蕞達(dá) | 2024年固態(tài)電池行業(yè)分析

固態(tài)電池作為一種新興的儲(chǔ)能技術(shù)，因其潛在的安全性、能量密度和循環(huán)壽命優(yōu)勢(shì)而受到廣泛關(guān)注。與傳統(tǒng)鋰離子電池相比，固態(tài)電池采用固體電解質(zhì)替代了液態(tài)或凝膠狀電解質(zhì)，這不僅提高了電池的安全性和穩(wěn)定性，還為下一代高性能電池的發(fā)展提供了可能。

1. 工作原理

（1）電化學(xué)反應(yīng)

固態(tài)電池通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)來(lái)將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能量，并反過(guò)來(lái)將化學(xué)能量轉(zhuǎn)化為電能。正極材料中的離子在充電時(shí)被電力驅(qū)動(dòng)穿過(guò)固體電解質(zhì)進(jìn)入負(fù)極材料，在放電時(shí)則反向移動(dòng)。

（2）結(jié)構(gòu)組成

典型的固態(tài)電池由正極、負(fù)極和固體電解質(zhì)構(gòu)成。正極材料通常包括鈷酸鋰（LiCoO?）、鎳錳鈷氧化物（NMC）、磷酸鐵鋰（LiFePO?）等；負(fù)極材料可以是石墨、硅基復(fù)合材料或是金屬鋰；固體電解質(zhì)則是指使用硫化物、氧化物或聚合物作為傳導(dǎo)介質(zhì)。

2. 典型特征

（1）安全性更高

由于采用了不可燃的固體電解質(zhì)，固態(tài)電池大大降低了因電解液泄漏引發(fā)火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)避免了鋰枝晶生長(zhǎng)造成的短路現(xiàn)象。

（2）能量密度更大

理論上，固態(tài)電池可以實(shí)現(xiàn)更高的能量密度，因?yàn)樗鼈冊(cè)试S使用金屬鋰作為負(fù)極材料，從而顯著提升單位體積內(nèi)的儲(chǔ)電量。目前實(shí)驗(yàn)室條件下已達(dá)到的能量密度約為300~450 Wh/kg，未來(lái)有望進(jìn)一步提高至900 Wh/kg。

（3）循環(huán)性能更強(qiáng)

固態(tài)電池具有更長(zhǎng)的使用壽命和更好的充放電效率。有數(shù)據(jù)顯示，經(jīng)過(guò)2000次循環(huán)后，容量保持率仍可達(dá)92%，即使經(jīng)過(guò)6000次循環(huán)也能維持80%以上的初始容量。

（4）溫度適應(yīng)范圍廣

部分類(lèi)型的固態(tài)電解質(zhì)能夠在更寬泛的工作溫度區(qū)間內(nèi)保持穩(wěn)定，有助于擴(kuò)展電池的應(yīng)用場(chǎng)景。

3. 技術(shù)挑戰(zhàn)

盡管固態(tài)電池展現(xiàn)了諸多優(yōu)點(diǎn)，但要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化仍然面臨一些技術(shù)和成本上的障礙：

（1）界面電阻問(wèn)題

固體電解質(zhì)與電極之間的接觸界面容易產(chǎn)生高電阻，影響電池的整體性能。研究人員正在探索新的界面修飾方法和技術(shù)以降低這種阻力。

（2）制造工藝復(fù)雜

相對(duì)于傳統(tǒng)的液態(tài)電解質(zhì)體系，固態(tài)電池的生產(chǎn)工藝更為復(fù)雜，特別是對(duì)于大尺寸電池而言，確保均勻性和一致性是一個(gè)重大挑戰(zhàn)。

（3）成本高昂

現(xiàn)階段固態(tài)電池的成本遠(yuǎn)高于現(xiàn)有鋰電池技術(shù)，主要是由于新材料的研發(fā)投入以及生產(chǎn)設(shè)備的投資較大所致。然而，隨著技術(shù)進(jìn)步和規(guī)模效應(yīng)的顯現(xiàn)，預(yù)計(jì)未來(lái)幾年內(nèi)價(jià)格將會(huì)逐漸下降。

4. 應(yīng)用場(chǎng)景

固態(tài)電池應(yīng)用場(chǎng)景固態(tài)電池作為一種具有高安全性、高能量密度和長(zhǎng)循環(huán)壽命的新型儲(chǔ)能技術(shù)，其應(yīng)用前景廣泛，涵蓋了從消費(fèi)電子產(chǎn)品到大型能源存儲(chǔ)系統(tǒng)的多個(gè)領(lǐng)域。

（1）新能源汽車(chē)（Electric Vehicles, EVs）

提升續(xù)航里程：固態(tài)電池的高能量密度可以顯著增加電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航能力，緩解用戶的“里程焦慮”。例如，某些實(shí)驗(yàn)表明，采用固態(tài)電池的電動(dòng)車(chē)單次充電后的行駛距離可達(dá)七八百公里。

快速充電：相比傳統(tǒng)鋰離子電池，固態(tài)電池能夠支持更快的充電速度，一般15分鐘左右即可充至80%電量，這將極大地改善用戶的充電體驗(yàn)，并促進(jìn)公共快充設(shè)施的發(fā)展。

提高安全性：由于使用了不可燃的固體電解質(zhì)，固態(tài)電池大大降低了因碰撞或過(guò)熱引發(fā)火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)，提升了整車(chē)的安全性能。此外，金屬鋰作為負(fù)極材料的應(yīng)用進(jìn)一步避免了液體漏液、漏氣等安全問(wèn)題。

（2）便攜式電子設(shè)備

輕量化和平板化設(shè)計(jì)：固態(tài)電池可以使電子設(shè)備更加輕薄，滿足消費(fèi)者對(duì)于便攜性和美觀性的需求。比如智能手機(jī)、平板電腦等產(chǎn)品可以通過(guò)采用固態(tài)電池來(lái)減少厚度和重量，同時(shí)保持甚至增強(qiáng)續(xù)航表現(xiàn)。

延長(zhǎng)使用壽命：更高的循環(huán)壽命意味著用戶無(wú)需頻繁更換電池，降低了維護(hù)成本并減少了電子廢棄物的產(chǎn)生。

（3）儲(chǔ)能系統(tǒng)（Energy Storage Systems, ESS）

大規(guī)模儲(chǔ)能解決方案：固態(tài)電池可以提高儲(chǔ)能系統(tǒng)的儲(chǔ)存能量密度和安全性，有望成為智能電網(wǎng)、可再生能源發(fā)電站（如太陽(yáng)能光伏板）及微電網(wǎng)中重要的儲(chǔ)能組件。它們能夠在電力供需不平衡時(shí)起到調(diào)節(jié)作用，確保供電穩(wěn)定性。

分布式儲(chǔ)能：隨著家庭太陽(yáng)能系統(tǒng)和智能家居技術(shù)的普及，小型化的固態(tài)電池儲(chǔ)能單元可以安裝在用戶端，實(shí)現(xiàn)自給自足的同時(shí)也為電網(wǎng)提供了額外的支持。

（4）智能化家居和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備

空間優(yōu)化與靈活性：固態(tài)電池能夠在體積小且形狀不規(guī)則的空間內(nèi)提供穩(wěn)定的電源供應(yīng)，非常適合用于智能家居傳感器、智能門(mén)鎖、監(jiān)控?cái)z像頭等需要長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。

低功耗運(yùn)行：結(jié)合先進(jìn)的電源管理技術(shù)和超低功耗芯片，固態(tài)電池可以幫助這些設(shè)備實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)時(shí)間的工作周期而不需要頻繁充電或更換電池。

（5）其他特殊領(lǐng)域

電動(dòng)航空與航天設(shè)備：固態(tài)電池的高能量密度和良好熱穩(wěn)定性使其成為未來(lái)電動(dòng)飛機(jī)、無(wú)人機(jī)以及衛(wèi)星等航空航天裝備的理想選擇。它不僅可以減輕飛行器的總重量，還能保證在極端環(huán)境下正常工作。

醫(yī)療植入物：對(duì)于心臟起搏器、人工耳蝸等長(zhǎng)期植入人體內(nèi)的醫(yī)療器械來(lái)說(shuō)，固態(tài)電池提供的高安全性和長(zhǎng)壽命特性尤為重要，因?yàn)檫@意味著患者可能不再需要定期手術(shù)來(lái)更換電池。

（6）軍事與安全領(lǐng)域

戰(zhàn)術(shù)裝備：軍用通信設(shè)備、夜視儀和其他便攜式戰(zhàn)術(shù)裝備對(duì)電源的要求極高，固態(tài)電池可以為這些關(guān)鍵設(shè)備提供可靠的能量來(lái)源，尤其是在惡劣環(huán)境條件下。

安保監(jiān)控：固態(tài)電池可用于邊遠(yuǎn)地區(qū)的無(wú)人值守監(jiān)測(cè)站，確保長(zhǎng)時(shí)間不間斷地收集數(shù)據(jù)并發(fā)送警報(bào)信息。

固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)鏈分析截至2025年，固態(tài)電池作為下一代儲(chǔ)能技術(shù)的代表，正在逐步從實(shí)驗(yàn)室走向商業(yè)化應(yīng)用。其產(chǎn)業(yè)鏈涵蓋了上游原材料供應(yīng)、中游制造與封裝，到下游的應(yīng)用市場(chǎng)。

1. 上游：材料供應(yīng)商

（1）正極材料

鈷酸鋰（LiCoO?）、鎳錳鈷氧化物（NMC）、磷酸鐵鋰（LiFePO?）等：這些是目前主流的正極材料，主要用于傳統(tǒng)鋰離子電池和早期固態(tài)電池中。未來(lái)，隨著高鎳或無(wú)鈷材料的發(fā)展，將有助于降低成本并提高能量密度。

（2）負(fù)極材料

石墨、硅基復(fù)合材料、金屬鋰：金屬鋰因其高理論容量而被認(rèn)為是理想的負(fù)極材料，但面臨枝晶生長(zhǎng)等問(wèn)題。硅基材料則具有較高的比容量且相對(duì)安全，適用于半固態(tài)電池過(guò)渡階段。

（3）固體電解質(zhì)材料

硫化物類(lèi)（如Li?La?Zr?O??, LLZO）、氧化物類(lèi)（如LiPON）、聚合物類(lèi)（如PEO-PBLG）：不同類(lèi)型的固體電解質(zhì)各有優(yōu)缺點(diǎn)，硫化物類(lèi)導(dǎo)電性好但加工難度大；氧化物類(lèi)穩(wěn)定性強(qiáng)但成本較高；聚合物類(lèi)易于成型但工作溫度范圍有限。選擇合適的固體電解質(zhì)對(duì)于實(shí)現(xiàn)高性能固態(tài)電池至關(guān)重要。

（4）其他關(guān)鍵材料

隔膜、鋁塑膜、粘合劑、導(dǎo)電添加劑等：雖然不是直接參與電化學(xué)反應(yīng)，但對(duì)于保障電池的安全性和功能性同樣不可或缺。

2. 中游：

（1）制造與封裝研發(fā)設(shè)計(jì)

電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝路線開(kāi)發(fā)：包括確定最佳的正負(fù)極配比、選擇適合的固體電解質(zhì)及優(yōu)化界面處理方法等。這一步驟決定了最終產(chǎn)品的性能特點(diǎn)和技術(shù)水平。

（2）生產(chǎn)制造

原材料預(yù)處理、電極制備、組裝封裝：涉及復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程，如粉末合成、涂布干燥、壓片燒結(jié)等。特別是對(duì)于全固態(tài)電池而言，如何保證各層之間的良好接觸并降低界面電阻是一個(gè)重大挑戰(zhàn)。

（3）測(cè)試驗(yàn)證

性能測(cè)試、安全性評(píng)估、可靠性試驗(yàn)：確保每一款產(chǎn)品在出廠前都經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的質(zhì)量控制，以滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景下的使用要求。

3. 下游：應(yīng)用市場(chǎng)

（1）整車(chē)廠

豐田、寶馬、大眾等國(guó)際知名車(chē)企已宣布計(jì)劃在未來(lái)幾年內(nèi)推出搭載固態(tài)電池的車(chē)型，預(yù)計(jì)這將成為推動(dòng)固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的主要?jiǎng)恿χ弧?/p>

（2）消費(fèi)電子

智能手機(jī)、筆記本電腦、可穿戴設(shè)備等：隨著消費(fèi)者對(duì)便攜式電子產(chǎn)品續(xù)航能力和輕薄度的要求不斷提高，固態(tài)電池有望為這些領(lǐng)域帶來(lái)革命性的變化。

（3）儲(chǔ)能系統(tǒng)

智能電網(wǎng)、可再生能源發(fā)電站、微電網(wǎng)：固態(tài)電池可以提供更高效、更安全的大規(guī)模儲(chǔ)能解決方案，幫助平衡電力供需關(guān)系并促進(jìn)清潔能源的利用。

（4）特殊應(yīng)用

電動(dòng)航空、醫(yī)療植入物、軍事裝備等：固態(tài)電池憑借其獨(dú)特的性能優(yōu)勢(shì)，在這些特殊領(lǐng)域的應(yīng)用前景也十分廣闊。

 1.固態(tài)電池市場(chǎng)分析

截至2024年底，全球固態(tài)電池市場(chǎng)呈現(xiàn)出快速發(fā)展的態(tài)勢(shì)，技術(shù)進(jìn)步和市場(chǎng)需求的增加推動(dòng)了該行業(yè)的顯著增長(zhǎng)。

1. 市場(chǎng)規(guī)模與增長(zhǎng)趨勢(shì)

（1）全球市場(chǎng)規(guī)模

根據(jù)多個(gè)來(lái)源的信息，2024年全球固態(tài)電池行業(yè)市場(chǎng)出貨規(guī)模預(yù)計(jì)將達(dá)18GWh。其中，消費(fèi)電子市場(chǎng)應(yīng)用占比約三分之一，顯示了這一領(lǐng)域?qū)Ω咝阅茈姵氐男枨笳谏仙?/p>

（2）中國(guó)市場(chǎng)規(guī)模

出貨規(guī)模：根據(jù)行業(yè)報(bào)告預(yù)測(cè)，2024年中國(guó)固態(tài)電池行業(yè)市場(chǎng)出貨規(guī)模將達(dá)到10GWh，這標(biāo)志著固態(tài)電池在中國(guó)新能源汽車(chē)和其他應(yīng)用領(lǐng)域的商業(yè)化進(jìn)程取得了重要進(jìn)展。

市場(chǎng)價(jià)值：中商產(chǎn)業(yè)研究院分析師預(yù)測(cè)，2024年中國(guó)固態(tài)電池市場(chǎng)空間將達(dá)到17億元人民幣。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大，預(yù)計(jì)到2030年，這一數(shù)字將增至200億元人民幣。

區(qū)域分布：華東市場(chǎng)規(guī)劃產(chǎn)能占比約為47%，顯示出該地區(qū)在固態(tài)電池生產(chǎn)和研發(fā)方面的領(lǐng)先地位。同時(shí)，其他地區(qū)的投資也在逐步增加，形成多點(diǎn)開(kāi)花的局面。

2. 市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)因素

固態(tài)電池市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)因素固態(tài)電池作為一種具有高安全性、高能量密度和長(zhǎng)循環(huán)壽命的新型儲(chǔ)能技術(shù)，其市場(chǎng)增長(zhǎng)受到多方面因素的推動(dòng)。

（1）政策支持

（Ⅰ）國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略

多國(guó)政府將固態(tài)電池技術(shù)納入國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略，旨在提升電池能量密度和安全性。中國(guó)、美國(guó)、歐盟、日本和韓國(guó)等均出臺(tái)了相關(guān)政策支持固態(tài)電池的研發(fā)和應(yīng)用。

（Ⅱ）環(huán)保法規(guī)

全球范圍內(nèi)的環(huán)境法規(guī)日益嚴(yán)格，促使汽車(chē)制造商向低碳及可持續(xù)發(fā)展邁進(jìn)。例如，《中國(guó)制造2025》計(jì)劃明確提出了加快新能源汽車(chē)及智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的目標(biāo)；歐盟也推出了《歐洲綠色協(xié)議》，旨在推動(dòng)低碳交通體系建設(shè)。

（Ⅲ）財(cái)政激勵(lì)

為了促進(jìn)清潔能源的應(yīng)用，許多國(guó)家和地區(qū)提供了財(cái)政補(bǔ)貼、稅收優(yōu)惠等措施來(lái)鼓勵(lì)企業(yè)和消費(fèi)者采用包括固態(tài)電池在內(nèi)的新技術(shù)產(chǎn)品。

（2）市場(chǎng)需求增長(zhǎng)

（Ⅰ）新能源汽車(chē)需求激增

隨著全球?qū)﹄妱?dòng)汽車(chē)的需求不斷攀升，固態(tài)電池憑借其高能量密度、快速充電能力和更高的安全性，成為理想的下一代動(dòng)力電池選擇。根據(jù)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，到2030年，全球固態(tài)電池在動(dòng)力電池中的滲透率將達(dá)到2%，而消費(fèi)電子領(lǐng)域更將達(dá)到10%。這不僅反映了行業(yè)對(duì)新技術(shù)的信心，也說(shuō)明了未來(lái)數(shù)年內(nèi)固態(tài)電池的市場(chǎng)規(guī)模將持續(xù)擴(kuò)大。

（Ⅱ）消費(fèi)電子產(chǎn)品升級(jí)

消費(fèi)者對(duì)于便攜式電子產(chǎn)品續(xù)航能力和輕薄度的要求不斷提高，促使制造商尋求更高效的儲(chǔ)能解決方案。固態(tài)電池因其體積小、重量輕且安全性能好，非常適合應(yīng)用于智能手機(jī)、筆記本電腦和其他可穿戴設(shè)備中。

（Ⅲ）儲(chǔ)能系統(tǒng)需求增加

智能電網(wǎng)、可再生能源發(fā)電站以及微電網(wǎng)等領(lǐng)域?qū)Υ笠?guī)模儲(chǔ)能解決方案的需求日益增長(zhǎng)，固態(tài)電池可以提供更加高效、穩(wěn)定的服務(wù)，并有助于平衡電力供需關(guān)系，促進(jìn)清潔能源的利用。

（3）技術(shù)創(chuàng)新與發(fā)展

（Ⅰ）新材料研發(fā)

持續(xù)探索更高性能的正負(fù)極材料和固體電解質(zhì)，以進(jìn)一步提升能量密度、循環(huán)壽命和安全性。例如，金屬鋰作為負(fù)極材料的應(yīng)用能夠顯著提高單位體積內(nèi)的儲(chǔ)電量，但需要解決枝晶生長(zhǎng)等問(wèn)題。

（Ⅱ）新工藝改進(jìn)

通過(guò)引入先進(jìn)的制造技術(shù)和自動(dòng)化生產(chǎn)線，提高生產(chǎn)效率、降低成本，并確保產(chǎn)品質(zhì)量的一致性。特別是對(duì)于全固態(tài)電池而言，如何保證各層之間的良好接觸并降低界面電阻是一個(gè)重大挑戰(zhàn)。

（Ⅲ）智能化集成

結(jié)合人工智能算法和其他智能技術(shù)，開(kāi)發(fā)具備自診斷、自修復(fù)等功能的智能固態(tài)電池管理系統(tǒng)（BMS），增強(qiáng)用戶體驗(yàn)和服務(wù)支持能力。

（4）成本下降與規(guī)?；?yīng)

（Ⅰ）規(guī)模經(jīng)濟(jì)

隨著技術(shù)進(jìn)步和市場(chǎng)需求的增長(zhǎng)，固態(tài)電池的成本將逐步下降。初期由于研發(fā)投入和技術(shù)門(mén)檻較高，固態(tài)電池的價(jià)格相對(duì)昂貴，但隨著更多企業(yè)進(jìn)入市場(chǎng)以及生產(chǎn)工藝的優(yōu)化，預(yù)計(jì)未來(lái)幾年內(nèi)價(jià)格會(huì)顯著降低，從而提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

（Ⅱ）供應(yīng)鏈整合

建立完整的上下游產(chǎn)業(yè)鏈，從原材料供應(yīng)到最終產(chǎn)品的銷(xiāo)售形成閉環(huán)管理，不僅可以保障資源的有效配置，還可以通過(guò)協(xié)同創(chuàng)新加速技術(shù)突破。

（5）競(jìng)爭(zhēng)加劇與合作機(jī)會(huì)

（Ⅰ）市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈

隨著越來(lái)越多的企業(yè)進(jìn)入這個(gè)市場(chǎng)，如何保持技術(shù)領(lǐng)先地位和服務(wù)質(zhì)量成為各廠商必須考慮的問(wèn)題。此外，面對(duì)來(lái)自其他新技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)壓力，固態(tài)電池企業(yè)還需不斷提升自身產(chǎn)品的獨(dú)特賣(mài)點(diǎn)。

（Ⅱ）跨行業(yè)合作

不同領(lǐng)域的公司之間開(kāi)展戰(zhàn)略合作或并購(gòu)活動(dòng)，共同推進(jìn)固態(tài)電池技術(shù)的發(fā)展。例如，汽車(chē)制造商與電池供應(yīng)商、科研機(jī)構(gòu)與初創(chuàng)企業(yè)的合作，都有助于加快新技術(shù)的應(yīng)用步伐。

3.固態(tài)電池發(fā)展趨勢(shì)