一、固态电池行业现状
(一)市场规模与出货量
2024年全球固态电池出货量达到5.3GWh,同比大幅增长4.3倍,全部为半固态电池,主要为中国企业生产。中金企信预计全固态电池将在2027年实现小规模量产,到2030年将实现较大规模的出货,预计到2030年全球固态电池出货量将达到614.1GWh,在整体锂电池市场的渗透率约为10%。
2023年中国固态电池的市场空间达到约10亿元,2024年中国固态电池市场空间将达到17亿元,2025年将达到29亿元,同比增长70%。出货量方面,2023年中国固态电池出货量约2.50GWh,2024年增长至7.00GWh,2025年达到10.00GWh。
(二)企业竞争格局
固态电池行业吸引了众多企业的布局。国内方面,宁德时代、比亚迪等头部电池厂商凭借强大的技术实力和市场占有率,在固态电池领域占据领先地位。宁德时代在凝聚态电池和硫化物电解质路线方面取得了显著进展,其开发的凝聚态电池技术,通过优化电解质材料和电极结构等方式降低了固态电池的界面阻抗。比亚迪则在硫化物电解质路线方面进行了深入研发,提高了固态电池的循环寿命和安全性。
此外,卫蓝新能源、清陶能源等新兴企业也在固态电池领域崭露头角。卫蓝新能源聚焦半固态电池,与蔚来合作推进装车验证;清陶能源在氧化物电解质方面取得突破,产能达2000吨/年。国际方面,日本丰田、美国QuantumScape等企业在全固态电池领域技术领先。
(三)产业链发展
固态电池产业链包括上游原材料供应、中游电池制造和下游应用领域。在上游原材料方面,锂、镍、钴等金属矿产以及正极材料、负极材料、固态电解质等企业之间的竞争激烈。下游应用领域,新能源汽车、储能系统、消费电子等企业对固态电池的需求不断增加,推动了固态电池市场的发展,同时也促使电池企业不断提升产品性能和降低成本,以满足不同应用领域的需求。
二、关键材料研发进展
(一)电解质材料
固态电解质是固态电池的核心技术,其性能直接影响电池的性能。目前,固态电解质主要分为聚合物、氧化物、硫化物和卤化物四种体系。
硫化物电解质因其高离子电导率成为主流技术路线,目标能量密度在400Wh/kg以上。然而,硫化物电解质也存在成本高、与电极材料的界面稳定性差等问题。氧化物电解质具有较高的室温离子电导率、优异的电化学稳定性和良好的循环性能,但与正负极材料的界面接触较差,导致界面阻抗较高。聚合物电解质柔韧性好,但导电率较低。卤化物电解质近年来也受到关注,其具有较高的离子电导率和良好的化学稳定性,但制备工艺复杂。
(二)电极材料
在锂金属负极方面,通过表面处理和复合材料开发,锂金属负极的稳定性和循环寿命得到显著提升。正极材料方面,镍钴锰氧化物(NMC)、锂铁锰氧化物(LMO)等材料在能量密度和稳定性方面得到优化。例如,富锂锰基正极理论容量可达320毫安时/克,电压平台为3.7—4.6伏,均显著高于传统低镍三元和磷酸铁锂正极材料,被认为是全固态电池的理想正极材料,但正极材料在技术发展中仍面临能量密度、安全性能与成本无法兼顾的挑战。
三、固态电池应用领域拓展情况
(一)新能源汽车
新能源汽车市场是固态电池的重要应用领域。固态电池凭借其高能量密度和高安全性等优势,能够解决新能源汽车续航里程短、充电时间长和安全隐患等问题。蔚来ET7就搭载了150度半固态电池,实际续驶里程突破1000km。随着技术的不断进步和成本的降低,固态电池在新能源汽车领域的应用将越来越广泛。国内主要电池企业规划在2025—2027年间实现半固态电池规模化量产,能量密度普遍瞄准350—400Wh/kg,为新能源汽车提供更强大的动力支持。
(二)储能系统
随着全球能源转型的加速推进,储能系统在电力调峰、调频、备用电源等方面的作用日益凸显。固态电池的高安全性和长循环寿命使其成为储能领域的理想选择。特别是海外市场需求持续放量,美国、中东等地区的大规模储能项目增长确定性较高,有望为固态电池需求贡献新的增量。例如,华为、vivo计划推出半固态电池手机,储能领域有望实现长周期、高安全储能。