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固态电池
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李卿云·头豹分析师
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行业定义
固态电池(Solid-State Battery)主要由固态电解质、正负极活性物质组成。传统锂离子电池的电解质为液态电解质,液态电解质存在易泄漏、热稳定性差、电池内部短路引起起火爆炸等一系列安全隐患,固态电解质相比传统液态电解质具有安全性高、能量密度大、循环性能好、工作温度范围宽、回收方便等优点,固态电解质锂离子电池是当今储能领域的研究热点之一。固态电池有广义与狭义之分,狭义上的固态电池是指电芯中含有较高质量或体积比的固体电解质,同时含有少量液体电解质的电池,是混合固液锂离子电池的一种,而广义上的固态电池则包括混合固液锂离子电池和全固态锂离子电池,其中半固态、准固态、固态锂离子电池都属于固液锂离子电池,本文采用广义的固态电池概念。
AI访谈
行业分类
根据电池电解质的不同,固态电池可主要分为无机固态电解质电池、聚合物固态电解质电池和复合固态电解质电池三大技术路线。
AI访谈
行业特征
为实现相较于传统液态电池更优的电化学性能、更高的安全性和更低的成本,固态电池的研发难度较大,技术壁垒较高。随着新材料的不断发现与制造工艺的改进,未来固态电池可在加工流程上转变技术路线,减低75%的生产成本。当前全固态电池存在电池内阻较大、离子电导率较低、电解质成本较高的阻碍,投用尚需时日,未来本土企业在技术革新的过程中可逐步减少对液态电解质的依赖,从液态逐步实现到半固态、准固态、全固态的目标。
AI访谈
发展历程

固态电池行业

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固态电池行业规模
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政策梳理
固态电池行业
相关政策 6篇
AI访谈
竞争格局
中国固态电池行业目前尚处起步阶段,尚未形成稳定的竞争格局。行业主要玩家可分三类:一类是以固态电池为主营业务的新兴科技企业,例如清陶能源、卫蓝新能源等;一类是锂离子电池上游关键原材料企业,为实现产业链一体化布局拓展业务范围,提前布局固态电池,例如赣锋锂能、天齐锂业等;一类是锂离子电池龙头企业,为避免动力电池技术路线的转变导致企业市场份额下跌,加速新型固态电池技术研发,例如宁德时代、比亚迪、国轩高科等。
AI访谈数据图表
摘要
固态电池(Solid-State Battery)主要由固态电解质、正负极活性物质组成。传统锂离子电池的电解质为液态电解质,液态电解质存在易泄漏、热稳定性差、电池内部短路引起起火爆炸等一系列安全隐患,固态电解质相比传统液态电解质具有安全性高、能量密度大、循环性能好、工作温度范围宽、回收方便等优点,固态电解质锂离子电池是当今储能领域的研究热点之一。为实现相较于传统液态电池更优的电化学性能、更高的安全性和更低的成本,固态电池的研发难度较大,技术壁垒较高。随着新材料的不断发现与制造工艺的改进,未来固态电池可在加工流程上转变技术路线,减低75%的生产成本。当前全固态电池存在电池内阻较大、离子电导率较低、电解质成本较高的阻碍,投用尚需时日,未来本土企业在技术革新的过程中可逐步减少对液态电解质的依赖,从液态逐步实现到半固态、准固态、全固态的目标。中国固态电池市场规模整体呈先缓慢上涨、后高速增长态势,动力电池领域的应用是其增长的主要驱动力。从渗透率角度测算,2022年中国固态电池出货量达2.6GWh,预计2027年出货量将达91.0GWh,年均复合增长率达104.2%。未来中国固态电池的市场规模有望实现持续高增长,在动力、消费、储能领域的应用进一步扩大此外新能源相关政策的密集发布也将助力固态电池的持续发展,《促进汽车动力电池产业发展行动方案》提出2025年单体电池比能量达到500瓦时/公斤的目标,将有力促进固态电池的技术进步。
固态电池行业定义
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Prompt
固态电池是一种新型电池,它与传统液态电池不同,其电解质为固态材料,而非液态。固态电池最常用的定义是:一种使用固体电解质而非液体电解质的电池。这种电解质通常是一种离子导体,能够在两个电极之间传递离子,从而产生电流。 此外,固态电池还有其他的定义。例如,一些学者认为,固态电池是一种使用固态电解质的电池,其固态电解质比传统电池中的液态电解质更安全、更稳定。而另一些学者则将固态电池定义为一种使用固态电解质和固态电极的电池,其优点在于具有更高的能量密度和更长的寿命。 在这些不同的定义中,可以看出,固态电池的主要特点是使用固态电解质,而不是传统电池中的液态电解质。此外,固态电池还具有更高的安全性、更稳定的性能、更高的能量密度和更长的使用寿命等优点。因此,固态电池被认为是未来电池技术的重要方向之一。
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固态电池(Solid-State Battery)主要由固态电解质、正负极活性物质组成。传统锂离子电池的电解质为液态电解质,液态电解质存在易泄漏、热稳定性差、电池内部短路引起起火爆炸等一系列安全隐患,固态电解质相比传统液态电解质具有安全性高、能量密度大、循环性能好、工作温度范围宽、回收方便等优点,固态电解质锂离子电池是当今储能领域的研究热点之一。固态电池有广义与狭义之分,狭义上的固态电池是指电芯中含有较高质量或体积比的固体电解质,同时含有少量液体电解质的电池,是混合固液锂离子电池的一种,而广义上的固态电池则包括混合固液锂离子电池和全固态锂离子电池,其中半固态、准固态、固态锂离子电池都属于固液锂离子电池,本文采用广义的固态电池概念。
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4:《Solid-State Battery Roadmap 2035+》,许卓等《固态电池复合电解质研究综述》,头豹研究院
《Solid-State Battery Roadmap 2035+》,许卓等《固态电池复合电解质研究综述》,头豹研究院
固态电池行业分类
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固态电池是一种新型的电池技术,与传统液态电池相比,具有更高的安全性、更长的寿命和更高的能量密度。固态电池行业根据不同的分类标准可以被划分为多个类别,其中最主流的分类标准包括电解质类型、电极材料和应用领域。下面将对这三种分类进行详细描述和分析。 1. 电解质类型 根据电解质类型的不同,固态电池可以被划分为无机固态电池和有机固态电池两类。无机固态电池的电解质通常由氧化物、氮化物、硅化物等无机材料构成,具有良好的耐热性、化学稳定性和电化学性能,但其制备工艺相对较为复杂。有机固态电池的电解质则主要由聚合物、离子液体等有机物构成,具有制备简单、柔性好、成本低等优点,但其稳定性和导电性能相对较差。 2. 电极材料 根据电极材料的不同,固态电池可以被划分为金属固态电池和非金属固态电池两类。金属固态电池的电极材料通常由锂、钠、铜、铁等金属构成,具有高的电化学稳定性、导电性能和储能密度,但其重量相对较大,制备过程较为复杂。非金属固态电池的电极材料则主要由碳、氧化物、氮化物等非金属材料构成,具有轻质、制备简单等优点,但其电化学性能相对较差。 3. 应用领域 根据应用领域的不同,固态电池可以被划分为移动电源、储能电池和新能源电池三类。移动电源主要用于手机、平板电脑等移动设备的电源供给,要求体积小、重量轻、能量密度高。储能电池主要用于太阳能、风能等新能源的储能,要求稳定性好、寿命长、能量密度高。新能源电池则主要用于电动汽车、无人机等领域,要求功率密度高、安全性好、循环寿命长。 综上所述,固态电池行业根据不同的分类标准可以被划分为多个类别。不同的分类标准具有各自的特点和差异,选择合适的分类标准可以更好地了解固态电池的发展状况和应用前景,为行业的发展提供有力的支持。
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根据电池电解质的不同,固态电池可主要分为无机固态电解质电池、聚合物固态电解质电池和复合固态电解质电池三大技术路线。
固态电池分类
无机固态电解质电池
无机固态电解质包括氧化物固态电解质与硫化物固态电解质。氧化物固态电解质的优点在于循环性能良好,电化学稳定性高,缺点在于材料总体电导率较低,界面接触差,成本较低,中国固态电池企业如赣锋锂业、清陶能源等较多选择氧化物固态电解质技术路线,其中非薄膜型电解质电池已尝试打开消费电子市场。硫化物固态电解质的优点在于电导率高,工作性能表现优异,缺点是易氧化且界面稳定性较差,成本较低,硫化物固态电解质技术路线广受日韩企业热捧,性能较好且适配全固态电池,同时研究难度较大。氧化物固态电解质体系因研发成本和难度相对较低,有望在半固态和准固态电池中广泛应用,最快实现规模化上车,较多新玩家和中国企业选择这一技术路线。硫化物固态电解质虽研发难度高,但因其优异的性能和巨大的潜力吸引实力和资本雄厚的电池玩家不断投入研发,头部玩家已有十几年的技术积累,一旦实现技术突破将形成高技术壁垒。
聚合物固态电解质电池
聚合物固态电解质主要有聚氧化乙烯(PEO)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚丙烯腈(PAN)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP)等。其中,PEO具有和锂金属相容性好、电化学稳定性好、价格低廉等优点,缺陷在于室温离子电导率低。相较于PEO,PAN有着更高的锂离子迁移数,但力学性能较差,成膜后脆性较大。PMMA和PVDF自身也存在力学性能差、离子电导率低的问题,可通过与其他聚合物共混、交联、共聚或添加无机填料来提高聚合物电解质的离子电导率、稳定性。选择聚合物固态电解质技术路线的以Bollore、SEEO、Ionic、Solid Power等欧美企业为主,高能聚合物将成为未来固态电池的重要研发方向。
复合固态电解质电池
复合固态电解质一般是由无机填料和聚合物固态电解质复合得到的电解质,结合无机固态电解质和有机固态电解质的优点,兼具高锂离子导电率和电化学稳定性,已成为目前固态电池研究的热点之一。在聚合物固态电解质中加入无机填料后得到的固态电解质具有优异的综合性能,无机填料可以起到三方面的作用:(1)降低结晶度,增大无定形相区,利于锂离子迁移;(2)填料颗粒附近可以形成快速锂离子通道;(3)增加聚合物基质的力学性能,使其易于成膜。
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3:界面新闻,许卓等《固态电池复合电解质研究综述》
界面新闻,许卓等《固态电池复合电解质研究综述》
固态电池行业特征
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Prompt
中国固态电池行业特征分析 随着新能源汽车、智能手机等行业的快速发展,固态电池作为一种新型电池,逐渐成为了一个备受关注的领域。固态电池具有高能量密度、长寿命、安全性高等特点,可以取代传统的液态电池,成为未来电池的发展方向。然而,在发展过程中,固态电池行业也面临着商业模式、竞争环境、用户画像、利润成本、行业周期、供给需求、准入门槛、发展前景等多方面的挑战和机遇。因此,本文将从商业模式、竞争环境、用户画像三个重要维度入手,分析中国固态电池行业的特征。 一、商业模式 商业模式是企业利用资源和能力获取利润的方式。在固态电池行业中,商业模式主要分为销售和授权两种。销售模式是指企业直接将产品销售给客户,通过售价和销量获取收益;授权模式则是将技术或专利授权给其他公司使用,从中获得授权费用。目前,固态电池行业中,授权模式占据了主导地位,因为固态电池技术的研发和制造需要较高的资金和技术门槛,而授权模式可以减少企业的风险和资金压力,同时也能够扩大技术传播范围,推动固态电池技术的发展。 二、竞争环境 竞争环境是指固态电池行业中不同企业之间的竞争形势。当前,固态电池行业存在着激烈的竞争环境,主要表现在以下几个方面: 1. 技术竞争:固态电池技术的研发和创新是企业竞争的核心,技术领先的企业可以获得市场份额和利润。 2. 价格竞争:价格是影响用户购买行为的重要因素,较低的价格可以吸引更多的用户,带来更高的销量和利润。 3. 品牌竞争:品牌在市场营销中扮演着重要的角色,知名品牌可以提高用户对产品的信任度和忠诚度。 三、用户画像 用户画像是指通过对用户的数据分析和挖掘,描绘出用户的特征和行为习惯。固态电池主要应用于新能源汽车、智能手机、笔记本电脑等领域,因此主要用户群体为年轻人和科技爱好者。他们对电池的安全性、充电速度、续航能力等方面有着较高的要求,同时也注重产品品质和品牌口碑。据不完全统计,2019年,中国新能源汽车销量达到97.3万辆,其中纯电动汽车销量为61.9万辆,这为固态电池的发展提供了广阔的市场空间和用户需求。 结论 综上所述,中国固态电池行业存在着商业模式以授权为主,
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为实现相较于传统液态电池更优的电化学性能、更高的安全性和更低的成本,固态电池的研发难度较大,技术壁垒较高。随着新材料的不断发现与制造工艺的改进,未来固态电池可在加工流程上转变技术路线,减低75%的生产成本。当前全固态电池存在电池内阻较大、离子电导率较低、电解质成本较高的阻碍,投用尚需时日,未来本土企业在技术革新的过程中可逐步减少对液态电解质的依赖,从液态逐步实现到半固态、准固态、全固态的目标。
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技术壁垒高
为实现相较于传统液态电池更优的电化学性能、更高的安全性和更低的成本,固态电池的研发难度较大,技术壁垒较高。
固态电池包含全固态电池和混合固液电解质电池。1978年研发的聚氧化乙烯(PEO)基全固态电池已经被Bollore公司和SEEO公司商用,然而由于室温离子电导率低,该电池一般只能在60℃以上的温度下工作,且工作电压小于4.0V,使用磷酸铁锂正极材料和锂负极的PEO基全固态电池能量密度低于220Wh/kg,目前具有较高的室温离子电导率和优良的电化学稳定性的聚合物电解质尚未商业化验证成功。2011年发现的硫化物电解质具有室温条件下高离子电导率,然而硫化物电解质由于对水敏感、高成本、低化学/电化学稳定性以及高界面阻抗导致其综合性能不及商用液态电解质锂离子电池。固态电池仍有诸多技术难关亟待攻克,中国固态电池企业均较重视技术研发,截至2022年末,清陶能源总申请专利数达502件,卫蓝新能源已申请国家专利300余项,形成完整知识产权体系,行业技术护城河较深。
2
降本空间大
在目前对于固态电池的成本预测中,高达75%的生产成本可能被高估,固态电池未来降本空间较大。
2021年美国麻省理工学院Jennifer L. M. Rupp团队以“Processing thin but robust electrolytes for solid-state batteries”为题,在Nature Energy上发表综述文章,批判性讨论固态电池的研究现状以及最新加工成本。文中提到,参考固体氧化物燃料电池技术的加工成本和电解质成本,假设大规模生产,固态电池电解质的生产成本估计为8.5-12.5美元/m²,如果继续依赖传统的高温烧结成条工艺,即使原材料价格低至10美元/kg,氧化物固态电解质电池依然在经济上不可行。随着对新材料的不断研究与发现,未来基于磷酸铝钛锂(LATP)、钛酸镧锂(LLTO)或锂镧锆氧(LLZO)的电解质膜不一定需要传统的烧结或从合成粉末和致密化开始,也可以开发湿法化学路线,从而在加工流程上大幅减低成本,促进固态电池的推广。
3
由半固态电池向全固态电池梯次渗透
未来固态电池的技术发展和应用将呈现由半固态向全固态“梯次渗透”的趋势。
随着未来中国对动力电池能量密度的要求不断提升,固态电池技术将成为突破电池能量密度和安全性能的重大突破口。当前全固态电池存在电池内阻较大、离子电导率较低、电解质成本较高的阻碍,投用尚需时日,半固态电池是由液态电池向全固态电池过渡的中间方案,以卫蓝新能源为例,其半固态电池之所以能快速推向市场,正是因为尽可能地借用了现有液态电池装备和工艺。未来本土企业在技术革新的过程中可逐步减少对液态电解质的依赖,从液态逐步实现到半固态、准固态、全固态的目标。
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行业分类
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产业链分析
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行业规模
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政策梳理
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竞争格局
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