固态电池的技术现状与趋势

固态电池的技术现状与趋势
目前市面上的固态电池，如智己L7，采用镍系高镍正极、硅碳负极和氧化物固态电解质。固态电解质
层非常薄，大约10到15微米，其成分主要为锂镧锆氧（LLZO）。每千瓦时的固态电池大约需要17到
18吨的固态电解质。半固态电池仍然存在很多缺点，如倍率低、制作电芯时无法做得太薄等。相比之
下，全固态电池在未来迭代中，固态电解质的用量可能会增加5到8倍。硫化物固态电池在国内研究较
少，主要由国外企业如日本和韩国进行研究。硫化物固态电池的专利大多被国外企业占据，国内企业
在技术积累上也较为薄弱，导致走硫化物路线非常困难。

2. 固态电池材料与技术挑战
   氧化物固态电池的优点在于其稳定性和高低温性能，但其电导率低，界面接触差。硫化物固态电池虽
   然电导率高，但成本高且难以成型，并且无法阻止锂枝晶的形成，导致其在实际应用中存在很大困
   难。丰田原计划在2027年推出全固态硫化物电池，但由于技术难题，已推迟到2030年，显示出硫化物
   路线的挑战性。固态电池的制造工艺与液态电池有显著不同，特别是在正极涂布和电解质涂布环节。
   固态电池的合格率较低，主要由于材料压实密度高，导致生产过程中容易产生不良品。
3. 固态电池的市场与应用前景
   半固态电池的BOM成本比三元电池高出15%左右，但由于市场竞争，实际售价可能更低。智己L6的半
   固态电池版本售价比宁德时代的三元电池版本贵2万元，但电池容量增加了30度电。固态电池在安全性
   上有显著优势，能够通过针刺实验，避免液态电池在针刺时发生爆燃的风险。这是固态电池的核心卖
   点之一。全固态电池预计在2028年左右实现装车，能量密度有望达到500瓦时每公斤以上。全固态电
   池的方案将显著提升电池性能，可能会引发市场革命。
4. 国内外企业的研发进展
   国内企业如清陶和蔚蓝在固态电池研发上有一定进展，但仍面临技术和市场挑战。清陶与上汽合作的
   项目预计在2025年推出新车，蔚蓝则主要依赖其大股东蔚来进行开发。国外企业如QS在固态电池研发
   上取得显著进展，其方案包括高镍正极、固态隔膜和锂金属负极，能量密度达到500瓦时每公斤，循环
   性能优异。QS的方案被认为是较为务实的解决方案。
   国内企业在固态电池设备上多依赖自研，如清陶自制涂布设备以防止技术泄露，而无锡先导等设备供
   应商也开始提供固态电池的全套设备解决方案。
5. 固态电池的未来展望
   固态电池的技术迭代和市场应用将逐步推进，预计2026年将有无隔膜电池推出，2028年实现全固态电
   池装车。全固态电池的方向确定性高，能量密度和安全性将显著提升。固态电池的研发和市场推广需
   要大量资本支持，国内企业在资金和技术积累上面临挑战。未来可能通过并购等方式整合资源，以加
   速技术突破和市场应用。
   Q&A
   Q：目前1000瓦时的固态电池的电解质用量是多少？
   A：目前市面上的固态电池，例如智己L7，使用的是氧化物固态电解质，具体来说是锂镧锆氧
   （LLZO）。这种电解质层非常薄，大约10到15微米。核算下来，1000瓦时的固态电池大约需要17到
   18吨的固态电解质。
   Q：固态电池的充电倍率目前能达到什么水平？
   A：目前固态电池的充电倍率大约能达到1.6C。相比之下，半固态电池由于仍含有电解液，充电倍率较
   高，但固态电池未来迭代后，固态电解质的用量可能会增加5到8倍。
   Q：硫化物电池的现状如何？
   A：硫化物电池在国内的研究较少，主要由宁德时代在进行，国外则以日本和韩国为主。硫化物电池在
   技术和专利上被国外企业占据，国内企业难以绕开这些专利。此外，硫化物电池存在成本高、难成
   型、无法阻止锂枝晶形成等问题。美国的QS公司已经放弃了硫化物路线。丰田原计划在2027年推出全
   固态硫化物电池，但已推迟到2030年，表明这条路线存在很大挑战。此外，硫化物电解质与空气中的
   水汽反应会释放有毒气体，增加了生产和使用的难度。
   Q：氧化物固态电池的主要原材料有哪些？
   A：氧化物固态电池主要使用锂镧锆氧（LLZO）作为电解质。其上游材料包括碳酸锂、氢氧化镧、氧
   化锆和氧化锂。其中，碳酸锂和氧化锆是较为关键的原材料。虽然氧化锆的生产没有门槛，但真正有
   价值的是配方技术，这是国内一些固态电池企业的核心竞争力。
   Q：锂镧锆氧的化学式和碳酸锂的用量是否确定？
   A：锂镧锆氧的化学式是确定的，具体用量需要关注相关化工企业，例如北方稀土和盛和资源等。
   Q：青海的氧化镧和氧化锆材料的采购渠道有哪些？是否有固定的供应商？
   A：目前氧化锆采用的是三相材料，而氢氧化镧的供应商并非唯一，其他公司也能够提供这些材料。因
   此，具体采购供应商可能会有所变化。
   Q：青岛的电解质是纯氧化物还是氧化物与聚合物复合的？
   A：目前使用的是纯氧化物方案，但未来可能会转向氧化物与聚合物复合的固态电解质方案。这种复合
   方案旨在改善氧化物的缺点。
   Q：未来使用的聚合物材料是什么？它有哪些特性？
   A：未来可能使用的聚合物是SPE（聚乙烯氧化物）。这种材料的电导率与温度正相关，即温度越高，
   电导率越高。然而，电池在实际使用中无法长期保持高温（如80度），因此需要解决该材料在常温下
   电导率较低的问题。目前正在探索降低聚合物的工作温度或采用复合方案来克服这一问题。
   Q：固态电池中碳酸锂的用量与传统三元电池相比，是增加还是减少？
   A：从技术发展的方向来看，固态电池中碳酸锂的用量是增加的。固态电池技术的迭代，如全固态电池
   的研发，通常使用锂金属负极，这需要更多的碳酸锂。因此，整体来看，碳酸锂的用量会有所增加。
   Q：固态电池中的正极和电解质材料的锂用量与传统三元电池相比，有什么变化？
   A：与目前宁德时代的三元电池相比，固态电池中的锂用量有所增加，但增加幅度不大，大约在10%到
   15%之间。
   Q：固态电池的正负极集流体与传统三元电池相比，有什么变化？
   A：固态电池的正负极集流体与传统三元电池基本相同，没有明显变化。
   Q：固态电池中的电解液与传统液态电池相比，有什么不同？
   A：固态电池中的电解液与传统液态电池的电解液类似，但用量较少。固态电池的生产工艺与液态电池
   相似，电解液在生产过程中通过浸润工艺加入，主要是为了改善电池的电化学性能。
   Q：固态电池是否需要隔膜？
   A：目前的半固态电池仍然需要隔膜，且用量与传统三元电池相同。青岛公司自有隔膜厂，隔膜材料与
   液态电池隔膜相同，主要是PP和。
   Q：固态电池的负极材料是什么？与传统石墨负极相比有什么变化？
   A：固态电池的负极材料主要是石墨，但增加了大约10%的硅，以提升能量密度。硅的加入是为了突破
   石墨负极能量密度的瓶颈。
   Q：固态电池的负极材料是从哪里采购的？
   A：固态电池的负极材料并非自制，而是从供应商处采购。国际上有一家名为GW Thirteen的公司提供
   负极材料，国内则有一家名为兰溪致德的小公司供应。
   Q：固态电池的外壳是软包还是硬壳？
   A：目前青岛公司与上汽合作的固态电池采用铝壳，与宁德时代的电池类似。然而，软包电池更适合固
   态电池，因为其能量密度更高，但软包电池容易漏液，安全性较差。
   Q：固态电池的外壳是自制还是采购的？
   A：固态电池的外壳是采购的，主要供应商包括宁波的正裕科技等公司。
   Q：固态电池的生产过程中，粘结剂和导电剂的用量会有变化吗？
   A：基本上没有太大变化，但需要注意的是PVDF的用量会增加。在电解质和正负极涂布过程中，
   PVDF的用量整体会增加。特别是在全固态电池中，PVDF的用量可能会增加5到8倍。
   Q：与三元电池相比，固态电池中PVDF的用量提升幅度如何？
   A：目前提升幅度不大，大约10%左右。但在全固态电池中，PVDF的用量会显著增加，大约是现在的
   5到8倍。
   Q：PVDF在固态电池中的作用是什么？
   A：PVDF主要作为粘结剂使用，在正负极涂布和电解质成型过程中起到关键作用。它能够确保材料在
   涂布过程中粘附到位。
   Q：全固态电池的生产工艺与现有电池工艺有何不同？
   A：全固态电池的生产工艺与现有电池工艺有显著不同。首先，半固态电池在正极涂布后增加了一层电
   解质涂布，这增加了生产环节。其次，固态电池的合格率较低，因为材料需要压得更实，导致不良率
   较高。此外，电解质涂布设备与正负极涂布设备不同，电解质涂布厚度较薄（10到15微米），精度要
   求更高。新淘的电解质涂布设备是自制的，市面上买不到。
   Q：PVDF的主要供应商有哪些？
   A：PVDF的主要供应商包括诺孚里等，浙江也有相关供应商。
   Q：固态电池的制造工艺与液态电池有何主要区别？
   A：固态电池的制造工艺与液态电池有显著区别。固态电池在正极涂布后增加了一层电解质涂布，导致
   生产环节增加。电解质涂布设备与正负极涂布设备不同，电解质涂布厚度较薄（10到15微米），精度
   要求更高。固态电池的合格率较低，因为材料需要压得更实，导致不良率较高。新淘的电解质涂布设
   备是自制的，市面上买不到。
   Q：其他厂商在固态电池设备方面的情况如何？
   A：市面上确实有解决方案，比如无锡先导，它是宁德的核心供应商，提供卷装机等设备。先导也为一
   些客户提供固态电池的全套设备。但固态电池的设备与传统锂电池设备不同，风险更大，很多企业不
   敢贸然购买，除非是先导自己研发的设备。
   Q：固态电池行业与传统锂电池行业的区别是什么？
   A：在传统锂电池行业，只要有资金购买设备，就能进入市场，技术门槛相对较低。而在固态电池领
   域，如果企业不具备核心技术和对设备的深刻理解，是无法进入市场的。固态电池的设备也属于上游
   环节，技术要求更高。
   Q：半固态电池在降本方面的空间如何？未来三年与液态电池的成本趋势如何？
   A：半固态电池的BOM成本（原材料和制造成本）比传统锂电池高约15%。虽然某些原材料成本不
   高，但增加的工艺使得整体制造成本上升。从商务角度看，半固态电池的售价比液态电池低，但初创
   企业如清朝的目标是进入市场而非盈利。
   Q：智己L6不同电池版本的售价情况如何？
   A：智己L6有三款电池版本：80度电的磷酸铁锂版本售价25万，100度电的三元版本售价29万，130度
   电的半固态版本售价32万。虽然半固态版本的电池容量更大，但售价仅贵了2万块钱。然而，由于电芯
   一致性问题，智己L6的交付时间被推迟到9月份。
   Q：固态电池在一致性方面存在哪些问题？
   A：固态电池的一致性问题主要源于硅碳负极的膨胀系数较大，是碳的三倍，导致在充电时膨胀并从铜
   箔上脱落。这是材料特性导致的共性问题，影响了电池的一致性。此外，半固态电池作为过渡方案，
   存在循环寿命较短（约800圈）和倍率性能不佳的问题。
   Q：目前固态电池的能量密度和高低温性能如何？
   A：目前固态电池的能量密度为316瓦时每公斤，封装后的电池包能量密度约为260瓦时每公斤，是市
   面上最高的。高低温性能范围为-60到70摄氏度，与其他电池类型相似。
   Q：固态电池在安全性方面有哪些优势？
   A：固态电池的安全性显著改善，能够通过针刺实验，这是其核心卖点。相比之下，液态电池由于隔膜
   材料的原因，容易在针刺实验中发生爆燃。而固态电池采用陶瓷材料的固态电解质层，不会在针刺时
   迅速变形，从而避免正负极剧烈接触引发的短路和爆燃。
   Q：为什么磷酸铁锂电池能够通过针刺实验，而三元锂电池不能？
   A：磷酸铁锂电池能量密度较低，材料活泼性差，因此在针刺实验中不易发生爆燃。而三元锂电池使用
   的材料活泼性高，类似于“炸弹”，在针刺实验中容易发生短路和爆燃。未来若使用铝金属，安全性挑战
   将更大。
   Q：青岛的针刺实验是否所有样品都能通过，还是只有部分样品通过？
   A：青岛的针刺实验在对外宣传中显示所有样品都能通过，但实际情况是，有些体系能够百分之百通
   过，而有些体系则只有一定概率能通过。例如，青岛使用的材料多为高能量密度的爆炸性材料，确保
   所有样品都通过针刺测试可能需要使用特定类型的隔膜，比如PP膜。不过，PP膜在制造过程中可能存
   在褶皱问题，这会影响长期稳定性。
   Q：PP膜为何对针刺测试有帮助？
   A：PP膜相对于PE膜有更高的熔融温度，这意味着它能承受更高的温度。PP膜的耐温性更强，并且膜
   本身更厚，从而在针刺测试中表现得更为优越。
   Q：固态电池的氧化物流程会不会引发材料短缺问题？
   A：目前，固态电池的氧化物材料用量还比较少，而且这些材料本身相对便宜，因此不会出现材料短缺
   的问题。此外，固态电池技术尚处于过渡阶段，整体生产规模还无法大规模提升，这使得新兴企业面
   临较大的技术和市场挑战。
   Q：蔚蓝的固态电池目前的进展如何？
   A：蔚蓝采用了氧化物方案中的磷酸钛铝材料，这种材料的生产成本较高且技术难度大。蔚蓝目前在固
   态电池的开发上遇到了一些技术问题，特别是在量产和性能方面还需要解决更多的技术难题。
   Q：国内还有哪些公司在固态电池领域有较好的研发进展？
   A：有一家位于南京的公司声称其聚合物电池的循环寿命能够达到8000圈。这家公司使用了磷酸铁锂
   作为正极材料，但目前成本尚未降低。这一技术进展若能实现，将对储能行业产生重大影响。
   Q：固态电池在储能和整车应用方面的进展如何？
   A：固态电池在储能和整车应用方面都有很大的潜力。如果固态电池的倍率做得比较高，循环性能良
   好，即使续航里程短一些，但充电快，仍然会有市场需求。
   Q：固态电池在低温性能方面的表现如何？
   A：目前有些公司声称已经解决了固态电池的低温性能问题，并且他们的样品效果不错。不过，市场上
   也有很多夸大的宣传，关键还是要看是否有实际产品推出。
   Q：固态电池的市场化进展如何？
   A：固态电池的市场化进展还在早期阶段。业内公司如宁德时代和比亚迪，如果要推出市场化产品，目
   前大概完成度在40%左右。
   Q：固态电池领域的专利布局情况如何？
   A：固态电池领域的专利主要被一些先发公司占据，如清朝和蔚蓝。这些公司已经在专利上进行了全面
   布局，其他公司要绕过这些专利进行研发，难度较大。
   Q：国外在固态电池方面的进展如何？
   A：国外公司也在积极推进固态电池的研发。例如，大众计划开发一个60几瓦时的固态电池方案，并且
   这个方案比较特别和精细。
   Q：固态电池在性能上有哪些显著优势？
   A：固态电池在多个方面表现出显著优势。首先，它的循环性能非常优越，经过一千多次循环后仍能保
   持95%的原始容量。其次，能量密度达到500瓦时每公斤，几乎是现有电池的两倍。此外，它的最大放
   电功率可以达到10C，意味着十分钟内可以充电80%。在安全性方面，固态电池彻底解决了热失控问
   题，显著提高了安全性。
   Q：QS公司固态电池的技术方案是什么？
   A：QS公司的固态电池采用了一种独特的固态隔膜技术，这种隔膜一面是陶瓷材料，另一面是高分子
   材料。正极使用高镍三元材料，负极为锂金属。充电时，锂离子穿过固态隔膜，附着在负极的铜箔
   上；放电时，锂离子从铜箔回到正极材料。尽管这种方案在理论上可行，但在实际工艺中，隔膜的厚
   度仍是一个挑战。目前，他们的技术已经授权给大众，计划生产能量密度达到600瓦时每公斤的电池。
   Q：为什么固态隔膜需要做薄？
   A：固态隔膜需要做薄是为了方便锂离子通过，从而提高电池的循环性能和容量。如果隔膜过厚，会影
   响电池的性能和容量。
   Q：全固态电池和半固态电池的进展如何？
   A：全固态电池在实验室中已经取得了一定的进展，但距离实际装车还有一段距离。半固态电池目前处
   于类似于早期手机市场的状态，各家公司都有各自的优点和技术特点，处于百花齐放的阶段。
   Q：半固态电池在市场上的表现如何？
   A：半固态电池虽然在安全性能和能量密度上有所提升，但其循环寿命和倍率性能较差，因此只能占据
   约5%的市场份额，难以带来革命性的变化。只有当全固态电池的所有性能指标都实现时，才会带来市
   场的革命性变化。目前，半固态电池的产品力不足以掀翻市场，但全固态电池是未来确定性非常高的
   发展方向，预计2028年会有全固态电池装车。
   Q：全固态电池的能量密度能达到什么水平？
   A：全固态电池的能量密度预计可以达到500瓦时每公斤以上，甚至可能达到550瓦时每公斤。
   Q：全固态电池预计何时可以实现装车？
   A：预计2028年全固态电池可以实现装车，这意味着在2026年就会有电池产品推出。明年可能会有无
   隔膜电池推出，随后逐步推出全固态电池。
   Q：为什么很多企业仍在开发半固态电池？
   A：很多企业仍在开发半固态电池，主要因为需要通过推出产品来形成现金流，维持企业运营。国内资
   本市场不允许企业长期烧钱，因此这些企业需要逐步推出产品，尽管这些产品可能最终会被全固态电
   池取代。
   Q：全固态电池和液态电池未来的竞争格局如何？
   A：未来的竞争格局主要由资本决定。大型企业由于拥有稳定的现金流和庞大的产业规模，在研发和市
   场推广上具有显著优势。创业公司如果无法形成稳定的现金流，长期依赖融资将导致创始人失去对公
   司的控制权，因此在长期竞争中处于劣势。
   Q：全固态电池的材料体系可能是什么样的？
   A：目前最有可能的全固态电池材料体系包括特定的电解质和正极材料，但具体的材料体系还在研发和
   优化中。
   Q：为什么您看好QS这个方案？与其他方案相比，QS方案有哪些优势？
   A：我看好QS这个方案是因为它比较务实。QS方案虽然使用了电解液，但它通过改善氧化物固态电解
   质的性能，提升了能量密度、充电速度和安全性。相比全固态电池，QS方案的实际应用效果更为重
   要。全固态与否并不重要，关键是能否在多个维度上实现显著改善。
   Q：国内有没有企业在做类似QS方案的研发？
   A：目前国内没有企业在做类似QS方案的研发。国内很多企业倾向于等待国外技术成熟后进行模仿，
   而不是自主研发。
   Q：QS方案是否使用电解液？如果使用，电解液的性质是什么？
   A：QS方案确实使用电解液，但不是传统的铝电解液。它采用高分子材料隔离电解液，改善固态氧化
   物的电导率。电解液的成分与传统液态电池相同，仍然使用六氟磷酸等电解质。
   Q：QS方案中隔膜的作用是什么？
   A：QS方案中使用了一种特殊的隔膜，这种隔膜由高分子材料制成，用于隔离电解液，提升电池性
   能。
   Q：为什么锰在电池材料中具有优势？
   A：锰在电池材料中具有优势主要因为其成本低且国内供应充足。锰的电压较高，能量密度也有所提
   升。此外，锰相比钴等材料更便宜，不需要依赖进口。