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固態電池專題研究報告:下一代高性能鋰電池

鋰電聯盟會長 ? 來源:鋰電聯盟會長 ? 2023-03-20 10:07 ? 次閱讀

第一章、固態電池是新一代高性能鋰電池候選者

1.1 百尺竿頭更進一步,固態電池前景廣闊

固態電池有望成為新一代高性能鋰電池候選者。傳統的液態鋰電池具有一定的缺陷。

1)傳 統液態鋰離子電池的安全性有上限。有機易燃電解液在劇烈的撞擊等條件下會引起一定的安 全隱患,且液態電池隔膜的耐熱極限約為 160 度,超過此溫度后聚合物會轉化為流動態, 導致正負極直接短路。

2)當前液態鋰電池的材料體系逐漸達到上限。當前液態鋰電池能量 密度上限約為 350Wh/kg,目前基于氧化物正極與石墨負極的傳統鋰離子電池的能量密度越 來越接近其理論上限。固態電池是一種使用固體電極和固體電解質的電池。 固態電池可以極大緩解液態電池的問題。可以搭配高比能材料,大幅減重,能量密度提升, 能量密度有望達到 500Wh/kg 甚至更高。在安全性方面,固態電池具有高強度、高電化學穩 定性以及高燃點。在工信部裝備工業司對《中國制造 2025》的解釋中也明確提出了“建立 和健全富鋰層氧化物正極材料/硅基合金體系鋰離子電池、全固態鋰離子電池、金屬空氣電 池、鋰硫電池等下一代鋰離動力電池和新體系動力電池的產業鏈”。

固態電池分為半固態、準固態、全固態三種類型。半固態(Half solid)液體電解質質量百 分比

g),而固態電池能量密度有望達到 500Wh/kg 甚至更高。2、高安全性:固態電 池將液態電解質替換為固態電解質,大大降低了電池熱失控的風險。熱穩定性通常指聚合物 抵抗熱分解的能力,不同成分的固態電解質耐熱極限差異較大(400 度-1800 度不等),但 均顯著高于液態電池不超過 60 度的最高工作溫度。半固態、準固態電池仍存在一定的可燃 風險,但安全性優于液態鋰電池。很多無機固體電解質材料不可燃(如氧化物固態電解質熱穩定性高達 1000 度)、無腐蝕、不揮發且不存在漏液問題。

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全固態電池的投用尚需時日,半固態電池是由液態電池向全固態電池過渡的中間方案。全 固態電池具有能量密度高、安全性能好的優勢,但是現在實施全固態電池會遇到很大的阻礙, 主要包括以下三個方面:

1)固-固界面接觸導致電池內阻較大;

2)離子電導率不高,現有 的固態電解質導電率相較液態電解質低 1-2 個數量級;

3)當前由于未產業化,全固態電解 質成本較高。

半固態電池是向全固態電池過渡的中間方案,1)半固態電池保留一定量電解液,循環性能 及倍率性能優于全固態電池;2)半固態電池電極材料浸潤在電解液中,可以改善固態電池 導電率低的問題;3)半固態電池目前成本比傳統鋰電池略高,相較全固態電池處于較低位 置。

1.2 固態電池三種路線,各有優劣

聚合物、氧化物、硫化物是固態電池主流的路線,三種路線各有優劣。對于固態電池來說, 其電池正極的材料與路線和液態鋰電池并沒有很大的區別,不同的技術路線主要由不同的電 解質進行區分。按照電解質不同,固態電池路徑可分為三類:聚合物、氧化物(薄膜或非薄 膜)、硫化物,三大體系各有優劣。

1、聚合物:聚合物的優點是易加工,與現有的液態電解液的生產設備、工藝都比較兼容, 機械性能好。其缺點 1)電導率太低,需要加熱到 60 度高溫才能正常工作;2)穩定性較差, 不能適配高電壓的正極材料,且在高溫下也會發生起火燃燒的現象;3)電化學窗口窄,電 位差太大時(》4V)電解質易被電解。

2、硫化物:電導率最高,并且電化學穩定窗口較寬(5V 以上),最具有發展潛力。其缺點 主要為 1)熱動力穩定性較差,熱反應起始溫度范圍為 400?500°C;2)制備工藝比較復雜, 且容易與空氣中的水、氧氣反應產生硫化氫劇毒氣體。

3、氧化物:具有較好的導電性和穩定性,離子電導率比聚合物更高,熱穩定性高達 1000 度,機械穩定性和電化學穩定性非常好。其缺點為 1)相對于硫化物電導率偏低;2)存在 剛性界面接觸問題。

在性能方面,氧化物電解質各方面性能較為均衡,其他類型固態電解質普遍存在性能短板。 氧化物電解質的還原穩定性、氧化穩定性、熱穩定性等性能指標都較為優秀;硫化物電解質 的化學穩定性較差,易發生反應;聚合物電解質的鋰離子遷移數、氧化穩定性等性能都亟待 提升。

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廠商布局技術路線各有不同,國內廠商側重氧化物固態電解質。氧化物體系因研發成本和 難度相對較低,較多新進廠商和國內企業選擇這一路線,也有望在半固態池中實現規模化上 車。目前,中國幾家頭部固態電池公司如北京衛藍、江蘇清陶、寧波鋒鋰、臺灣輝能,都是 以氧化物材料為基礎的固液混合技術路線為主。從長遠的角度來看,硫化物固態電解質雖然 研發難度高,但因其優異的性能和較大的潛力吸引實力和資本雄厚的電池企業不斷投入研發, 諸多巨頭(豐田、LG、松下等)選擇其為主要技術路徑,頭部企業已有十幾年的技術積累, 一旦實現突破將形成高技術壁壘。

1.3 技術和成本,固態電池的難題

當前固態電池的廣泛運用還存在難題,主要包括固態電解質在室溫條件下的離子電導率不高、 固態電解質與正負極之間界面阻抗比較大、全固態電解質成本較高等問題。 固-固界面接觸導致內阻較大,離子電導率不高,影響電池性能。固體電解質存在大量的晶 界,晶界電阻不利于鋰離子輸運。同時,固態鋰電池中電極與電解質之間的界面由固液界面 轉變為固固界面(濕潤性較差),具有更高的接觸電阻,難以保持長期穩定的接觸,電池內 阻較大。

目前固態電池的成本高于傳統鋰離子電池,且產品良率較低。根據 Schnell, Joscha 等人 2020 年在《Energy Technology》上發表文章的測算,在使用金屬鋰負極之前,以硫化物作 為電解質、以石墨作為負極的固態電池成本為 158.8$KWh-1,使用石墨負極的傳統鋰電池總 成本為 118.7$KWh-1。另外,目前半固態電池的產品良率較低,實際上總成本相對較高。

第二章、固態電池給現有電池產業鏈帶來的變化

2.1 生產工藝情況

半固態鋰電池制備工藝流程可兼容傳統鋰電池生產工藝。半固態電池可以最大程度兼容現 有工藝、設備及材料,具備快速落地的可能。衛藍新能源半固態電池之所以能快速推向市場, 就是因為盡可能地借用現有液態電池裝備和工藝,其中僅有 10%-20%的工藝設備要求不同, 主要包括固態電解質膜引入、原位固化工藝、負極一體化工藝等。

全固態鋰電池與傳統鋰離子電池生產工藝有一定區別。目前主流的電池制備工藝有疊片工 藝和卷繞工藝,全固態鋰電池對現有電池制備工藝可以部分兼容,但在部分環節也需要進行 一定的調整。

1)正、負極材料的制備可以兼容液態鋰電池的現有工藝流程,電極極片制備保持現有工藝不變;2)電解質溶液采用溶膠-凝膠混合物,需要烘烤蒸發溶劑,得到固體電 解質薄膜,需要增加電解質涂覆、紫外照射烘烤工藝;3)由于沒有電解液,不需要注液工 序;4、)如果采用硫化物固態電解質路線,由于硫化物電解質易與水分、氧氣發生反應,對 生產環境要求較高,最好能在充滿惰性氣體的全封閉室內進行生產。

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2.2 材料體系變化

半固態電池對現有材料體系沖擊較小。1)正極材料方面:目前現有的磷酸鐵鋰、錳酸鋰、 鈷酸鋰、三元 NCM 等正極材料仍可延續使用;2)負極材料方面:目前主流的石墨系、以 及未來的硅碳系均可使用,由于半固態電池中仍然存在一定量的液態電解質,所以鋰金屬負 極目前尚不適用;3)電解液方面:目前仍需要少量的有機溶劑浸漬,現有主流的鋰鹽 LiPF6 以及 LiTFSI、LiFSI 等新型鋰鹽仍然需要添加;4)隔膜方面:由于半固態電池中仍然存在 一定量的液態電解質,仍然需要隔膜隔絕正負極防止短路,而且在一些情況下隔膜仍然要被 用作骨架支撐,但是對隔膜的技術要求可能會發生變化。 全固態電池或將對傳統液態電池四大材料體系造成較大的沖擊。正極材料未來更可能使用 高比能材料;負極材料中金屬鋰有望應用;電解質體系中液態溶劑將被完全取代;隔膜將被逐步替代。

1、正極材料體系:目前市場主流的磷酸鐵鋰、NCM811、NCA 等正極體系理論上均可用于 全固態鋰電池。后期可能開發高鎳層狀氧化物、富鋰錳基正極等。

2、負極材料體系:由于固體電解質具備致密性和高穩定性,以及足夠高的機械強度,能夠 有效阻擋鋰枝晶的穿透,能量密度更高的金屬鋰負極有望應用。

3、電解質體系:全固態電池中,液態電解質將被完全取代。固態電解質是全固態鋰電池的 核心部件,其進展直接影響全固態鋰電池產業化的進程,目前固態電解質的研究重要集中在 聚合物、氧化物和硫化物三類。

1)聚合物固態電解質,由聚合物基體(如聚酯、聚醚和聚胺等)和鋰鹽(如 LiClO4、LiAsF6、 LiPF6 等)構成,自從 1973 年 WRIGHTPV 在堿金屬鹽復合物中發現離子導電性后,聚合 物材料由于其質量較輕、彈性較好、機械加工性能優良的固態電化學特性而受到廣泛關注。 它也是最早實現實際應用的固體電解質,早在 2011 年法國公司博洛雷就開始向巴黎投送 Autolib 電動汽車,該車就是采用基于聚合物固態電解質的全固態鋰電池系統。

2)氧化物固態電解質,按照物質結構可以分為晶態和非晶態兩類,其中晶態電解質包括鈣 鈦礦型、反鈣鈦礦型、石榴石型、NASICON 型、LISICON 型等,非晶態氧化物的研究熱點 是用在薄膜電池中的 LiPON 型電解質和部分晶化的非晶態材料。 鋰鑭鋯氧有望成為主要的氧化物固態電解質。

氧化物固態電解質是目前的主流技術應用最為 廣泛的有以下三種:1)鈣鈦礦型:代表材料為 LLTO(鋰鑭鈦氧,Li0.33La0.56TiO3);2)石 榴石型:代表材料為 LLZO (鋰鑭鋯氧, Li7La3Zr2O12);3)NASICON 型:代表材料為 LATP (磷酸鈦鋁鋰,Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3)。氧化物固態電解質材料中 LLZO 離子電導率最高,能 夠達到 10-3。因此我們認為,在固態電池產業化的過程中, LLZO 有望成為主要的固態電 解質的選擇。 3)硫化物固體電解質,由氧化物固體電解質衍生而來,電解質的氧化物機體中氧元素被硫 元素所取代。硫化物晶態固體電解質最為典型的是 Thio-LISICON,由東京工業大學 KANNO 教授最先在 Li2S-GeS2-P2S 體系中發現,室溫離子電導率最高達 2.2x10-3S/cm,且電子電 導率可忽略。電解液的離子電導率約為 10-2 S/cm,硫化物電解質的電導率有所接近。硫化 物玻璃固體電解質通常由 P2S5、SiS2、B2S3等網絡形成體以及網絡改性體 Li2S 組成,體系 主要包括 Li2S-P2S5、Li2S-SiS2、Li2S-B2S3。組成變化范圍寬,室溫離子電導率高,同時具 有熱穩定高、安全性能好、電化學穩定窗口寬的特點,在高功率以及高低溫固態電池方面優 勢突出,是具備潛力的固態電池電解質材料。 4、隔膜:隔膜的功能是隔絕鋰電池正負極材料,防止電池短路。固體電解質具備電子絕緣 性和離子導電性,可以逐步替代現有體系下的隔膜。

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第三章、固態電池的產業化之路

3.1 產業發展,政策先行

政策的推動促進固態電池產業的發展。1)《中國制造 2025》提出,2025 年電池能量密度達 到 400Wh/kg,2030 年電池能量密度達到 500Wh/kg;《汽車產業中長期發展規劃》提出, 2025 年動力電池系統比能量達到 350Wh/kg。固態電池體系符合未來高能量密度趨勢。2) 《新能源汽車產業發展規劃(2021—2035 年)》、《工業和信息化部等六部門關于推動能源 電子產業發展的指導意見》都明確提出加快固態電池的研發應用,我們認為,大量相關政策 的出臺將會對固態電池的發展產生積極影響,推動其產業化進程。

3.2 固態電池科研成果突飛猛進

2014 年后國內固態電池相關專利申請數量大幅上升。從國家知識產權局“高級檢索”欄目 以“固態電池”為關鍵詞進行查找,共出現 1358 項專利。近十年,國內關于固態電池的專 利申請保持上升勢頭,年均復合增長率高達 40.74%,從 2013 年的 10 項專利申請到 2021 年的 305 項專利申請,2014 年之后國內固態電池相關專利申請量占總申請量的 96.8%。

國內固態電池專利申請在數量上與國外有所差距。1)國內情況:根據前文從國家知識產權 局的查詢,國內固態電池相關專利申請前十名的申請人有四家是中國本土企業,韓國五家, 日本一家,其中韓國的現代自動車株式會社以 59 項專利成為國內固態電池相關專利申請第一。2)全球情況:根據日本經濟新聞與專利調查公司 Patent Result 合作進行的一項調查, 從 2000 年至 2022 年 3 月為止全球已公開的固態電池專利件數中,第一名是握有 1331 件 專利的豐田汽車,第二名的 Panasonic HD 則有 445 件,第三名出光興產則有 272 件。日 本企業獨占前三名,十強中有六家是日本企業,其余則皆韓國企業。

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大批科研團隊投入對固態電池相關領域的研究,通過與相關企業合作或自行成立公司的方 式推動固態電池的產業化進程,做到產學研結合。1)國內鋰電池產業鏈上的優秀企業也紛 紛開展自主研發或者與科研團隊合作,促進固態電池的投產,如許曉雄與贛鋒鋰業合作、張 濤與上海洗霸合作等。2)還有一些科研團隊利用研發出來的先進技術成立了自己的公司, 推動固態電池的產業化進程,其中的典型代表就是陳立泉、李泓團隊創立衛藍新能源,以及 南策文團隊創立清陶能源。

3.3 產能擴張迅猛,產業化加速

目前國內外眾多企業加速推進固態電池產業化進程。國內眾多企業開始投入固態電池相關研 究,主要可以分為以下三種類型:1)將固態電池的研發與產業化作為主營業務的企業,典 型代表如衛藍新能源、清陶能源等;2)原傳統鋰離子電池產業鏈上企業進軍固態電池相關 業務,典型代表如贛鋒鋰業、比亞迪、寧德時代等企業;3)主營業務與固態電池差距較大、 看好固態電池的發展前景從而通過技術合作等多種方式開拓相關業務的企業,典型代表如上 海洗霸(原先業務為水處理業務)、金龍羽(原先業務為線纜業務)、高樂股份(原先業務為 玩具和互聯網教育)等。

大量車企宣布半固態電池預計搭載時間,半固態電池產業化即將到來。當前,已有大量下 游車企宣布了半固態電池的預計搭載時間,主要集中于 2024-2025 年,屆時有望迎來半固 態電池的產業化浪潮。

1、東風:2018 年起,東風公司成立固態電池項目組,開展固態電池、固態電池系統技術研 究。2019 年 7 月,第一代固態電池系統開發完成。2020 年 6 月,成功開發第一代固態電池 系統的整車。2022 年 1 月,由東風公司與贛鋒鋰業合作開發高比能固態電池成功在東風 E70 搭載。截至 2022 年 12 月,東風公司已完成小批量固態電池整車開發、試制及運營,50 臺 搭載固態電池的東風風神 E70 已開展示范運營,運營里程超 50 萬公里。2022 年 12 月 30 日到 2023 年 1 月 8 日舉行的廣州車展上,東風汽車表示,目前正在研發第二代固態電池, 預計將在 2024 年上半年實現量產搭載,屆時整車續航里程可達 1000 公里以上。

2、蔚來:2023 年 2 月,蔚來聯合創始人、總裁秦力洪表示,蔚來 150kWh 電池包預計 2023 年暑期上線。蔚來 150kWh 固態電池于 2021 年初發布,從固液電解質、負極、正極材料到 制造工藝,進行全面創新,突破了原位固化,高性能硅碳負極和納米級包覆、超高鎳正極等 多項核心技術,實現 360Wh/kg 的超高能量密度。全新的蔚來 ES8 續航可達到 850km,ES6 續航可達到 900km,而 ET7 續航里程突破 1000km。

3、賽力斯:賽力斯董事長張正萍在布魯塞爾車展上表示,賽力斯旗下 SERES 5 純電版車 型將分別搭載 90kWh 半固態電池和 80kWh 磷酸鐵鋰電池,最大續航里程 530km,并于 2023 年 3 月開啟交付,進軍歐洲市場。2 月 7 日,贛鋒鋰業控股子公司贛鋒鋰電在其官方微信公 眾號上宣布,搭載贛鋒鋰電三元固液混合鋰離子電池的純電動 SUV 賽力斯-SERES-5 規劃 于 2023 年上市。

第四章、產業鏈重點公司

4.1 衛藍新能源

衛藍新能源專注于固態電池領域。北京衛藍新能源科技有限公司成立于 2016 年,是一家專 注于全固態鋰電池研發與生產、擁有系列核心專利與技術的國家高新技術企業,是中國科學 院物理研究所清潔能源實驗室固態電池技術的唯一產業化平臺。公司由中國工程院院士陳立 泉、中科院物理所研究員李泓、原北汽新能源總工俞會根共同發起創辦,在北京房山、江蘇 溧陽、浙江湖州和山東淄博擁有 4 大生產基地。

公司是國家高新技術企業,有雄厚的技術背景,大量國家專利。1)陳立泉為中國工程院院 士,2004 年至今任中國硅酸鹽學會副理事長。曾獲國家自然科學獎一等獎,2007 年獲國際 電池材料協會終身成就獎。2)李泓為中國科學院物理研究所研究員,北京市科委固態電池 重點項目、國家自然科學基金委固態電池重點項目負責人。3)公司已申請國家專利 400 余 項,授權 100 余項。目前,衛藍新能源已經開發了 150Wh/kg 的針對大規模儲能的本質安 全的固液混合儲能電池、270Wh/kg 針對無人機的高比能混合固液電池、300Wh/kg 混合固 液的動力電池。

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公司產品系列豐富。衛藍新能源目前擁有 22Ah、23Ah、27Ah、30Ah 四種固態鋰離子電芯 產品,以及 7 種不同規格的固態鋰離子電池包。其中 16000mAh 的 6S 鋰離子固態電池包 主要運用于巡檢、安防、攝影航拍等功率需求時間長、倍率要求小的行業,22000mAh 的 6S 鋰離子固態電池包主要運用于植保無人機、智能機器人、醫療設施設備等領域。

公司具有較為明確的固態電池產能規劃。1)溧陽:2020 年 7 月,溧陽 1 億瓦時固態電池 產線投產。2)湖州:2022 年 11 月 22 日,衛藍湖州基地第一顆半固態動力電芯正式下線, 同日,總投資 139 億元的年產 20GWh 固態電池項目在湖州順利簽約。3)淄博:2022 年 2 月,公司在山東淄博 100GWh 固態鋰電池項目正式開工,總投資 400 億元,其中一期投資 102 億元,年產混合固液電解質電池和全固態電池 20GWh。 公司與蔚來汽車深度合作。2021 年 7 月至 2022 年 3 月,蔚來高級副總裁曾澍湘出任衛藍 新能源董事。2022 年 3 月 27 日,在中國電動汽車百人會論壇上,衛藍新能源首席科學家、創始人李泓透露,衛藍新能源正在與蔚來汽車合作。蔚來聯合創始人、總裁秦力洪表示,蔚 來 150kWh 電池包預計 2023 年暑期上線。

4.2 贛鋒鋰業(有色)

公司利用自身優勢,積極布局固態電池領域。自 2016 年以來,贛鋒鋰業結合自身在電池產 業鏈中積累的各方面優勢,斥巨資提前進行固態電池布局。

公司重視固態電池相關技術研發,與中科院寧波所深度合作,聘請許曉雄博士為公司董事、 首席科學家。2016 年,公司成立固態電池研發中心,并建設全自動聚合物鋰電池生產線, 兼顧固態技術的研發和商業化。2017 年,許曉雄博士擔任公司首席科學家(許曉雄博士是 科技部“十二五”新能源領域“全固態鋰離子儲能電池”項目負責人)。 公司重視固態電池產品的持續研發與性能提升。贛鋒鋰業第一代混合固液電解質電池產品采 用 NCM 三元正極材料體系,能量密度達 235-280Wh/kg。第二代固態鋰電池采用高鎳三元 正極、固態隔膜和含金屬鋰負極材料,能量密度已經超過 350Wh/kg,循環壽命接近 400 次。 另外,能量密度超過 420Wh/kg 的金屬鋰負極的固態電芯已在特殊領域開始應用。

公司固態電池相關產能加速擴張。隨著公司在第一代、第二代固態電池技術方面趨于成熟, 2022 年開始,公司加大了在固態電池領域的投資。目前,公司已建成以及擬建設固態電池 產能如下:1)江西新余生產基地 2GWh 固態電池產能;2)重慶兩江新區的重慶贛鋒鋰電 科技有限公司年產 20GWh 新型鋰電池研發及生產基地項目,產品包括第二代固態鋰電池; 3)2023 年 1 月,贛鋒鋰電與重慶市涪陵區人民政府、三峽水利、東方鑫源共同簽署投資協 議,由贛鋒鋰電控股,在重慶市涪陵高新區投資建設年產 24GWh 動力電池項目,產品規劃 包括固態電池;4)2023 年 1 月,公司在東莞市投資建設年產 10GWh 新型鋰電池及儲能總 部項目,產品包括半固態電芯。 公司與下游車企深度合作,推動固態電池產業化。公司與多家車企達成戰略合作協議,共同 開發固態電池,推動固態電池裝車運行。2019 年 4 月,公司與德國大眾簽訂了戰略合作備 忘錄,在電池回收和固態電池等未來議題上進行合作。2022 年 1 月,首批搭載贛鋒固態電 池的東風 E70 電動車正式完成交付。2022 年 8 月,公司與廣汽埃安簽署戰略合作協議,廣 汽埃安支持贛鋒鋰電在新型電池領域(如固態電池)開發工作,優先引入贛鋒鋰電新型電池方案。2023 年 2 月,贛鋒鋰電宣布公司與賽力斯集團將圍繞固態電池裝車應用展開深度合 作,搭載贛鋒鋰電三元固液混合鋰離子電池的純電動 SUV 賽力斯-SERES-5 計劃于 2023 年上市。

4.3 清陶能源

清陶能源是由南策文院士創立的固態電池企業,技術在國內處于領先水平。清陶能源成立 于 2016 年,由中科院院士、清華大學教授南策文團隊領銜創辦,公司率先實現了固態鋰電 池的產業化,建有固態動力鋰電池規模化量產線。公司目前已申請國家專利 400 多項,獲 得授權近 300 項。

公司具有多元產品結構。公司的產品不僅包括固態鋰電池,還包括許多相關的材料和設備。 1)固態鋰電池:主要包括各種規格的電芯產品,兩款電動汽車動力電池電芯 Long VDA 電 芯和 Short VDA 電芯循環壽命均突破 2000 次;動力電池產品,涵蓋 590、390、355 等多 個模組;不同用途的數碼電池產品(如消費電子類和通信電子類);特種儲能產品。2)新材 料:主要包括固態電解質材料(分為氧化物固態電解質粉體和復合固態電解質膜);復合隔 膜材料,包括納米陶瓷纖維膜、離子導體膜、陶瓷顆粒膜等多種產品;凹土新材料。3)自 動化設備:主要包括鋰電池自動化設備(主要為各種涂布機);非標定制化設備。 目前,清陶能源已經研發生產出三代電池。第一代半固態電池在已經量產的基礎上持續優化,360Wh/kg 車規級半固態電池產品循環壽命超過 1200 次,300Wh/kg 車規級 4C 快充固態電 池項目完成客戶驗收,240Wh/kg 半固態電池產品循環壽命超過 5000 次。第二代固態電池 產品能量密度可達 400-500Wh/kg,已進入中試準備階段。第三段全固態電池產品能量密度 >500Wh/kg,正在全力推進突破工藝設備創新,完成可量產性及可靠性論證。

公司深入各個領域進行市場開拓。2020 年 7 月,搭載清陶固態電池系統的純電動樣車在北 汽新能源完成調試,成功下線,這是國內首次公開的可行駛的固態電池樣車。2022 年 7 月, 公司與上汽集團共建“固態電池聯合實驗室”,并已在魔方電池系統匹配、輕量化節能降耗、 動力電池及系統安全評價等方面形成創新成果。2022 年 11 月,與北汽福田聯合開發的首套 量產商用車固態電池系統完成調試、正式下線。2022 年 8-12 月,清陶能源固態能量艙產品 成功交付昆山市第一人民醫院新院區(昆山東部醫療中心)和蘇州昆山奧體中心(昆山足球 場)項目等。

公司在固態電池相關產能布局方面擴張加速。根據我們統計,目前公司固態電池已建、在建 和擬建的產能合計達到 35GWh。1)江西宜春年產 10GWh 固態鋰電池生產基地:總投資 55 億元,項目一期投資 5.5 億元,建設年產 1GWh 固態鋰電池生產基地,已于 2020 年 7 月投產;二期將進一步增加投資,擴大產能,目前項目正在建設中。2)江蘇昆山 10GWh 固態動力電池項目:主要面向新能源汽車領域,總投資 50 億元,2022 年 2 月開工建設, 預計 2023 年 5 月完成土建施工,2023 年年內投產。3)四川成都年產 15GWh 動力固態電池儲能產業基地項目:2023 年 2 月 14 日,在“投資四川·成都都市圈全球投資推介會”上, 清陶能源動力固態電池儲能產業基地正式簽約落地成都郫都區,項目計劃投資 100 億元, 分兩期建設,首條生產線設計產能 1GWh,目前正在調試,預計近期首批半固態電池將在郫 都工廠正式下線。

4.4 上海洗霸

上海洗霸核心業務包括水處理技術整體解決方案;全場景消毒與凈化健康服務;氣候科學技 術研究與開發。上海洗霸與中科院系統、985 著名高校科學家團隊積極拓展第二業務曲線, 包括鋰離子固態電池粉體及儲能電池制造工藝、介孔碳、硅碳負極、鈉離子電池負極等新能 源、新材料、新工藝領域。 公司鋰離子固態電池項目近期取得積極進展。2023 年 1 月 17 日,公司發布 2023 年度非公 開發行股票預案,將投入 4.7 億元募集資金用于生產基地建設項目,1.3 億元募集資金用于 研發基地建設項目,生產基地建設內容包含固態電池電解質廠房,研發基地未來研發方向包 括新材料領域。2023 年 1 月 28 日,公司官網公告,公司與中國科學院硅酸鹽所張濤研究 員團隊合作建設的鋰離子電池固態電解質粉體先進材料噸級至拾噸級工業化標準產線已于 本月中旬一次性試產成功,產品經硅酸鹽所測試,各項指標均達到設計標準,現已進入產線 工藝優化階段。

公司與國內科研人員深度合作,共同開發固態電池相關項目。公司以復旦大學趙東元院士 團隊、中科院上海硅酸鹽研究所張濤研究員團隊原創性科研成果為基礎,以產出迭代性技術 和材料為近階段主要工作目標,并嘗試推進相關技術成果產業化(試產線)的建設工作。目 前初步業務意向包括:1)噸到十噸級/年固態鋰離子電池粉體材料;2)百噸級/年鋰離子電 池硅碳負極/硬碳負極材料、鈉離子電池軟碳硬碳復合負極材料及鋰電池級羧甲基纖維素鋰 (CMC-Li)。

4.5 當升科技

公司較早開始固態電池正極材料的研發。早在 2019 年,公司就加快了對固態鋰電等未來下 一代正極材料產品的相關研發工作, 完成了第一代固態電池體系建立及配套關鍵材料研究, 所研發正極材料固態電池體系中的部分充放電性能接近液態鋰電池水平。目前,公司在固態 鋰電正極材料領域加強戰略布局,產品已實現裝車。 公司加快與固態電池頭部企業建立戰略合作。目前,公司固態鋰電產品已完成產品開發,固 態鋰電材料成功導入贛鋒鋰電、衛藍新能源、清陶能源、輝能科技等固態電池客戶,并實現 批量銷售,奠定了公司在全球固態電池市場的優勢地位。2021 年 12 月,公司與衛藍新能源 簽訂戰略合作協議,加強在固態鋰電材料領域的戰略合作,實現批量銷售,并獲得了衛藍新 能源總量不低于 2.5 萬噸固態鋰電材料的意向訂單;2022 年 4 月,公司與力神電池簽訂戰 略合作協議,在固態鋰離子電池及其關鍵材料等鋰電前沿技術領域加強合作;2022 年 7 月, 公司與清陶能源簽訂戰略合作協議,決定在固態及半固態電池技術開發、固態鋰電正極材料 產品供貨等方面建立戰略合作伙伴關系,清陶承諾 2022-2025 年向公司采購總量不低于 3 萬噸固態鋰電正極材料。

審核編輯 :李倩

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原文標題:固態電池專題研究報告:下一代高性能鋰電池

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