固态电池技术全方位解读：现状、未来趋势、技术瓶颈和行业进展等
固态电池技术展望与市场需求对接
清陶企业正在整合动力电池与储能电池技术资源，以平衡材料成本与安全性，力求满足日益增长的实际市场需求。预期未来电动汽车续航里程有望突破1000公里门槛，这一目标仰赖于提升能量密度至280-320Wh/kg，这涉及到正极材料向三代以上升级及负极采用硅碳复合材料的技术革新。不过，固态电池技术仍面临关键挑战，诸如单体材料添加量对其性能、安全、成本及良品率产生的复杂相互作用。
2.固态电池电解质创新探索
固态电池电解质材料涵盖四大类:氧化物、聚合物、硫化物与新兴的氧化物。
3.全面审视固态电池薄膜技术难点
全固态电池技术的核心挑战之一在于薄膜厚度控制:目前业界领先的薄膜厚度为20至40微米，若要进-步减薄至10微米甚至更少，必须确保无内部缺陷且维持卓越的电池性能，包括耐久性和循环寿命，大规模生产全固态电池的关键瓶颈在于如何在制造过程中避免产生裂纹和缺陷，至今这一目标尚未在全球范围内实现工业化生产。
半固态电池则面临能量密度与成本折衷问题，20至40微米厚度的电池因其结构复杂性导致成本上升并可能使能量密度下降5%-10%，这对其实用化进程造成显著影响，
4.固态电池产业生态与发展策略透析
固态电池装机量呈现显著增长趋势，例如蔚来等公司已在车辆示范项目中应用，然而液态电池技术仍在市场上占据主导地位。无人机行业对电池技术有着极高要求，期望兼具高能量密度、高安全性能以及强大功率输出。
半固态电池在特定应用场景中展现出可行性，能够通过成熟技术提高安全性，市场规模庞大且有较大的发展空间。
5.揭秘固态电池未来发展动向
电池能量密度提升与材料选用策路:9系电池材料如钻石的理论容量高达220mA/g，通过负极材料性能跃升，从450-500mAg提升至1800mAg，理论上可以使电池能量密度从270-330Whkg提升至420Whkg。然而，在负极材料中增加石墨与硅的比例(8:2)时，体积膨胀问题突出，影响循环稳定性和耐用性，并带来更大的安全风险。
在正极材料与电池综合性能方面，采用高镍三元正极配合硅碳负极(掺杂比例20%)，理论上可实现360Whvkg的能量密度，但实现在高体积能量密度达850WhL的目标仍有待攻克。
硅碳负极材料在市场上的应用进展:目前，硅碳负极材料在能量密度450Whkg以下应用较为成熟，随着技术研发和市场需求的增长，预计500Whkg级别的硅碳负极将在无人机等小型动力系统中得到应用，现阶段650Whkg级别的应用相对较少
6.安全考量与固态电池技术前瞻
相较于液态电池，半固态电池在安全性上虽有所改进，但主要优化方向仍侧重于高密度、高倍率系统的安全性优化。值得注意的是，实验室研究成果与实际应用之间存在着转化鸿沟，部分新技术在现行国家标准检测下未能充分展现其安全优势。
宁德时代等领军企业在半固态电池技术研发方面积累了丰富经验，其技术路径旨在作为液态电池技术的自然延伸而非激进替代。
7.固态电池技术现况与未来趋势概览
固态电池核心技术竞争与行业动态:固态电池领域关键人才的流动可能影响技术整合和开发进度。尽管各家公司的技术积累都不容小觑，以青岛某公司为例，其在估值、资金实力和团队建设等方面表现稳健，但整个行业目前还未在能量密度上取得颠覆性的突破。
成本与能量密度间的矛盾:目前，半固态和全固态电池在追求更高能量密度的同时，面临因良品率低下而导致的成本增加问题，从液态电池过渡至半固态乃至全固态电池的过程中，技术转换成本预计将至少增长20%。
国家战路支持与企业战略布局:全固态电池获得了国家层面前所未有的重视和支持，包括宁德时代在内的头部企业正在进行重大布局。全固态电池技术已由实验室阶段迈向工程化，预示着未来几年内其发展步伐将会显著加快。
8.固态电池技术瓶颈与最新进展解析
固态电池离子电导率问题已得到显著缓解:现今硫化物固态电解质的离子电导率已经能够达到与传统波态电解液相当的高水平，实验数据表明此问题已不再构成主要技术碍。
固态电池负极膨胀问题解决方案渐趋明朗:通过改良粘合剂配方与生产工艺，有效地应对了体积膨胀问题，使其转变为更多工程技术层面的挑战，已有实验室成果和部分企业的产品样本验证了这一解决方案的有效性。
全固态电池技术在实验室环境和某些实际应用系统中取得了实质性进展，部分样品展现出高达1300-1500次循环的良好安全性能，适用于多种应用场景，国内外研发力度正在持续加大。
9.固态电池尖端技术详解
硅基负极材料关键技术突破:通过沉积工艺将硅沉积到多孔石墨载体上，有效解决了硅颗粒破裂的问题，从而提高了电池的循环稳定性，这项技术广泛适用于多代产品的开发。
硅含量与电池技术迭代:硅的含量随电池技术的进步在10%-18%区间内调整，不同的电极设计会影响最终能量密度与硅的实际使用量。
全固态电池技术路线图:硫化物基电解质已成为当前最为主流的技术发展方向，占据了全固态技术路线的95%以上份额，相比之下，氧化物体系虽然也在发展中，但仍需面对众多技术挑战。
Q&A
Q:关于固态电池中的电解质系统，特别是目前使用的李高利氯化物体系的性能如何?它能达到的离子导电率水平是多少?还有没有提升空间?
A:所谓的"LiFSI"氯化物体系，其实应该指的是某种氣化物体系。这个体系，类型属于全固态电解质之一，其中包括氧化物、聚合物、硫化物和氯化物四种主要类型。目前，氯化物电解质是由中科大的马晨教授领衔的团队开发。氯化物电解质的优势在于成本可控，初始的离子导电率约为1到3毫西门子每厘米，如果能够提升到4毫西门子每厘米，那将是一个相对较高的水平。在全固态电池系统中，离子迁移数达到1，意味着锂离子传输效率为百分之百，这比液态电池的2%到30%高出许多。最重要的因素之一是电解质的空气稳定性，如果稳定性好或者成本足够低，即使传导率不是最高的，也有较大的应用前景。
Q:电解质的用量一般是多少，它占正极材料重量的比例有多大?
A:对于氧化物电解质的混合包覆使用量来说，它是相当小的，一般不超过正极质量的1%。过多的使用会影响能量密度，并没有太多实际的好处，电解质的作用主要是提升正极的效能和稳定性、加速离子传输，并有助于提升低温性能。正确的用量应允许活性材料之间有充分的接触，以实现最佳的电化学性。
Q:在正极表面涂敷的电解质，其厚度大约是多少，对电池性能有哪些影响?
A:电解质膜通常以薄膜的形式存在，在正极表面的厚度理想情况下应控制在5微米以内。如果过厚会影响电池的能量密度。当前实验室级别的样品可能会有不同的厚度应用，之前有汇报是20到40微米，最新的说法约为10微米。电解质的用量和厚度需要针对具体的电池性能要求和成本效益来综合评估。
Q:全固态电池中使用20到40微米厚度电解质层是否领先?10微米厚度能否实现，并且保证电池的正常使用和耐久性?
A:如果全固态电池中的电解质层能达到20到45微米，那已经是相当领先的水平。如果还能做到10微米，那基本上处于前沿状态。当然，关键是在达到如此之薄的电解质层厚度后，要确保电池的正常使用、耐久性、循环能力和倍率性能是否合格。目前为止，全球尚无人能在保证这些性能的前提下实现10微米厚度的技术。
Q:制作这么薄的电解质膜面临哪些挑战?为什么目前很难实现?
A:薄电解质层的挑战包括必须确保无缺陷，如裂纹，因为任何小缺陷都可能在电池循环过程中被放大，导致短路和电池失效。此外，尝试制作极薄的电解质层还会遇到装配时的短路问题、以及长期循环后耐久性变差的风险。目前，全固态电池所面临的这些挑战是非常大的，做到这样的厚度更多只是技术展示，而非实际可用的产品。
Q:全固态电池与半固态电池相比，是否在能量密度和成本上存在优势?
A:半固态电池如果做到20到40微米的厚度，成本会很高且能量密度不理想。10微米的厚度即便实现，对电池的能量密度也有着至少5%到10%的负面影响。能量密度的轻微下降在整体上会有较大影响，例如原本300Whkg的能量密度，下降10%就会降至270Wh/kg。此外还会增加材料成本、加工成本并降低良率。因此，虽然全固态电池在理论上有很多优点，但在复杂度和成本效益上仍面临挑战，这些因素都不能单独考虑。
Q:去年12月固态电池装机量为0.4个吉瓦时，现在已经接近1.26个吉瓦时，请问现在使用这些电池的主要车型是哪些?他们使用的电池是否采用了密度和原位固化的技术?
A:蔚来汽车在一些车型上对固态电池进行了示范性应用，例如一个规划系列，预期将装在超过一万辆车上。目前固态电池的应用主要集中在无人机和小动力板块，此领域的利润率较高，尤其是商用无人机市场，目前受市场追捧。蔚来所使用的电池电信容量有270、300、310基至达到330千瓦时，电池的能量密度很高，但是用到的技术并非原位固化。他们核心技术并不公开，可能不涉及氧化电解质.(单品种电信容量可达330千瓦时，能量密度高，但核心技术并非原位固化)
Q:固态电池是否适用于最近热议的飞行汽车
A:飞行汽车和飞机对电池有三个主要难点:
首先，需要有很高的功率，尤其在起降阶段，要求起步3C，有些设计甚至达到15C;
其次，要有很高的能量密度，尤其是大型飞机;
最后，对安全性的要求极高。
目前，半固态电池技术在无人机等应用上满足这些要求，由于对成本的容忍度较高，可以利用混合氧化物电解质和其他液态电池安全技术提高安全性。市场体量巨大，有潜在的百亿甚至千亿级市场空间，因此，部分应用场景目前已经适用半固态电池，并且认为这方面有很大的发展空间。
(半固态电池适用于市场体量巨大的特定应用场景，有百亿千亿级市场空间)
Q:固态电池能量密度提高过程中，正负极材料将如何演变?
A:对于360瓦时每公斤以下，包括420瓦时每公斤的能量密度，低石墨电极可以基本满足要求，当能量密度从270开始往上提升时，演变最大的是钴酸锂(NCM)电极，它会随着能量密度的上升而改进。比如采用9系的NCM电极，能量密度能达到一个较高水平。
负极材料方面，如果采用450到500毫安时/克的硅碳负极，我们能达到270到330瓦时每公斤的能量密度;如果从500提升到1000毫安时/克或更高，理论上能到达400瓦时每公斤，并最高可能推至420瓦时每公斤。但负极材料对能量密度提升的潜力有限，最多能勉强达到420瓦时每公斤。
需要注意的是，硅质量能量密度上升同时会号致体积膨胀问题加剧，影响循环稳定性和耐久性，这对安全性是一个挑战。
Q:在达到360瓦时每公斤能量密度的固态电池中，负极材料硅需要掺杂多少比例?其容量如何?
A:对于这种电池，硅碳负极通常会掺杂20%左右，容量大约为650毫安时/克。这个数据会受到厚电极技术等因素的影响，可能需要技术进步来进一步增加。所以可能在650毫安时/克左右，有可能会再有少许降低。
Q:目前在固态电池方面有哪些主要的供应商?他们的技术水平如何?
A:技术方面，男生和AVIAV做得比较好，都已经在进行相关生产。至于具体供应商，如贝贝或元力股份等，具体的技术和产品水平需要详细了解后才能评估。北京股份的情况我不太清楚，没有具体了解过他们的材料，也没有拿到过他们的样品。
Q:固态电池与液态电池在安全性上有何优势，特别是在碰撞和起火方面?另外，目前半固态电池的研发和应用情况怎样
A:目前半固态电池在安全性方面与波态电池相比，没有展现出显著的差异。主要是因为目前大多数的研究针对的是三元高密度体系，其结果与液态电池相似。半固态电池想要解决的是提升热稳定性和防爆炸性。尽管三元材料比铁锂要活跃，半固态的前沿技术可以在某些条件下，展现出明显的优势，如在增持和气候方面比液态有显著的优势，能达到中等的水平，虽然离铁理还有差距，但基本上满足了供应链的需求。目前，不少研究仍然停留在小试和中试阶段，还未实现产品化。国家的标准不再强制要求通过百分之百监测实验，然而对于整车厂和下游客户特别是对安全性要求高的，还是会采取谨慎态度，并且验证周期较长。
Q:宁德时代在半固态电池方面的进度和态度如何?
A:宁德时代拥有丰富的技术储备，不论是半固态还是液态电池技术。他们视其为液态电子技术的延伸，在一些产品上已经有了应用和成熟的技术储备。通过这些技术，虽然安全性可能没有大幅提升，但是其他方面如循环稳定性可以获得大幅度提升，以及良好的稳定性保持。这些技术储备已经在产品中体现，对宁德新技术的应用是一种技术上的延伸与优化，而不是一种赌注
Q:赣锋锂业当前的业务经营情况如何?
A:对赣锋锂业的具体情况没有进行详细回答，因此无法提供完整的回答
Q:目前国内有关固态电池技术积累的情况如何?
A:国内在固态电池技术方面的积累还有很多，特别是一些资深专家和团队。例如，徐小琼是国内非常资深的固态电池专家之一。团队调整和技术积累是推动技术进步的关键因素。但团队一致性、整合以及高速发展环境下的管理是最大的挑战。目前所有团队都在尝试如何在不牺牲成本性能和安全性的前提下，推广270到330瓦时每公斤的能量密度，这是一个难点，也是推动固态电池广泛应用的关键。
Q:各家公司在固态电池技术层面的排名情况如何?
A:各家公司技术水平相差并不大，运营较好的公司如清陶，他们在估值、资金状况和人员结构方面处于健康状态。所有公司都在努力突破技术难关，目前尚未有大的突破。固态电池市场的广泛布局还处于不太明朗的状态。大家目前都在怎么把能量密度提升到270到360瓦时每公斤，并让它大面积推广这一方面都还没有实现突破。这个点非常关键，难以实现成本性能和安全性的平衡。
Q:半固态电池的成本情况如何?将来能否与液态电池持平?
A:根据之前的算法，半固态电池的成本有可能和液态电池持平，因为能量密度有所提升。但由于良率问题，实际上的成本可能比理论值提高了至少20%左右。不过如果良率问题解决，其成本甚至有可能低于液态电池。
Q:目前全固态电池的研究和开发情况如何?
从技术层面来看，全固态电池正在从实验室阶段进入工程化阶段，各种联盟和项目推动下，全固态推进节奏在未来会非常快。国家层面的关注和投入对全固态电池的发展起到了重要推动作用。目前整体趋势是，虽然之前有些公开的指标显得很高，但实际应用中大部分还是在240瓦时每公斤左右，300瓦时每公斤还没有大面积使用。全固态电池预计未来发展会非常迅速。
Q:全固态电池中存在的离子电导率较低和固态接触不良的问题，目前有何解决方法?
A:关于离子电导率问题，全固态电池的离子电导率已经不是主要问题，因为当前硫化物固态电解质能够达到与传统电解液相近甚至更高的离子电导率，对于固态接触不良的问题，与活性材料发生反应生成的不良反应物阻碍了离子传导，目前的解决方案是在电解质层和正极层都做一层包覆，这样有效避免了不良接触。
Q:关于全固态电池接触面积减少导致的电导率降低的问题，以及硅负极膨胀后和电解质脱离的问题，目前存在哪些解决方法?
A:对于硅负极膨胀和接触面积减少的问题，目前有几种方法正在被应用，包括使用粘接剂以保持材料间的良好接触，通过改进粘接剂技术，已能够解决这个问题，并使电池维持1000到1500个充放电循环，满足现有的应用场景。
此外，通过改进制造工艺，应对活性材料的膨胀和收缩，确保硫化物电解质与活性材料保持良好的接触。加压技术也是一种可行的解决方案，工艺上可接受的加压水平约为5公斤/平方厘米。随着工艺和粘接剂技术的发展，这些成为工程问题而非科学问题，即通过工程优化来解决全固态电池的挑战。实验室样本已有一定成功案例，期待未来有更多进展。目前这些方法的改进持续在进行中，表现出实验室和小规模生产中能达到较高的充放电循环次数。
Q:硅含量较高时可能需要加压，硅含量大约有多少?还有使用CVD技术生成硅碳负极的方法，请问有哪些特点?
A:对于硅含量较高的固态电池，确实可能需要通过加压来保证与电解质的良好接触。加压工艺可以保证电子接触的持久性，尽管具体的硅含量没有给出明确数值。CVD技术用于制备硅碳负极，它可以提高材料的结合和均匀分布，这对防止材料在循环中膨胀导致接触不良至关重要。这种方法也是减少硅负极体积膨胀问题的一种策略，而且能够优化电池的能量密度和循环稳定性。
Q:固态电池在硅负极材料技术方面存在哪些主要挑战和解决方向?
A:硅负极材料在电池中的主要问题是体积膨胀。传统上，硅负极的体积膨胀导致材料破碎，从而失去功能。但通过将硅沉积到石墨孔中，可以限制硅的膨胀，电池的循环稳定性得到提升。尽管这一技术可以提升一代、二代和三代电池的性能，但二代和三代电池因为高容量需求，可能不会有足够的孔来容纳硅，所以这些问题是否能彻底解决仍待观察。关键是要保持硅在膨胀过程中的完整形态，若解决了这一问题，则各种技术都有可能被应用。
Q:未来电池技术在硅含量方面有何预期?在不同电池技术体系中，硅的使用量会有怎样的变化?
A:对于含硅的电池体系，基本预期是硅含量至少为10%。例如，在有一个高容量达到450毫安时的电池体系中，硅含量甚至可能高达500。所使用的硅含量比例(如10%、15%或18%)取决于电池的整体技术水平。如果技术允许电极较厚，且能保持良好的循环稳定性，那么相对于非活性材料使用量可以减少，电池能量密度可以提高。同时，如果电池采用了低保液技术，即使用较少的电解液仍能保证电池良好运行，那么非活性材料的使用量会更少，能量密度也会相应提高。所以，硅的内容预计在10%到18%之间变化，具体取决于电池技术的平衡和电解体系。
Q:目前全固态电池的技术路线有哪些，您认为哪些路线更有优势?
A:目前，全固态电池主要采用硫化物为主要方向。虽然聚合物电池存在安全性提升不明显、离子迁移率不高等问题，但目前仍主要在学术层面探索，没有在产业层面取得突破。氧化物电池尽管在导电方面有一定的优势，但是难以解决界面问题，特别是在膨胀时无法保持良好的接触。
目前氧化物电池大多采用半固态方案，即增加一些液态成分以改善性能。而鉴于氧化物基底半固态不易散热，现在较少有固态化的做法。
在硫化物和氯化物的结合路线方面，硫化物电池技术占据了95%以上的市场份额.因此，硫化物或其与氯化物结合的技术路线，目前看来更具优势
而半固态电池的3个技术路线中，最有希望落地的是氧化物固体电解质（Oxide solid electrolyte）路线。同时我们最终确认材料上新增了两个关键的物质：LiTFSI（双三氟甲基磺酰亚胺，“锂盐”的一种）和LLZTO（锂镧锆氧粉体），从数据上来看，1Gwh半固态电池LiTFSI的用量为214吨，LLZTO的用量为43吨。
全球核电和新能源领域景气度持续高涨，清洁能源有望成为拉动锆需求的重要力量，我们预计到2025/2030年清洁能源对锆需求量的占比有望达到5%/20%。随着固态电池大规模商业化预计将至，我们认为锆已经站在新能源技术转型的关键节点，将充分受益于固态电池产业化提速带来的爆发式需求增长，相关企业有望提前获得超额收益。
固态电池现在两大派系清陶和卫蓝
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