新一代新能源电池及材料 ——固态电池发展现状及趋势
表1 液态锂离子电池及半固态和全固态电池材料对比表
名称 | 液态（传统） | 半固态 | 全固态 |
正极 | 三元/磷酸铁锂 | 三元高镍/超高镍 | 三元高镍、富锂锰基、硫/空气 |
负极 | 石墨为主，可以掺硅 | 硅基负极/锂金属负极 | 锂金属负极 |
隔膜 | 湿法/干法隔膜 | 湿法+涂覆，孔径更大 | 不需要隔膜 |
电解质 | 液态占比10%-20% | 液态占比1%-10% | 固态电解质 |
表2 固态电池材料发展趋势表
名 称 | 类 型 | 电解液 | 隔 膜 | 正 极 | 产业化时间 |
第一代 | 半固态 | 部分替换为固态电解质 | 不变 | 三元 | 2022年后 |
第二代 | 全固态 | 全部替换为固态电解质 | 取消（少数方案保留） | 三元 | 2023-2024年 |
第三代 | 全固态 | 全部替换为固态电解质 | 取消（少数方案保留） | 三元 | 2025年后 |
第四代 | 全固态 | 全部替换为固态电解质 | 取消（少数方案保留） | 硫化物/镍锰酸锂/富锂锰基 | 2030年后 |
（二）技术迭代路径
固态电池技术发展和应用预计将呈现梯次渗透趋势，将按照半固态—全固态迭代，电解质—负极—正极梯次升级的技术迭代路径发展，大致遵循“固态电解质→新型负极→新型正极”三个阶段（见下图）。
固态电池技术迭代基于液态体系，顺序遵循固态电解质—新型负极—新型正极。主流厂商按照半固态到全固态的发展路径布局，核心变化在于引入固态电解质，电解质预计从聚合物+氧化物的半固态路线，向氧化物半/全固态路线，再向硫化物全固态路线迭代；负极从石墨，向硅基负极、含锂负极，再向金属锂负极升级；正极从高镍三元，向高电压高镍三元、超高镍三元，再向尖晶石镍锰酸锂、层状富锂锰基等新型正极材料迭代；隔膜从传统隔膜，向氧化物涂覆隔膜，再向固态电解质膜升级。
（三）材料体系创新与固态电池发展趋势
2024年8月31日，中国科学院院士、清华大学教授欧阳明高表示，从中国动力电池前景展望看，高比能全固态电池与低成本、长寿命锂离子电池对中国动力电池产业同等重要。我国固态电池正处于推广发展期，在关键原材料、关键科学技术瓶颈突破、规模化量产及产业化应用等领域面临挑战。
◆第一步：重点攻关固态电解质
2025年：以200Wh/kg和400Wh/L为目标，打通全固态电池技术链，三元和石墨正负极基本不变，确立主体电解质；
2030年：以300Wh/kg和600Wh/L为目标，特种商用车应用为主要场景，三元和硅碳正负极，优化固态电解质体系（主体电解质+补充电解质），实现在电池层面大于4C的倍率性能和5000次的循环寿命。
◆第二步：重点攻关高容量复合负极
2030年：以400Wh/kg和800Wh/L为目标，高性能乘用车应用为主要场景，进一步发展高比容量实现在电池层面大于3C的倍率性能和1500次的循环寿命；
2035年：以500Wh/kg和1000Wh/L为目标，进一步发展高比容锂金属负极（锂金属载体或功解层）。
◆第三步：重点攻关高容量复合正极
2035年：以500Wh/kg和1000Wh/L为目标，进一步发展高电压高比容量富锂正极；
2040年：以700Wh/kg为目标，发展锂硫和锂空气电池。
（四）我国典型企业的固态电池技术路线
固态电池的创新主体企业分为电池端企业、固态电解质企业、负极企业、隔膜企业、整车企业。在产业链的分布企业大致如下：
电池端：企业主要有宁德时代（见表3）、比亚迪、卫蓝新能源、清陶能源、亿纬锂能、赣锋锂业、辉能科技、国轩高科、孚能科技、蜂巢能源等（见表4）。
表3 宁德时代固态电池相关专利表
序号 | 中 文 标 题 | 公开（公告）日 |
1 | 固态电解质膜片及锂离子电池 | 2015-06-03 |
2 | 锂离子电池的固态电解质材料 | 2016-08-10 |
3 | 电解液及电化学储能装置 | 2020-09-11 |
4 | 电极片及电化学储能装置 | 2020-11-06 |
5 | 全固态锂离子二次电池用粘结剂、电解质膜片、电极膜片、电池及制备方法 | 2020-11-10 |
6 | 电解液及电化学储能装置 | 2020-12-11 |
7 | 电解液及电化学储能装置 | 2021-01-15 |
8 | 一种固态电池材料回收的处理方法 | 2021-01-22 |
9 | 电解液及电化学储能装置 | 2021-02-02 |
10 | 电芯加热控制装置及方法、电芯烘烤设备和计算机可读存储介质 | 2021-02-12 |
11 | 金属-水-空气电池 | 2021-04-30 |
12 | 电解液及电化学储能装置 | 2021-05-04 |
13 | 离子交换材料及其制备方法、电解质薄膜、二次电池 | 2021-06-22 |
14 | 一种具有快速加热功能的热阻复合箔材、及采用其的电芯和电池 | 2021-07-02 |
15 | 硫化物固态电解质及全固态锂二次电池 | 2021-07-13 |
16 | 一种负极片、其富锂负极片和锂离子二次电池及制备方法 | 2021-09-21 |
17 | 一种具有快速加热功能的复合负极极片、及采用其的电芯和电池 | 2021-09-21 |
18 | 一种固态电解质的制备方法 | 2021-09-28 |
19 | 一种电池 | 2021-10-01 |
20 | 一种硫化物固态电解质片及其制备方法 | 2021-10-22 |
21 | 失效电池单元的处理方法、电池模块、电池组和装置 | 2021-12-07 |
22 | 固态电解质膜片及固态锂金属电池 | 2022-02-18 |
23 | 电池箱及装置 | 2022-03-01 |
24 | 复合无机固态电解质膜及其锂金属电池 | 2022-03-18 |
25 | 电池单体、电池模块、电池组、使用电池单体作为电源的装置及电池单体的组装方法 | 2022-07-01 |
26 | 电解液及电化学储能装置 | 2022-07-12 |
27 | 一种固态电解质及其全固态锂金属电池 | 2023-03-17 |
28 | 复合正极活性材料及其制备方法、和包含其的用电装置 | 2023-06-20 |
29 | 硫化物固态电池正极极片及硫化物固态电池 | 2023-07-18 |
30 | 锂金属负极、其制备方法及其相关的锂金属电池和装置 | 2023-10-17 |
31 | 电池极片及其制备方法、电极组件以及电池和用电装置 | 2023-10-20 |
32 | 锰酸锂正极活性材料及包含其的正极极片、二次电池、电池模块、电池包和用电装置 | 2023-10-27 |
33 | 锰酸锂正极活性材料及包含其的正极极片、二次电池、电池模块、电池包和用电装置 | 2023-11-07 |
34 | 极片及其制备方法、电池单体、电池、用电装置 | 2023-11-17 |
35 | 电池单体、电池模块、电池组、使用电池单体作为电源的装置及电池单体的组装方法 | 2024-01-02 |
36 | 一种耐烧蚀气凝胶复合材料及其制备方法 | 2024-01-26 |
37 | 固态电解质浆料、固态电解质膜、固态电池及用电装置 | 2024-03-26 |
38 | 电解液、钠二次电池和用电装置 | 2024-04-09 |
39 | 含硫聚合物、制备方法、负极极片、二次电池及用电装置 | 2024-04-09 |
40 | 粘结剂、制备方法、负极浆料、负极极片、固态电池及用电装置 | 2024-04-09 |
41 | 锂金属电池及其制备方法、包含锂金属电池的装置和负极极片 | 2024-06-07 |
42 | 正极活性材料组合物、正极极片、电池及用电装置 | 2024-08-09 |
数据来源：incopat专利数据库
表4 国内典型企业的固态电解质技术路线及发展目标表
企业名称 | 技术路线 | 发 展 目 标 |
宁德时代新能源科技股份有限公司 | 硫化物 | 重点布局硫化物全固态路线，但距离商业化仍需5年以上。以全固态锂金属电池为发展目标，不断提升能量密度与安全性。 |
比亚迪股份有限公司 | 氧化物/ 硫化物 | 深耕固态电解质多年，专利数量多覆盖范围广，技术储备丰富。研发涵盖多种路线，技术不断更新迭代；技术储备丰富，后续或升级固态+短刀+CTC体系。 |
北京卫蓝新能源科技股份有限公司 | 氧化物/ 聚合物 | 承接物理所核心专利，工艺技术全面领先；孵化并成立中科院物理所，掌握原位固态化核心工艺；与蔚来、吉利等众多车企达成合作，2023年下半年装车上线；远期规划产能超50gwh，形成完善产业链布局。 |
清陶新能源材料研究院有限公司 | 氧化物/ 复合物 | 率先实现规模化量产，一体化布局氧化物电解质；孵化并成立清华大学材料学院，率先实现固态电池量产；电池产品性能突出，致力量产全固态电池；远期规划产能35GWH，一体化布局固态电解质。 |
赣锋锂业集团股份有限公司 | 氧化物 | 打造垂直整合业务模式，加速半固态电池量产；与下游车企深度合作，推动固态电池产业化；远期规划产能超40GWH，推动锂产业链结构优化升级。 |
辉能科技股份有限公司 | 氧化物 | 专注氧化物固态电池路线，三大核心技术构筑护城河。①MAB：多轴向双极电池技术，采用CTP+内部串联方式，大幅提升封装效率；②LCB：通过Ceramion内导技术降低内阻、Logithium封装技术提升加工性能，进而解决氧化物电解质的导电性和脆性问题；③ASM：主动隔断高温产热及释放，钝化正负极，提升安全性。预计可凭借核心技术，在生产规模达7GWH后，价格实现与液体电池Pack持平。绑定奔驰团队进行深度合作，远期规划产能120GWH。 |
蜂巢能源科技股份有限公司 | 硫化物 | 开发半固态短刀电池，布局硫化物全固态路线；与宁波材料所深度合作，开发果冻电池、硫系全固态电池。 |
亿纬锂能 | 暂无公告 | 拥有半固态+全固态技术，半固态产品2022年率先装车验证；首代全固态电池基于卤化物路线，将运用于高端消费电池领域；重点布局氧化物、硫化物、卤化物全固态路线，进一步提升能量密度及安全性。 |
国轩高科股份有限公司 | 硫化物 | 采用氧化物包覆+原位固态化工艺，半固态产品2023年批量交付；目标2025年量产全固态电池，打造高电压无模组电池包。 |
孚能科技股份有限公司 | 氧化物/ 硫化物 | 搭载岚图追光率先量产装车，推出SPS全新解决方案；预计2023年起规模放量，全固态电池预计2030年推出。 |
固态电解质：企业主要有天目先导、蓝固新能源、奥克股份、上海洗霸、金龙羽、瑞泰新材等。
固态电解质前驱体锆源/锗源：企业有东方锆业、三祥新材、云南锗业、驰宏锌锗等。
负极：企业有兰溪致德、贝特瑞、翔丰华等；正极企业有容百科技、当升科技等。
隔膜：企业有恩捷股份等。
整车：企业以自研或增资入股等方式积极入局，代表公司有比亚迪、理想、蔚来等。
三、贵州省固态电池技术发展情况
贵州相关企业已入局固态电池。从公开论文来看，贵州大学在LATP调控制备及其在复合固态电解质中的应用、NASICON型-固体电解质的掺杂改性及界面修饰等方面开展了研究。贵州梅岭电源有限公司联合特种化学电源国家重点实验室，对固态电池的关键材料固态电解质的高离子电导率进行研发。从专利布局来看，贵州梅岭电源有限公司、中伟新材料股份有限公司、贵州振华新材料有限公司、贵州省材料产业技术研究院、贵州大学、贵州理工学院等机构在固态电池材料已有布局（见表5）。
表5 贵州省固态电池授权有效发明专利一览表
序号 | 中 文 标 题 | 公开（公告）日 | 申请人 |
1 | 一种热电池用正极材料及其制备方法 | 2020-09-08 | 贵州梅岭电源有限公司 |
2 | 一种石榴石型固态电解质的表面处理方法 | 2021-11-26 | |
3 | 一种热电池用高电导复合隔膜材料 | 2021-08-17 | |
4 | 一种超薄涂碳隔膜的制备方法及应用 | 2021-11-30 | |
5 | 一种锂离子电池复合负极材料及其制备方法 | 2020-11-20 | |
6 | 一种富锂锰基正极材料的包覆改性方法 | 2022-02-01 | |
7 | 一种热电池用高比能复合电极片及其制备方法 | 2022-07-12 | |
8 | 一种含硫快离子导体包覆石墨复合材料及其制备方法 | 2022-12-06 | 晖阳（贵州）新能源材料有限公司 |
9 | 一种高能量密度石墨复合材料及其制备方法 | 2023-08-22 | |
10 | 钛酸锂包覆经表面处理石墨的负极材料、制法及其应用 | 2016-05-04 | 天津大学、贵州振华新材料有限公司、贵州振华义龙新材料有限公司 |
11 | 预锂化的二元拓扑结构磷/碳复合材料及制法和应用 | 2023-08-11 | |
12 | 一种高压实单晶三元正极材料及其制备方法、应用 | 2021-08-10 | 中伟新材料股份有限公司 |
13 | 一种硫化物基复合固态电解质膜及其制备方法和应用 | 2023-08-11 | 贵州省材料产业技术研究院 |
14 | 一种交联微介孔碳复合材料的制备方法及其应用 | 2024-03-01 | 贵州大学 |
15 | 一种中空球壳结构羟基氧化钒的制备方法及其应用 | 2023-12-22 | |
16 | 抑制锂硫电池穿梭效应的三明治独立正极及其制备方法 | 2022-06-17 | |
17 | 一种Na和Cl共掺杂锂离子负极材料及其制备方法 | 2023-01-13 | |
18 | 一种Na和Br共掺杂锂离子负极材料及其制备方法 | 2024-01-19 | |
19 | 用于锂离子二次电池的自支撑聚合物膜材料及其制备方法 | 2020-07-07 | 贵州理工学院 |
20 | 一种基于材料改性技术的锂电池电性能改进及测试方法 | 2023-03-14 | |
21 | 化合物10-甲基-10-氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物-10-硫化物及其制备方法 | 2018-07-06 | 贵州师范大学 |
22 | 一种Ni/Co-CNT/NHPC的锂硫电池正极材料的制备方法 | 2021-11-09 | 北京科技大学、贵州中水材料科技有限公司 |
数据来源：incopat专利数据库
