能量密度超600瓦时每千克！我国科学家实现全固态电池材料新突破：在电动汽车行业应用前景广阔【附固态电池技术赛道观察图谱】

瞻观前沿

近日，据中国科学院青岛生物能源与过程研究所官方消息，该所武建飞研究员带领的先进储能材料与技术研究组，研发出用于全固态锂硫电池的新型硫化锂正极材料，能量密度超过600瓦时每千克(Wh/kg)。该研究为开发高能量密度的全固态电池提供了新的方法和思路，与目前已商业化的锂离子电池相比，其能量密度高出1倍有余，且成本更低。相关研究成果发表于国际学术期刊《Small》。

研究表明，在室温条件下，这种改性的硫化锂正极在低倍率下放电容量是原始材料的6.65倍。即使在高倍率下充放电，电池的容量也能保持得很好，显示出了优异的循环稳定性。武建飞介绍，该硫化锂正极材料显示出每克1165.23毫安时的高比容量，接近理论值每克1167毫安时。在常温下循环6200次后，其容量仍可保持84.4%。搭配商业化的硅碳负极组装全电池后，常温下循环400次放电，电池的比容量仍保持初始容量的97%以上。

据介绍，新材料可有效解决液态锂硫电池“穿梭效应”等问题。此外，该材料具有高能量密度和长循环寿命等特性，在电动汽车行业具有极高的商业价值和广阔的应用前景。

图片来源：摄图网

技术价值观察

固态电池产业链上游包括原料矿产、机械设备以及基础材料，两者主要的区别在于负极材料和电解质的种类，正极材料方面几乎一致，若完全发展至全固态电池，隔膜也完全被替换。产业链中游为电池包的加工制备过程，产业链下游应用领域包括新能源汽车、储能系统、消费电子等。

中国科学院研发出用于全固态锂硫电池的新型硫化锂正极材料，能量密度超过600瓦时每千克。因此，从固态电池产业链上看，该技术处于产业链的上游环节。

宏观市场观察

——固态电池优势

固态电池是指采用固态电解质的锂离子电池。与传统锂电池相比，全固态电池最突出的优点是安全性。固态电池具有抑制锂枝晶、无界面副反应、无电解液泄漏、高温性能好、无气胀的特性，汇总固态电池具备特性及其相应优点如下：

——全球车企发力固态电池领域

2021年7月，据韩联社报道现代汽车公司将向美国全固态电池开发商Solid Energy System(SES)投资1亿美元，以确保下一代电池技术。SES的投资者之一是通用汽车。

2021年4月，现代汽车在电话会议上宣布正在开发固态电池，并计划在2030年将首批采用该技术的汽车投入批量生产。这不是现代汽车对固态电池初创公司的第一次投资，在2018年现代汽车就已经投资了Solid Power。

目前，全球车企都在发力固态电池领域。其中，宝马和福特也对Solid Power进行了投资，大众汽车很早就与固态电池公司Quantum Scape合作，通用则是与Solid Energy Systems合作。在我国，据蔚来公司表示搭载固态电池的蔚来ET7将会在2022年的第四季度上市，蔚来ET7有望成为全球最早上市的固态电池搭载汽车。

——固态电池能突破液态电池的能量密度极限

全球车企扎堆布局的固态电池的原因是固态电池能突破液态电池的能量密度极限。目前液态锂电池能够实现的能量密度已近极限，而使用全固态锂电池能量密度具备突破500wh/kg的潜力，因此固态电池是未来锂电池的发展方向，也是各企业的必争高地。

——正极材料：供给稳步提升

固态电池正极材料与锂电池一致，主要包括锰酸锂、磷酸铁锂，三元正极材料等。得益于手机、笔记本电脑、电动车等的快速发展，企业对锂电池正极材料的投资加大。根据高工产研锂电研究所数据，2015-2022年，中国锂电池正极材料产量从11.3万吨增至190万吨。2023年中国锂电池正极材料出货量248万吨，同比增长31%。

——固态电池需求领域

总结分析固态电池三大需求领域情况如下：

——固态电池企业竞争情况

近几年越来越多的企业已经参与固态电池市场布局，参与主体包括中科院化学所、中科院青岛能源所、中科院宁波材料所等研究机构，赣锋锂业、宁德时代等电池企业;更有其他领域企业看好固体电池跨界投资，如以汽车零部件为主的万向集团、新能源汽车比亚迪等。

我国企业在固态电池的研究上主要是以硫化物电解质技术和氧化物电解质技术两种路线为主，聚合物电解质技术路线的非常少。其中硫化物电解质技术路线的企业主要的代表有宁德时代，氧化物电解质技术路线的代表企业主要有赣锋锂业、清陶发展、辉能科技等。

——固态电池商业化规划时间表

目前，全固态电解质锂动力电池存在的技术难点问题包括固态电解质材料的锂离子电导率偏低问题、固/固界面接触性和稳定性差问题、金属锂的可充性问题等。根据IEA初步预计，到2025年，固态电池技术将实现商业化。

——固态电池行业发展趋势

从市场竞争、技术创新、细分市场等方面对中国固态电池行业发展趋势进行预判如下：

中国固态电池技术赛道热力图

根据前瞻产业热力图显示，与固态电池关键技术强关联的城市集群主要集中在华南和华北地区，并且以深圳、北京市为重点发展区域，未来布局固态电池技术及其他相关技术的发展路径，极大可能性在于华南、华北地区优先导入，其中可重点关注广东省深圳市福田区、宝安区、坪山区、龙华区及北京市顺义区所处固态电池的相关企业，以及该地方对于固态电池的产业发展投资环境、供给市场的潜力空间。

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更多本行业研究分析详见前瞻产业研究院《中国固态电池行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》。

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