固態(tài)電池主要路徑，但其生產(chǎn)要求高，且硫化鋰前驅(qū)體昂貴，短時(shí)制約其商業(yè)化。

目前海外主要企業(yè)如SolidPower、豐田、三星SDI等均選擇硫化物路線作為固態(tài)電池技術(shù)方向，并以研發(fā)全固態(tài)電池為主；

國內(nèi)企業(yè)如衛(wèi)藍(lán)、清陶等均選擇氧化物路線，并先行研制、生產(chǎn)半固態(tài)電池。雖各企業(yè)技術(shù)路徑選擇具一定差異。

但從現(xiàn)有趨勢來看，氧化物與半固態(tài)、硫化物與全固態(tài)成為主流搭配，硫化物或成為全固態(tài)電池終局技術(shù)路徑。

1.3、海內(nèi)外企業(yè)共同推進(jìn)，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程加速

全球企業(yè)共同推動(dòng)固態(tài)電池商業(yè)化進(jìn)程，各企業(yè)規(guī)劃固態(tài)電池量產(chǎn)時(shí)間點(diǎn)普遍在2027-2030年。

全球固態(tài)電池勢力主要包括中國傳統(tǒng)電池廠、中國新勢力企業(yè)、韓國傳統(tǒng)電池廠、日本主機(jī)廠、美國新勢力企業(yè)等。

其中，日本對固態(tài)電池布局時(shí)間早、布局力度大，日本政府推出《日本蓄電池產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略》，舉國家之力推動(dòng)固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化，試圖在固態(tài)電池領(lǐng)域彎道超車，目前豐田具有全球最多的固態(tài)電池專利；

韓國主要由三星SDI、LG等龍頭電池企業(yè)布局固態(tài)電池；

美國固態(tài)電池布局以SolidPower、QuantumScape等初創(chuàng)企業(yè)為主，其與歐洲龍頭主機(jī)廠大眾、寶馬等深度合作；

中國則由傳統(tǒng)電池廠、固態(tài)電池新勢力廠商共同推進(jìn)。

車企端來看，國內(nèi)企業(yè)采用半固態(tài)電池作為過渡方案，東風(fēng)E70、東風(fēng)嵐圖、蔚來、賽力斯、上汽智己等已實(shí)現(xiàn)半固態(tài)電池量產(chǎn)上車，而海外企業(yè)多采用全固態(tài)電池路線。

海外電池企業(yè)來看，美國SolidPower及QS、日本豐田固態(tài)電池進(jìn)展較快。

豐田是全球最早布局固態(tài)電池的車企之一，其與石化巨頭出光合作研發(fā)固態(tài)電解質(zhì)，共同解決質(zhì)量與成本問題。

中國布局固態(tài)電池的企業(yè)包括寧德時(shí)代為代表的電池廠、衛(wèi)藍(lán)為代表的新勢力、金龍羽為代表的其他行業(yè)轉(zhuǎn)型、贛鋒鋰業(yè)為代表的上游企業(yè)一體化布局。

整體來看，國內(nèi)企業(yè)半固態(tài)電池企業(yè)與主機(jī)廠合作順利，正有序上車，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程提速。

1.4、eVTOL等場景打開固態(tài)電池成長空間

2024年3月，工信部等四部門聯(lián)合印發(fā)《通用航空裝備創(chuàng)新應(yīng)用實(shí)施方案（2024-2030年）》，提出到2027年新型通用航空裝備在城市空運(yùn)、物流配送、應(yīng)急救援等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)商業(yè)應(yīng)用，到2030年形成萬億級(jí)市場規(guī)模。

低空經(jīng)濟(jì)2023年12月在中央經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議中被列為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，近兩年利好政策頻出，此外，深圳、廣州等地出臺(tái)地方性扶持政策，對低空經(jīng)濟(jì)進(jìn)行補(bǔ)貼。在國家和地方政策支持下，低空經(jīng)濟(jì)有望進(jìn)入發(fā)展快車道，續(xù)接新能源車，帶動(dòng)鋰電池等產(chǎn)業(yè)持續(xù)高速增長。

eVTOL對電池能量密度、安全性、倍率性能等具較高要求，有望助推固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

作為eVTOL核心組件，電池的性能決定了eVTOL的性能和市場接受度，其中高能量密度、高比功率、高安全性等為其對電池的核心要求，這幾點(diǎn)要求恰為固態(tài)電池核心優(yōu)勢所在。

因此eVTOL的快速發(fā)展將對鋰電池性能升級(jí)形成助推作用，有望加速固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

2、材料體系革新，創(chuàng)造產(chǎn)業(yè)新機(jī)

鋰電池技術(shù)向固態(tài)電池轉(zhuǎn)變過程將帶動(dòng)材料體系變動(dòng)，主要包括：

1）固態(tài)電解質(zhì)：固態(tài)電池以固態(tài)電解質(zhì)替代電解液及隔膜，由于固態(tài)電池最終技術(shù)路徑未定且目前技術(shù)尚不成熟，最終對于各細(xì)分材料的彈性拉動(dòng)尚無法給出明確結(jié)論，若氧化物最終成為主流路線，則對鋯、鑭等金屬元素需求將有較大拉動(dòng)，若硫化物成為最終路線，則鍺元素或?qū)⒂瓉泶笠?guī)模應(yīng)用；

2）正負(fù)極材料：固態(tài)電池可以承受更高電壓，進(jìn)而使用更廣泛的電極材料，此外固態(tài)電池安全性大幅提升，對活性高、安全性差的正負(fù)極材料具有更高包容度，故正極將更廣泛的應(yīng)用高鎳三元，并逐漸向富鋰錳基轉(zhuǎn)變；負(fù)極將向硅基負(fù)極、鋰金屬負(fù)極演化；

3）多孔銅箔：可改善固態(tài)電池鋰離子傳輸效率、進(jìn)一步增強(qiáng)固態(tài)電池安全性，與固態(tài)電池更適配，有望替代傳統(tǒng)電解銅箔；

4）鋁塑膜：軟包疊片可以改善固態(tài)電池柔韌性，與固態(tài)電池更適配，有望帶動(dòng)鋁塑膜需求。

2.1、固態(tài)電解質(zhì)：革新變化，多方勢力爭相布局

固體電解質(zhì)膜為全固態(tài)電池獨(dú)有結(jié)構(gòu)，取代了液態(tài)電池的隔膜和電解液，主體為固體電解質(zhì)。

固體電解質(zhì)的成膜工藝是全固態(tài)電池制造的核心。不同的工藝會(huì)影響固體電解質(zhì)膜的厚度和離子電導(dǎo)率，固體電解質(zhì)膜過厚會(huì)降低全固態(tài)電池的質(zhì)量能量密度和體積能量密度，同時(shí)也會(huì)提高電池的內(nèi)阻；固體電解質(zhì)膜過薄機(jī)械性能會(huì)變差，有可能引起短路。

根據(jù)對全固態(tài)電池的性能要求選擇合適的成膜工藝，得到所需厚度和離子電導(dǎo)率的固體電解質(zhì)膜。

固體電解質(zhì)的成膜工藝根據(jù)是否采用溶劑分為濕法工藝和干法工藝。濕法工藝成膜操作簡單，工藝成熟，易于規(guī)?；a(chǎn)，是目前最有希望實(shí)現(xiàn)固體電解質(zhì)膜量產(chǎn)的工藝之一。

按照載體不同，濕法工藝可分為模具支撐成膜、正極支撐成膜以及骨架支撐成膜。濕法工藝中采用的溶劑可能存在毒性大，成本高的缺點(diǎn)，且殘留的溶劑會(huì)降低固體電解質(zhì)膜的離子電導(dǎo)率。

干法工藝不采用溶劑，直接將固體電解質(zhì)和粘結(jié)劑混合成膜，不需要烘干，在成本上更具優(yōu)勢，同時(shí)干法成膜無溶劑殘留，可獲得更高的離子電導(dǎo)率。但干法工藝形成的固體電解質(zhì)膜通常厚度偏大，會(huì)降低全固態(tài)電池能量密度。

除干法、濕法工藝，還有化學(xué)氣相沉積、物理氣相沉積、電化學(xué)氣相沉積等工藝，但氣相沉積法生產(chǎn)固態(tài)電解質(zhì)膜成本過高，短期商業(yè)化難度較大。

固態(tài)電池的商業(yè)化應(yīng)用將顯著提升對固態(tài)電解質(zhì)相關(guān)材料的需求。

2.2、正極材料：高鎳三元滲透率提升，富鋰錳基有望應(yīng)用

固態(tài)電池正極材料相較于傳統(tǒng)液態(tài)鋰離子電池變化較小，材料體系可繼續(xù)沿用，關(guān)鍵在于向高比能、高能量密度的方向進(jìn)行革新。

由于固態(tài)電解質(zhì)與電極材料的界面反應(yīng)時(shí)幾乎不存在電解液面對超過4V高電壓時(shí)開始分解的副反應(yīng)，能承受更高電壓（5V），因此可以在固態(tài)電池中使用具有較高電壓平臺(tái)的正極材料，通過提升工作電壓以獲得更高的能量密度。

目前市面上清陶能源、衛(wèi)藍(lán)新能源裝車交付的半固態(tài)電池，仍以高鎳三元材料為主。富鋰錳基被業(yè)內(nèi)一致認(rèn)為是全固態(tài)電池可選用的理想正極材料，其在高電壓和高放電比容量具有先天優(yōu)勢，理論克容量可達(dá)350mAh/g，電壓平臺(tái)可達(dá)4.5V，均顯著高于傳統(tǒng)正極材料。

此外，富鋰錳基材料以較便宜的錳元素為主，貴重金屬含量少，成本更低、安全性更好。

國內(nèi)高鎳三元正極材料供應(yīng)商均積極布局固態(tài)電池正極材料，其一方面延續(xù)原高鎳路線，并向超高鎳方向發(fā)展，另一方面布局富鋰錳基材料。

2.3、負(fù)極材料：短期向硅基發(fā)展，長期鋰金屬有望應(yīng)用

固態(tài)電池負(fù)極材料發(fā)展路徑較為清晰，將遵循從石墨到硅基，最終邁向金屬鋰負(fù)極的路徑。

金屬鋰因具有高比容量、最低的電化學(xué)勢和較小的密度，被認(rèn)為是用于下一代高比能和可充電電池最理想的負(fù)極材料。

但金屬鋰負(fù)極存在一定應(yīng)用瓶頸，主要包括鋰枝晶穿刺隔膜引起的短路、循環(huán)過程中體積變化帶來的斷路現(xiàn)象以及不穩(wěn)定的SEI膜造成的性能衰減等問題。

而固態(tài)電解質(zhì)具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和較高的鋰離子遷移數(shù)，可以抑制鋰枝晶生長，可以有效解決鋰金屬負(fù)極固有問題，因此長期來看金屬鋰負(fù)極或成為固態(tài)電池最佳負(fù)極材料。

目前，國內(nèi)主要負(fù)極材料企業(yè)均對硅基負(fù)極進(jìn)行前瞻布局。

2.4、銅箔：多孔銅箔有望獲滲透率提升

固態(tài)電池與多孔銅箔有較高適配度，有望助力多孔銅箔滲透率提升。

固態(tài)電池采用多孔銅箔有多點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：

1）固態(tài)電池采用固態(tài)電解質(zhì)，多孔銅箔的孔隙可以增加固態(tài)電解質(zhì)與電極材料的接觸面積，促進(jìn)電解質(zhì)的浸潤，從而改善鋰離子的傳輸效率，提高電池的充放電性能；

2）泡沫銅集流體可抑制枝晶生長，緩解電極在充放電過程中的體積變化，并可通過提高親鋰性工藝的復(fù)合金屬鋰電極以實(shí)現(xiàn)負(fù)極與集流體的一體化，有利于實(shí)現(xiàn)金屬鋰負(fù)極應(yīng)用，進(jìn)而加快固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化；

3）多孔銅箔的孔隙結(jié)構(gòu)減少了集流體的重量，但保持了良好的導(dǎo)電性，有助于提升電池模組的能量密度，同時(shí)，孔隙可以被負(fù)極活性材料填充，增強(qiáng)負(fù)極材料的附著力，進(jìn)一步提高電池能量密度；

4）多孔銅箔的結(jié)構(gòu)在承受沖擊時(shí)有緩沖作用，可以提升電池整體的抗沖擊性能。

整體而言，多孔銅箔可改善固態(tài)電池鋰離子傳輸效率，促進(jìn)金屬鋰負(fù)極應(yīng)用，并可有效提升固態(tài)電池能量密度及安全性，與固態(tài)電池極為契合，有望成為固態(tài)電池發(fā)展過程中重要的材料創(chuàng)行，在固態(tài)電池中獲更多應(yīng)用。

2.5、鋁塑膜：軟包疊片或?yàn)楣虘B(tài)電池最優(yōu)選，鋁塑膜有望加速應(yīng)用

從工藝成熟度、成本、效率等方面考慮，疊片軟包或?yàn)樽钸m用于固態(tài)電池的裝配工藝。

首先，固態(tài)電池電解質(zhì)為氧化物或硫化物，相比液態(tài)電解質(zhì)柔韌性較差，疊片軟包設(shè)計(jì)可以更好地解決柔韌性問題，防止電池在使用過程中因內(nèi)部壓力或變形導(dǎo)致的破裂；

其次，固態(tài)電池制造過程不需要電解液注入和化成工序，軟包封裝的疊片工藝簡化了生產(chǎn)流程，減少了對傳統(tǒng)液態(tài)電池工藝的依賴；

此外，軟包疊片與全固態(tài)電池的固-固界面處理相匹配，可以更精確的控制和優(yōu)化固態(tài)電解質(zhì)與電極的接觸。

固態(tài)電池的商業(yè)化應(yīng)用有望提升軟包電池滲透率，進(jìn)而帶動(dòng)鋁塑膜需求。

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