固态电池最新进展

1、固态电池技术路线及进展

2024年以来，硫化物技术体系取得了显著进步，尤其在材料端。国内主要的正极材料厂已经能够生产性能优异的硫化物正极材料，基本达到国家项目指标。

负极材料方面，硅碳负极和锂金属负极被认为是未来高能量密度固态电池的关键。硅碳负极在2024年取得了显著进展，许多企业已经能够生产高容量的硅碳负极材料。

2、硫化物路线的挑战与解决方案

硫化物路线的主要挑战在于电池运行需要高压力，这在全固态电池的实际应用中是一个重大难题。目前行业内尚未有企业能够完全解决这一问题。

硫化物材料的成本显著下降，从2023年的每公斤10万元降至2024年的每公斤1万元，预计2025年还会进一步下降。随着生产规模的扩大，成本有望进一步降低。

3、固态电池的材料供应链

硫化锂的生产目前主要集中在中国，国内企业在资源和大化工方向上具有优势。日本企业则主要掌握电解质的生产工艺。

硅碳负极材料的生产在国内已经有大量企业参与，但整体产量仍然较小，未来随着技术的成熟和需求的增加，产量有望快速提升。

4、固态电池的生产工艺

固态电池的生产工艺与液态电池有显著差异，尤其是在涂布和叠片工艺上。固态电池需要更高的涂布精度和叠片精度，以确保电池的性能和安全性。

干法电极在固态电池中具有重要应用前景。干法电极不需要溶剂，能够降低生产成本和环境风险，但目前技术成熟度尚需提升。

5、固态电池的应用前景

预计到2027年，固态电池将在示范项目中装车运行，但实现大规模商业化应用仍面临技术和成本挑战。当前的原型电池在能量密度、循环性能等方面仍需进一步优化。

丰田在固态电池领域具有领先优势，但其面临的技术和成本问题也同样存在于国内企业。多方协同推进有望加速技术突破和产业化进程。

Q&A

Q：头部电子厂将资源投入硫化物方向，专家怎么看待这一动向？

A：从研发角度来看，硫化物确实在行业内被广泛关注。硫化物和聚合物是固态电池的两大技术路线，其中硫化物在介入现象上可能会率先形成突破。尽管全固态电池的研发在全球范围内仍以硫化物为主，但聚合物因其电解质材料的特性，在半固态电池中表现良好。

Q：华为申请硫化物电解质专利是否意味着硫化物技术有重要进展？

A：硫化物技术在2024年取得了显著进步，尤其是在材料端。华为申请的专利涉及锂金属稳定的掺杂硫化物电解质，显示出其对3C产品的关注，而非动力电池。尽管华为在全国性布局上可能不多，但其在高校和企业合作中积极参与。

Q：硫化物技术在国内的进展如何？

A：自2024年以来，国内在硫化物技术上取得了显著进展，尤其是在正极和负极材料方面。正极材料的性能已达到国家项目指标，而负极材料的成本和性能也有明显提升。硅基负极和锂金属的应用推动了固态电池的研发，许多企业已能制造出原型电池。

Q：硫化物路线是否是固态电池的主流路线？

A：硫化物路线被认为是主流路线之一，预计占比可能达到70%以上。尽管硫化物技术面临压力问题等挑战，但其在特殊领域的应用前景被看好。然而，要在消费电子或动力电池中实现大规模应用，仍需克服诸多技术难题。

Q：硫化物的供应情况如何，国内企业在这方面的进展如何？

A：硫化锂的供应并不局限于日本，国内在这方面也有显著进展。中国在大化工方向上具有优势，许多国内企业，包括一些大型集团的二级公司，已在硫化锂的生产上取得了较大规模的出货量。

Q：硫化锂的核心工艺壁垒在哪里？

A：硫化锂的核心工艺壁垒主要在于其生产成本和纯度控制。由于目前市场需求量较小，生产几吨和生产上万吨的成本差异巨大。此外，硫化锂的纯度、粒径分布和元素比例对后续的电解质性能有很大影响。硫化锂材料需要在无水无空气的环境下生产，这对生产环境要求较高。未来，拥有矿源和大规模化工生产能力的企业可能在成本控制上具有优势。

Q：硫化物电池在制备过程中面临的主要问题是什么？如何解决这些问题？

A：硫化物电池在制备过程中面临的主要问题是压力管理和对水、空气的敏感性。压力问题主要来自负极的体积膨胀，导致界面剥离，影响电池性能。虽然目前行业内还没有完全解决这一问题，但通过设计缓冲渐变、复合负极等技术路线正在探索解决方案。对于水和空气的敏感性，可以通过使用干燥间或惰性气体保护来解决，但这些方法会增加能耗和成本。此外，电池包内的传感器可以监测硫化锂的浓度，确保安全。

Q：硅碳负极在固态电池技术路线中的前景如何？

A：硅碳负极在固态电池技术路线中具有较大的前景。虽然锂金属负极在液态电池中尚未完全解决其安全和加工问题，但硅碳负极在固态电池中被认为是目前最有希望的技术路线。硅碳负极能够实现高能量密度，同时在加工和安全性方面相对较好。然而，负极的体积膨胀问题仍是一个挑战，需要进一步研究和解决。

Q：硫化物的价格从去年到今年的变化情况如何？未来价格趋势如何？

A：去年硫化物的价格大约是10万元每公斤，今年降到了1万元左右，甚至有些低于1万元。预计明年价格有望再降一半，达到5000元左右。主要原因是市场需求量增加，生产规模扩大。

Q：目前国内最大的硫化物生产企业的产能和产量情况如何？

A：今年国内硫化物的总用量大约是几吨，预计明年可以达到几十吨，约80吨左右。国内最大的企业每年可以生产并销售两到三吨，甚至三到四吨的硫化物。

Q：硫化锂的主要生产工艺有哪些？哪种工艺更有可能在产业化中得到应用？

A：硫化锂的主要生产工艺有两种：一种是锂金属和硫反应，另一种是硫酸锂和碳反应。锂金属和硫反应的工艺纯度高，但成本较高；硫酸锂和碳反应的工艺成本较低，更有可能在产业化中得到应用。

Q：1000瓦时的电芯大约需要多少硫化锂电解质？

A：1000瓦时的电芯大约需要500吨左右的硫化锂电解质。具体用量与电池的能量密度有关，按420瓦时每公斤计算，大约需要500吨电解质，其中硫化锂占电解质的一半左右。

Q：硫化物体系的正极材料有哪些特殊要求？

A：硫化物体系的正极材料一般采用高镍体系，通常是九系材料。为了防止三元材料和硫化物之间发生副反应，正极材料表面需要进行包覆处理，常用的包覆材料是理尼养（Li-Ni-O）。

Q：固态电池中的导电剂和液态电池相比有什么不同？

A：固态电池中使用的导电剂与液态电池有所不同。液态电池通常使用多晶和单晶的混合导电剂，而固态电池主要使用单晶导电剂。此外，固态电池的导电剂类型还在研究中，目前有使用Super P、VGCF等纤维状导电剂的方案。

Q：固态电池中的粘结剂与液态电池相比有什么不同？

A：固态电池中的粘结剂与液态电池有显著不同。液态电池通常使用PVDF作为正极粘结剂，溶剂为NMP，而固态电池由于电解质的不同，溶剂需要选择非极性的，如苯类、脂类等。常用的粘结剂包括SBR、NBR、SEBS等橡胶类材料。

Q：固态电池中粘结剂的供应商是否与液态电池相同？

A：固态电池中使用的粘结剂供应商与液态电池有所不同。液态电池中的PVDF粘结剂主要由氟化工厂商提供，而固态电池中的橡胶类粘结剂更多来自化工厂商。

Q：固态电池中电解质的粘结剂选择有什么要求？

A：固态电池中电解质的粘结剂选择主要取决于溶剂的选择。溶剂必须与电解质不发生反应，常用的溶剂包括苯类、烷烃类等。选定溶剂后，再匹配合适的粘结剂。

Q：固态电池中正极材料的用量与液态电池相比有什么变化？

A：固态电池中正极材料的用量与液态电池基本相同。因为电量储存在正极中，所以正极材料的用量不会有显著变化。可能由于技术进步，容量提升，正极材料的用量会略微减少约10%。

Q：固态电池中负极材料的用量与正极材料相比如何？

A：固态电池中负极材料的用量取决于所用材料的类型。如果使用石墨，负极材料的用量大约是正极材料的1/2到2/3。如果使用硅，负极材料的用量可能会显著减少，甚至达到正极材料的1/。

Q：硅碳材料的容量和使用量如何？

A：硅碳材料的容量大约在1000到1800左右，使用量大约是正极材料的1/8。而传统的硅碳材料制备方法不同，通常通过球磨制备，而现在的沉积硅是通过CVD（化学气相沉积）制备的。

Q：沉积硅和硅碳的技术路线有什么区别？

A：沉积硅和硅碳的技术路线不同，沉积硅是通过CVD和化学沉积制备的，而传统硅碳是通过球磨制备的。沉积硅的容量较高，体积膨胀较小，但成本较高，硅烷的利用效率较低且价格昂贵。

Q：目前有哪些企业在做硅碳材料？

A：国内有大约100家企业在做硅碳材料，规模较小，大厂和小厂在产量上没有特别大的区别。大厂可能在资本和资金投入上会更大一些，但整体上大家都处于起步阶段。

Q：沉积硅的价格水平如何？

A：沉积硅的价格较高，目前市场上没有明确的价格参考，因为大多是小样品，无法按市场价推算。要做到20万吨的规模是很难的。

Q：石墨和硅碳材料制作的电芯能量密度差多少？

A：使用石墨制作的电芯能量密度上线大约在200多，掺入硅碳或碳硅氧可以做到300左右。要达到350以上的能量密度，需要使用更高容量的硅碳材料。

Q：硫化锂的价格水平如何？

A：目前整个产业链还未完全形成，需求也未完全释放。如果达到万吨级别的生产规模，硫化锂的价格大约会与碳酸锂相当，或者稍高一些。

Q：固态电池使用的硫化物电解质的成本如何？

A：固态电池使用的硫化物电解质主要成分是锂磷硫氯，其中锂的质量比约为15%左右，比碳酸锂的锂含量略低。理论上，这种电解质的成本应低于碳酸锂，但由于加工环节的存在，最终价格可能略高于碳酸锂的价格。

Q：固态电池的电芯形态是否只能是软包？

A：目前来看，固态电池的电芯形态主要是软包。这是因为固态电池在工艺过程中需要等温压，只有软包能够在低压下实现。此外，电池需要加压，而方壳和圆柱形态难以实现均匀加压。未来如果能将固态电池的压力降至与液态电池相当的水平，方壳也可能适用。

Q：固态电池成型过程中需要进行等静压吗？

A：是的，固态电池在成型过程中需要进行等静压。具体过程包括将正极、隔膜、负极等材料叠加后，放入软包中施加大约500到600兆帕的压力，并升温，使材料致密结合。

Q：固态电池使用的铝塑膜与液态电池的铝塑膜有何不同？

A：目前固态电池使用的铝塑膜与液态电池的铝塑膜没有太大区别。

Q：固态电池中铝塑膜的用量是否会变化？

A：铝塑膜的用量与能量密度相关，能量密度越高，铝塑膜的用量可能会减少。然而，由于硫化物电解质对空气敏感，在储存过程中可能需要增加铝塑膜的用量以确保材料的密封性。

Q：干电极技术在固态电池和液态电池中的应用有哪些优势？

A：干电极技术不仅在固态电池中有应用，在液态电池中也有应用。特斯拉在其4680电池中使用了干法电极，这种工艺不需要任何溶剂，可以降低成本，因为在锂电池加工过程中，传统工艺需要使用大量能耗高的烘箱和溶剂回收塔。干法电极通过将PTFE粘结剂与石墨和导电剂混合，通过高速搅拌形成纤维状结构，从而实现电极的制作。这种工艺不仅降低了能耗和成本，还减少了对环境的污染。在固态电池中，干法电极技术同样具有优势，因为它不需要溶剂，减少了对电解质离子传输能力的影响。此外，干法电极的纤维状结构有助于保持电极材料的良好接触，提高电池性能。

Q：干电极技术在国内外的应用现状如何？

A：特斯拉在国外已经在其第三代4680电池中使用了干法电极技术，且正负极都采用了这种工艺。国内方面，由于现有产能过剩，短期内不太可能全面采用干法电极技术，但在一些特定领域，如环保要求严格的地区，干法电极技术具有一定的优势。目前国内的设备和材料厂商也在积极推进这项技术，尽管技术成熟度还不高，但前景可期。

Q：干电极技术的核心设备有哪些？

A：干电极技术的核心设备主要包括两个部分：纤维化设备和辊压机。纤维化设备用于将粘结剂和电极材料混合成纤维状结构，而辊压机则用于将纤维化后的材料压成膜，并粘附到集流体上。目前国内外都有一些公司在生产这些设备和材料，尽管技术还在发展中，但已有一定的应用基础。

Q：固态电池的生产流程与液态电池相比有哪些差异？

A：固态电池的生产流程与液态电池有较大差异。首先，固态电池需要涂布正极、负极和电解质膜，而液态电池的隔膜是直接采购的。固态电池的电芯厂需要自己制作隔膜并将其转印到负极上。其次，固态电池的叠片过程要求更高的精度，因为没有隔膜，正负极尺寸相差较小，容易导致短路。此外，固态电池的涂布设备需要进行防腐、防爆改进，涂布精度要求更高，特别是电解质膜和负极材料的厚度非常薄。最后，固态电池的生产还涉及等静压、化成等工艺步骤。

Q：干法电极与涂布工艺在固态电池生产中的应用情况如何？

A：在固态电池生产中，干法电极和涂布工艺都有应用。干法电极不需要涂布设备，而是使用专门的干电极设备。目前，电解质的生产主要采用涂布工艺，电池厂需要新增涂布设备来完成电解质的涂布和转印。与液态电池不同，固态电池厂一般不会购买隔膜，而是自行生产电解质膜。

Q：市场上是否有专门为固态电池设计的涂布设备？

A：目前市场上没有专门为固态电池设计的涂布设备。现有的设备厂商通常根据电池厂的要求，对液态电池的涂布设备进行改进，以适应固态电池的生产需求。这些改进包括冷却系统和溶剂回收系统的调整，以适应不同的溶剂和材料特性。

Q：固态电池的涂布设备价值量如何？

A：固态电池的涂布设备价值量相较于液态电池的涂布设备有所不同。具体的价值量取决于设备的改进程度和技术要求。由于固态电池生产对涂布精度和防爆、防腐要求更高，设备的价值量可能会相应增加。

Q：固态电池的涂布精度要求为什么比液态电池高？

A：固态电池的涂布精度要求比液态电池高很多。因为液态电池的电解液是流动的，能够填补一些不均匀的地方，而固态电池的电解质膜需要非常均匀的厚度。如果涂布不均匀，中间厚两边薄，累积起来会导致整体厚度差异，影响电池性能。此外，固态电池在成型时需要等静压处理，但如果片材不均匀，受力不均匀会导致电池短路等问题。

Q：固态电池的电解质膜成型工艺与正极材料的工艺是否类似？

A：固态电池的电解质膜成型工艺与正极材料的工艺类似。都是先混料，加连接剂和溶剂，然后进行涂布和转印。不同的是，电解质膜的成分较单一，不需要添加导电剂等成分。

Q：固态电池的叠片工艺有哪些特殊要求？

A：固态电池的叠片工艺要求更高。首先，叠片机需要改进，边缘没有隔膜，需要更加小心避免破位，否则会导致短路。其次，固态电池的叠片材料是无机粉末，没有电解液，边缘掉材料会导致正负极短路。此外，叠片过程中，负极比正极稍微大一点，这个边缘多出来的部分在等静压时会受力，容易碎裂，导致短路。因此，叠片和电极制备过程中需要特殊处理。

Q：工信部对固态电池的研发进度有哪些要求？

A：工信部要求在2027年实现固态电池装机，目标是1000辆车，每辆车行驶1万公里。

Q：目前固态电池的目标能否实现？

A：目前来看，实现固态电池的大规模应用仍然存在很大挑战。虽然示范性应用如装十辆或五十辆车是可能的，但要达到装七八千辆车的规模，代价非常高，且难度较大。整个行业都在推进固态电池的发展，因此进展会比单个企业快一些，但要实现大规模应用仍需时间。

Q：目前固态电池的性能如何？有哪些短板？

A：目前的固态电池在能量密度、倍率性能和循环性能等方面仍有较大提升空间。虽然高温性能较液态电池有所优势，但整体技术水平还不够高，许多电池仍处于手工制造阶段，参数优化尚未达到理想状态。

Q：未来固态电池的优化方向是什么？

A：未来固态电池的优化将集中在材料、工艺和设备等多个方面。材料，尤其是电解质材料，直接决定了电池性能。工艺方面，目前大部分电池仍是手工制造，自动化水平较低。设备和环境也需要改进，许多生产仍在扶手箱内进行，未达到干燥间的要求。整体来看，从材料到工艺再到设备和环境，都需要大幅提升。

Q：丰田在固态电池技术上领先的原因是什么？国内企业能否赶上？

A：丰田在固态电池技术上确实领先，但其进展缓慢的原因在于技术难题多、成本高以及供应链问题。国内企业近年来进展迅速，主要得益于材料厂、设备厂等多方的共同投入。如果所有问题都由一家企业解决，难度极大且成本高昂。即使丰田解决了技术问题，成本高昂的电池也难以被市场接受。国内企业通过协同合作，有望在较短时间内取得突破

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