兼具安全性和高能量密度，固态电池为未来趋势
思瀚产业研究院    2024-10-22

1、固态电池兼具安全性和高能量密度，有望成为下一代电池

固态电池有望解决锂电池面临的比能量低、循环寿命短及安全性能差的困境，是未来大容量锂电池的发展方向。目前基于氧化物正极与石墨负极的传统锂离子电池能量密度越来越接近理论上限，同时，由于采用有机物液态电解液，锂离子电池在充放电过程中不可避免地发生副反应，以及电池循环过程中电解液挥发、泄露等现象均会导致电池容量的不可逆衰减，影响电池使用寿命。

并且有机物的电解液十分易燃，短路时容易引发爆炸，电池的绝对安全性十分堪忧。而采用固态电解质替代液态有机物电解液的固态电池，有望解决传统锂离子电池面临的比能量低、循环寿命短及安全性能差的困境，是未来大容量锂电池的发展方向。

固态锂电池是一种使用固体电极材料和固体电解质材料、不含有任何液体的锂电池。固态锂电池相比液态锂电池，改进的部分主要是固态电解质替代电解液。根据液态电解质占电芯材料混合物的质量分数分类，电池可细分为液态性能（25％）、半固态（5%-10%）、准固态（0%-5%）和全固态（0%）四大类，其中半固态、准固态和全固态三种统称为固态电池。

固态电池电解质主要选用氧化物、硫化物、聚合物，电解质以薄膜的形式分割正负极，从而替代隔膜。负极从石墨体系升级到了预锂化的硅基负极或者锂金属负极，正极从高镍升级到超高镍、镍锰酸锂、富锂锰基等正极，能量密度可达 500Wh/kg 以上。当前半固态锂电池已量产，准固态电池在小试中，预计 2024 年下半年量产，全固态预计 2027 年之后量产。

半固态/准固态/全固态对比

半固态：液体电解质质量百分比<10%，减少液态电解质的用量，增加氧化物和聚合物的复合电解。质电解质：氧化物主要以隔膜涂覆和正负极包覆形式添加，聚合物以框架网络形式填充。

准固态/类固态：液体电解质质量百分比<5%。

负极：从石墨体系升级到预锂化的硅基负极、锂金属负极。

正极：从高镍升级到了高镍＋高电压、富锂锰基等正极。

隔膜：仍保留并涂覆固态电解质涂层锂盐：从六氟磷酸锂升级为LiTFSI，能量密度可达 350Wh/Kg 以上。

全固态：不含有任何液体电解质选用氧化物、硫化物、聚合物等。作为固态电解质，以薄膜的形式分割正负极，从而替代隔膜的作用。

负极：从石墨体系升级到预锂化的硅基负极、锂金属负极。

正极：从高镍升级到超高镍、镍锰酸锂、富锂锰基等正极。

与液态锂离子电池相比，固态电池具备更高的能量密度、循环寿命、更好的热稳定性、电化学稳定性、更宽的电化学窗口等。和液态锂离子电池相比，全固态电池具备以下优势：

（1）没有液态电解液泄露风险和腐蚀的隐患，热稳定性和电化学稳定性更好；

（2）稳定且较宽的电化学窗口，可匹配高电压正极材料；

（3）循环寿命更长，固态电池能解决SEI 膜持续生长、过度金属溶解、正极材料析氧、电解液氧化、析锂等问题。

（4）具备更高的能量密度。传统液态锂离子电池能量密度约为 200-300Wh/Kg，固态电池能量密度可达500Wh/Kg 以上。

（5）固态电池工作温度范围可扩展至-50~200℃，充电时间缩短至液态电池的1/3。

固态电池从 20 世纪 60 年代开始发展，目前加速商业化步伐。

（1）初期探索阶段（20世纪 60-90 年代）：1972 年，SCROSATI 首次报道了一种采用LiI 的电解质的固体锂离子电池，因技术障碍，固态电解质的低离子电导率和界面稳定性问题，未能实现商业化。1987年，中国科技部将固态锂电池列入“863 计划”重大专题，1988 年，在863 计划的支持下，我国率先研制出。

（2）技术积累与初步突破（2000-2016 年）：多家公司进行固态电池研发，2012年，美国苹果公司开始布局固态电池应用研发；2014 年，丰田宣布开始固态电池的研发；2016年，比亚迪启动固态电池项目。

（3）商业化萌芽与加速（2017 年至今）：2018 年，中国科技部将固态电池列入国家重点研发计划。半固态电池加速商业化，2023 年蓝新能源成功向蔚来汽车交付半固态电池；2024 年，宁德时代宣布其全固态电池研发进展，并计划于2027 年实现小批量量产。

2、固态电池逐步成熟，半固态率先产业化

全固态电池量产仍面对挑战，半固态电池率先产业化。全固态电池研发仍面对挑战。如大多数固态电解质中的离子扩散速率与液态电解质存在数量级差异、固固界面难以始终保持良好接触等。而半固态电池安全性、倍率性能介于液态和全固态之间，相比于全固态电池，半固态可以兼容现有液态电池工艺设备和材料，许多企业选择从液态到半固态再到全固态的渐进式发展路线。未来随着材料体系创新、工艺创新持续降本、设备创新实现量产，锂电池将逐步迈入全固态。

半固态电池装机逐步起量，规模化装机在即。中国汽车动力电池产业创新联盟，2024年1-6 月，半固态电池装车量达 2.2GWh，月度装机量逐步提升，当前已初具规模。

3、固态电池在高端长续航车型、e-VTOL 等方向有明确应用场景

受益于固态电池的高能量密度，其有望在高端长续航车型率先使用，目前半固态电池已在多车型配套。固态化为新能源车带来优势：提高单体电压平台、正极材料高锰化、简化工艺制程降能耗，可降低成本，提升安全、性能、耐久性。

多车型已配套固态电池，2023年6月，搭载三元固液混合电池的赛力斯完成欧洲首批交付；2023 年12 月，蔚来CEO驾驶搭载150度半固态电池的 ET7 进行路试直播；2024 年 5 月，搭载光年固态电池的智己L6 上市，10月，光年固态电池将量产；2024 年 4 月，广汽埃安发布全固态电池，能量密度超过400Wh/Kg，预计在 2026 年量产上车。

车企搭载固态电池进展

赛力斯：2 月 7 日晚间，赣锋锂电发布消息称，搭载赣锋锂电三元固液混合锂离子电池的赛力斯纯电动 SUV 车型——SERES 5 规划于 2023 年上市。

蔚来汽车：2021 年，蔚来发布 150 度半固态电池，2023 年 12 月，蔚来CEO 李斌驾驶打造150度电池的蔚来 ET7 进行路试直播，14 小时行驶 1044 公里，剩余电量3%。

智己汽车：2024 年 3 月 25 日，上汽旗下智己品牌官宣，行业首个准900V 高压超快充固态电池即将量产上车（4 月）。智己 L6 也将成为行业内首款搭载量产固态电池的新能源车型。

广汽埃安：2024 年 4 月，广汽埃安发布全固态电池，能量密度超过400Wh/Kg，预计在2026年量产上车，昊铂旗下车型将率先搭载。

资料来源：每日经济新闻，腾讯网，充电头网，方得智驾，车则，智电出行，思瀚，赣锋锂电微信公众号，山西证券研究所

固态电池是支持低空经济发展的关键技术。相较新能源汽车，e-VTOL 对电池的能量密度、功率、倍率、安全性、快充及长寿命等指标的要求更高，目前量产的电池能量密度尚无法达到。兼备高能量密度、高功率、高安全性的固态电池是更好的动力来源，且eVTOL对成本相对不敏感，固态电池契合市场需求。

低空经济是我国战略性新兴产业。8 月 3 日，国务院日前印发《关于促进服务消费高质量发展的意见》，鼓励邮轮游艇、房车露营、低空飞行等新业态发展。2024 年全国两会，“积极打造生物制造、商业航天、低空经济等新增长引擎”被写入政府工作报告。

固态电池在 eVTOL 的应用进展

力神电池：力神电池 eVTOL、消费无人机电池能量密度分别达 325Wh/kg、340Wh/kg，下一步将开发350Wh/kg 及 400Wh/kg 高比能高安全电池，用于提升 eVTOL 续航能力，未来还将开发能量密度 500Wh/kg、具备 9C 闪充、支持 2000+次循环的长寿命电池，以进一步提升eVTOL、无人机续航能力及安全可靠性。

宁德时代：宁德时代在互动平台上表示，公司凝聚态电池能量密度最高可达500Wh/kg，正在进行民用电动载人飞机项目的合作开发，执行航空级的标准与测试，满足航空级的安全与质量要求，同时还将推出凝聚态电池的车规级应用版本。8 月 3 日，宁德时代与峰飞航空签署战略投资和合作协议，宁德时代投资数亿美元，加码 eVTOL 电动垂直起降航空器赛道。

东风汽车：东风汽车飞行汽车被分为飞行模块、底盘模块和座舱模块，三个模块可拆分使用，甚至可以在未来共享底盘与飞行器，用户只需要购买一个款属于座舱。除了日常出行，这一产品对于科考方面有很大帮助。

正力新能：半固态航空电池产品具备兼顾高能量密度、高功率、高安全、超级快充于一体的“三高一快”特点，公司已与国内外多家头部 eVTOL 企业建立合作关系，为各类电动航空器动力系统提供一站式开发服务。

资料来源：人民网，力神，证券日报，Wind，集邦固态电池，新浪新闻，新京报，思瀚，山西证券研究所

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