固态电池专家交流纪要

财富 2024-11-25 22:48 广东

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概要（文末有彩蛋）

1、固态电池技术现状与挑战

华为在固态电池领域的专利显示，其在硫化物固态电解质与锂金属负极界面稳定性方面进行探索，但目前仍处于早期阶段，尚未形成样品电芯。这表明华为在硫化物固态电池的研发上还未取得实质性突破，硫化物路线仍面临较高的技术挑战。

硫化物固态电池的优点在于其高电导率，但其电化学稳定性和空气稳定性较差，制造成本高，且在制造和使用过程中需要严格的环境控制以防止有毒气体硫化氢的释放。硫化物固态电解质的主要成分硫化锂价格昂贵，制备工艺复杂，导致硫化物路线难以大规模商业化。

2、固态电池制造工艺与市场需求

固态电池制造工艺正在向能量密度更高的方向发展，车厂对固态电池的需求从安全性转向更高的能量密度和更长的续航里程。干法电极工艺被认为可以提高能量密度约30%，成为未来固态电池生产的趋势之一。

固态电池的生产工艺中，正负极与固态电解质的干混合、干纤维化和干压成型成为关键步骤。冷压设备在固态电池制造中的应用日益重要，尽管目前干法和湿法工艺仍将并存，但干法工艺的成熟度将决定其未来的应用广度。

3、固态电池材料选择与技术路线

硅碳负极材料在固态电池中逐渐成为主流，尽管其在锂离子嵌入后会导致体积膨胀，影响制造工艺的稳定性，但其高容量特性使其在2030年前仍占据重要地位。正极材料则以高镍和富锰锂基为主，适用于不同价位和性能需求的车型。

氯化物固态电解质由于高成本和稀土元素的使用，研究较少。氧化物和硫化物成为主要的技术路线，硫化物因其高电导率和潜在的优越性能被认为是终极方案，但技术难度较高。

4、固态电池市场前景与竞争格局

半固态电池被视为过渡产品，尽管其能量密度和安全性有所提升，但循环寿命和倍率性能仍有不足。预计到2030年，固态电池的市场渗透率将达到20%，其中全固态电池占比约为5%。

固态电池的市场竞争中，头部企业如宁德时代和比亚迪因其资金和技术储备被认为有能力在未来的技术竞赛中占据优势。与车企的合作关系将成为固态电池技术商业化的重要推动力。

5、固态电池技术创新与合作

固态电池的研发中，企业对核心技术的保密性极为重视，固态电解质的配方和生产工艺被视为企业的核心竞争力。头部电芯厂商倾向于自制设备以保护技术机密，外采正负极材料而自制固态电解质成为主流策略。

长阳科技和恩杰等隔膜厂商尝试通过开发固态电解质膜来适应固态电池的趋势，但由于缺乏电芯制造的专业性，其在固态电池市场中的角色和影响力仍待观察。

Q&A

Q：华为最近发布的固态电池相关专利有哪些具体内容及其意义？

A：华为最近发布了关于掺杂硫化物材料及其制备方法的锂离子电池专利，以及硅碳负极材料及其制备方法的专利。这些专利的目的是在硫化物固态电解质与锂金属负极的界面上掺入一些元素，以提高界面的稳定性。这表明华为在硫化物固态电池领域仍处于早期阶段，尚未解决界面接触问题，也未制作出相应的样品电芯。华为的这些尝试并不意味着一定会选择硫化物路线，因为这条路线挑战较大。

Q：硫化物固态电池有哪些优缺点？

A：硫化物固态电池的优点是电导率较高，但其电化学稳定性和空气稳定性较差。硫化物材料在常温下与空气接触会发生反应，因此制造和售后需要在真空和惰性气体环境中进行，以避免硫化氢等有毒气体泄漏。此外，硫化物的成本较高，主要成分硫化锂的价格约为四百多万一吨，制成固态电解质后售价约两百多万。制造过程中还需解决纤维化薄膜压制和致密化的问题，以及需要30兆帕以上的压力帮助成型。

Q：全球固态电池技术的发展现状如何？

A：目前全球在固态电池技术上走得最快的是丰田，他们在十年前就开始布局硫化物固态电解质，但即便如此，特斯拉也将其装车时间推迟到2030年。整体来看，氧化物固态电池的发展速度较快，预计在2028年推出商业化产品，而硫化物固态电池的商业化时间预计在2030年。尽管硫化物电池的电化学性能更好，但其技术难点较多。

Q：固态电池的制造工艺有哪些关键点？

A：固态电池的制造工艺需要满足车厂对能量密度不断增加的需求。三五年前，电动车频繁发生安全事故，车厂对固态电池的需求主要是为了提高安全性，因为固态电池不会起火、冒烟或爆炸。然而，随着技术的发展，能量密度的提升成为新的关注点。

Q：固态电池的技术迭代方向是什么？

A：固态电池的技术迭代方向主要集中在提高能量密度和续航能力。当前的液态电池正在向半固态和固态电池过渡，这一过程需要在正极和负极材料上使用致密化设备。传统的湿法工艺由于材料不够致密，导致能量密度不高，而干法电极工艺可以提高能量密度约30%。未来的固态电池生产工艺在前段和中段会有较大变化。

Q：未来固态电池的生产工艺有哪些变化？

A：未来的固态电池生产工艺将不再使用溶剂，而是采用干混工艺，将正负极与固态电解质进行干纤维化和致密化。关键设备包括冷电压设备，用于材料的成型和低流体复合。正极和固态电解质通过热压方式复合，后续工艺包括分条模切、碟片制作和电芯致密化等。

Q：硫化物固态电池的工艺和材料有哪些特点？

A：硫化物固态电池的工艺涉及多种上游材料，如硫化锂、硫化锡、硫化锗和五氧化二磷。制备过程包括混合、压片、热处理、球磨等步骤，最终得到硫化物质电解质。硫化锂是关键材料，目前国内纯度不高，主要由赣锋锂业、湖北新蕴德和成都汉姆高新等公司生产。制备方法主要有溶液合成法和高温溢性法。

Q：国内硫化锂的价格是多少，与国外相比差距如何？

A：国内硫化锂的价格约为四百多万元每吨，主要由于需求量较少，尚未实现大规模工业化生产。相比之下，日本的硫化锂成本较低，因为他们利用石油工业的副产品硫化氢来制备，但目前国内需求量有限，因此很少从日本采购。

Q：如何看待卤化物在固态电池中的潜力和进展？

A：卤化物在固态电池中的应用较少，尽管它具有较高的离子电导率和良好的可变形性，但其还原电位不够低，无法与金属锂负极匹配。此外，卤化物含有稀土元素，导致原材料成本过高，因此目前研究较少，主要的研究路线仍是氧化物和硫化物。

Q：在固态电池中，负极和正极材料的选择如何？

A：在负极材料方面，目前包括特斯拉和智己L6等车型已采用硅碳负极。尽管直接使用锂金属负极的测试结果不佳，预计2030年前仍以硅碳为主。正极材料方面，高端车型使用九系高镍，中低端车型则使用富锰锂镍。上汽等公司计划在未来3到5年内继续以高镍和富锰锂镍为主要正极材料。

Q：全固态电池的负极材料选择是否会从硅碳过渡到锂金属？

A：是的，全固态电池由于没有隔膜和电解液，未来几年负极材料仍将以硅碳为主。然而，硅碳负极存在体积膨胀的问题，导致制造工艺上存在挑战。目前硅的掺杂比例约为10%，国外可达30%，再高则会影响制造工艺的稳定性。

Q：您如何看待亿纬锂能在硫化物和卤素技术路线上的潜力？

A：亿纬锂能在固态电池领域的布局相对较晚。在氧化物方面，国内如清陶和蔚蓝走得较快，而硫化物方面，特优塔的进展较为领先，已经建立了强大的专利壁垒。亿纬锂能在硫化物电解质上并没有明显的独到之处，但在硅碳负极和圆柱电芯方面表现较好。

Q：您如何看待长安泰兰发布的无隔膜技术？

A：泰兰是一家小公司，其无隔膜电池技术在实验室中已经实现，但并未解决氧化物固态电解质的低电导率和接触界面差的问题。虽然泰兰发布了能量密度为700多瓦时/公斤的产品，但未公布完整的电芯性能数据，如循环寿命和安全性，因此尚不具备批量生产的条件。

Q：半固态电池是否是一个伪命题？

A：半固态电池并非伪命题。其特点是能量密度较高，安全性较好，但循环寿命和倍率性能较差。半固态电池是一种过渡性产品，虽然在各个性能维度上未达到最佳状态，但仍有市场空间。例如，上汽正在布局锰系半固态电池，通过提高电压来降低成本并提高安全性。尽管半固态电池的应用量有限，但仍能在特定市场中获得竞争优势。

Q：到2030年，固态电池的市场渗透率和全固态电池的市场占比预计是多少？

A：根据行业预测，到2030年，固态电池的市场渗透率预计将达到整个市场的20%。其中，全固态电池的渗透率大约为固态电池市场的四分之一，即约5%。

Q：固态电池中碳纳米管的用量变化情况如何？

A：在固态电池中，碳纳米管的总体用量呈增加趋势。固态电解质取代了传统电解液，而电解液中碳纳米管的含量较低，因此固态电解质的使用导致碳纳米管用量的增加。不过，由于各家体系不同，具体增加量难以估测。

Q：本田在全固态电池的技术路线选择上是怎样的？

A：本田在全固态电池的技术路线选择上采用了硫化物路线，这也是日本企业普遍采用的技术路径。

Q：国内有哪些厂商在固态电池制造设备方面表现较好？

A：在国内，先导、银河和联排列在固态电池生产设备方面表现较好。这些公司在设备制造上有相应的布局，并与锂电池企业合作紧密。此外，智莱和元衡也是固态电池企业的核心供应商。

Q：固态电池制造中等静压工艺的重要性如何？

A：等静压工艺在固态电池制造中被视为终极工艺，对固态电池的帮助最大。然而，在未来十年内，干法和湿法工艺仍将并存。等静压设备不成熟时，企业可能会选择使用滚压等方法逐步优化工艺。

Q：硫化物路线在固态电池制造中有哪些限制？

A：硫化物路线在固态电池制造中通常只能使用干法工艺，因为硫化物容易与水和空气反应生成硫化氢。然而，正负极材料仍可以使用湿法工艺。因此，未来几年干法和湿法工艺将并存，具体取决于设备的研发进展。

Q：固态电池在军工领域有哪些应用？其特点是什么？

A：固态电池和半固态电池在军工领域的应用主要包括无人潜艇和无人机等。这些电池的特点是安全性高，适用于对安全性要求极高的场合，如潜艇，因为一旦发生火灾后果严重。此外，军工应用需要电池具备防弹能力，并通过枪击实验，这也是半固态电池的优势所在。

Q：固态电池在船舶和低空飞行器中的应用前景如何？

A：在船舶领域，固态电池的应用前景不如军工领域，因为船舶对安全性的要求相对较低。然而，低空飞行器对电池的安全标准要求更高，适合使用半固态电池。虽然半固态电池存在倍率低和循环性能差的缺点，但在低空飞行器中，这些缺点影响较小，因为飞行器的使用频率不如汽车高。

Q：固态电池的碟片和卷绕工艺是否都可行？

A：是的，固态电池的碟片和卷绕工艺都是可行的。目前，例如清陶公司在昆山的产能布局中，为上汽的10万辆汽车准备的产能采用的就是卷绕工艺，与现场合作进行生产。

Q：未来固态电池的技术路线会如何发展？

A：未来固态电池的技术路线可能会以碟片为主，而不是卷绕。这是因为材料的特性，如氧化物是陶瓷材料，较硬，而硫化物则类似面皮，卷绕难度较大。此外，从材料的克容量角度来看，未来需要上金属，而金属片更适合碟片形式。

Q：氧化物和硫化物的技术路线在全固态电池中的应用有何不同？

A：氧化物路线通常需要掺杂聚合物来形成复合电解质，以改善电极和电解质之间的接触界面。而硫化物则可以直接用于全固态电池。美国的QS公司采用了一种创新的固态隔膜技术，结合氧化物和锂金属，形成半固态方案，尽管仍使用电解液，但在性能上表现优异。

Q：QS公司的固态电池方案是如何设计的？

A：QS公司的方案采用了固态隔膜，一面是高分子材料，另一面是陶瓷材料，直接应用于锂金属负极。充电时，锂离子从正极穿过固态隔膜附着在铜箔上，放电时则返回正极。尽管是半固态方案，但在能量密度、循环性能和安全性上表现出色。

Q：硫化物路线的技术难点和研究重点是什么？

A：硫化物路线的难点在于活性材料表面的界面问题，需要引入特性缓冲层来隔绝硫化物和电解质的接触。当前研究重点是硫银锗矿型固态电解质，其离子电导性高、耐湿性好，并且与电极界面兼容性良好。

Q：硫化物电解质中不同材料的成本和性能如何比较？

A：在硫化物电解质中，LGPS（离子荔枝粉）成本最高，而硫银锗矿的成本居中。硫银锗矿型电解质在离子电导性、耐湿性和界面兼容性方面表现优异，是当前研究的重点。综合成本和性能来看，硫银锗矿型电解质相对适中。

Q：长阳科技与中科院物理研究所合作的固态复合膜项目进展如何？工艺上有什么不同？

A：长阳科技和恩杰等公司主要生产隔膜材料，如PP或PE材料。随着固态电池的发展，未来可能不再需要隔膜，因此这些公司正尝试进入固态电解质膜领域。他们希望通过生产固态电解质膜来继续参与市场。然而，这些公司在电芯领域并不专业，而固态电解质的研究重点在于电芯性能。因此，固态电解质的研发通常由电芯企业主导，如清陶、蔚来、宁德和比亚迪等。长阳科技和恩杰等公司在固态电池领域的努力面临较大挑战。

Q：未来固态电池的发展趋势如何？头部电芯厂商可能采取什么策略？

A：未来，头部电芯厂商可能会选择外采正负极材料，而固态电解质及其一体化流程则由自己制作。以清陶为例，他们在固态电解质的生产中采取了高度保密的措施，所有相关设备均为自制，以防止技术泄露。宁德和比亚迪等公司在固态电池领域也非常注重技术保护，预计他们将继续在这一领域发力。

Q：全固态电池在2027年小批量上车及2030年商业化应用的可行性如何？

A：目前，各企业纷纷推出全固态电池的上市时间点，但这些信息不一定可靠。要在2027年实现上车，企业需要与车厂有明确的合作项目。目前，清陶与上汽、蔚来有明确的合作项目，预计其时间点较为可信。鹏辉等企业在动力电池领域缺乏客户和合作项目，其时间点的可信度较低。宁德和比亚迪由于客户资源丰富，预计在固态电池领域的推进较为顺利。总体而言，头部厂商如宁德和比亚迪在2027年实现上车的可行性较高。

Q：目前单体瓦时的固态电解质用量是多少？未来全固态电池的用量预期如何？

A：目前半固态电池的固态电解质涂层较薄，约为十微米，用量在18到20吨左右。未来全固态电池的用量将显著增加，因为固态电解质将完全取代隔膜和电解液，预计用量会增大到120到150吨。

Q：全固态电池中硫化物类和氧化物聚合物的用量是否存在差异？

A：硫化物类和氧化物聚合物在全固态电池中的用量基本相似。它们都用于取代电解液，因此用量差异不大。

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