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固态电池和半固态电池技术路线有哪些?

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锂电那些事今日第三条2025年05月27日 星期二


全固态电池(All-solid-state batteries ASSBs)是指电解质和正负电极均呈固态的锂离子电池。全固态电池由正极材料、固态电解质和负极材料组成,不含任何液态组份。传统的液态锂离子电池由正负极、电解液与隔膜构成,其中主要的液态组分是电解液,因此,全固态电池与传统锂电池的主要区别在于电解质,采用固态电解质替代了锂离子电池中的电解液和隔膜。
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液态、半固态、固态电池分析对比
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1、固态电池有望成为突破锂电池性能瓶颈的关键技术

应用端对锂电池性能的要求主要包括能量密度、安全性、循环寿命、充放倍率、环境适应性等。锂电池是一个复杂系统,各类材料选型和结构设计互相牵制,共同决定了电池性能上限。固态电解质热稳定性和电化学稳定性优于常见的电解液,使其理论上可适配更高能量密度的正负极材料体系,并实现更高的本征安全性。因此,固态电池有望突破现有液态锂电池材料体系的性能瓶颈。

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2、固态电池技术路线:电解质包括硫化物/氧化物/聚合物等路线

  • 硫化物固态电池:使用无机硫化物材料作为电解质。硫化物电解质锂离子电导率高,接近传统电解液的水平。硫化物固态电池理论能量密度和倍率性能最优,成为电池和材料厂商主攻的路线选择;但现阶段成本较高,且稳定性和安全性有待提升。

  • 氧化物固态电池:使用氧化物材料作为电解质,离子电导率介于硫化物和聚合物之间,化学稳定性好,但主要难点在于界面阻抗较大和加工性能差。现存的半固态电池技术方案主要采用氧化物电解质,通过保留少部分电解液,改善界面问题。此外,复合固态电解质(氧化物与聚合物复合)的技术路线也存在发展潜力,可综合两者优势,并做到扬长避短。

  • 聚合物固态电池:使用有机高分子材料作为电解质。加工性能和界面性能较好,但室温下离子电导率较低,且电化学窗口窄,推广受到限制。

  • 卤化物全固态电池:电压窗口宽、循环性能好,但离子电导率低,目前发展阶段较早,处于实验验证阶段。

固态电池的分类
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3、半固态电池:氧化物或聚合物固态电池的过渡路线

半固态电池是固态电池的过渡路线,在电池中引入固态电解质的同时保留少量电解液,主要包括氧化物、聚合物路线。常见的固态电解质中,氧化物和聚合物电解质均存在“离子电导率低”和“界面接触差”的问题,因此部分参与者推出半固态电池作为过渡路线,保留一部分电解液浸润固态电解质,以改善离子电导率和界面接触情况。硫化物电解质的离子电导率较高,接近电解液,且界面接触较好,因此通常不采用半固态路线过渡。

半固态电池作为介于传统液态锂离子电池和全固态电池之间的技术,具有自身的优势和劣势。半固态电池与传统工艺的兼容性较好,产业化难度低于全固态电池,产线改造等理论成本低于全固态电池(但高于液态电池);与液态电池性能相比,半固态电池的能量密度和安全性均有提升,但固态电解质目前仍面临界面不稳定和机械应力等问题,导致循环寿命和快充性能弱于液态电池,技术和工艺仍需进一步突破。

4、海外各国研发规划和技术路线

全球固态电池产业主要分布在中国、日本、韩国、欧洲、美国等国家和地区。日韩固态电池产业起步较早,布局路线以硫化物居多;欧洲最早推动聚合物固态电池商业化应用,不同国家企业布局路线各有不同,欧洲车企主要通过与美国的电池初创企业进行合作开发全固态电池技术。美国固态电池参与者以初创公司为主,各技术路线均有布局,选择氧化物路线发展的企业较多。

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国外典型企业固态电池技术路线
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5、国内固态电池研发规划和技术路线

从固态电解质路线来看,我国企业三种固态电解质路线均有布局,涵盖硫化物和氧化物领域;开发全固态电池的同时,也在发展半固态电池作为过渡路线。

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来源:锂电那些事
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首次发布时间:2025-06-07
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相比之下,盐湖低成本优势凸显,成为产能扩张主力。近年来,随着各国盐湖提锂项目的前期建设逐步完善,盐湖提锂凭借其生产成本低、环境污染小的优势,逐渐占据碳酸锂生产中的重要地位。海外方面,南美目前对碳酸锂产量贡献最大的仍是ALB和SQM在智利的Atacama盐湖项目,明年由于不少项目逐渐爬坡以及释放产能,整体盐湖产量将进一步快速释放。今年一季度SQM已经完成了Atacama项目1万吨扩建工程,产能持续提升;ALB-Atacama近两年扩产4万吨,2025年预计将继续爬坡。尽管紫金旗下3Q项目进展不及预期,目前或延期至2025年中投产,但POSCO的Sal de Oro已于10月顺利投产,Centenario也于12月正式投产。此外Olaroz、Hombre Muerto等项目的爬坡也会进一步增加25年产能的释放。根据宏源期货的数据,2025年以南美盐湖为主的海外盐湖供应将达到40万吨(折LCE),同比增长约25%。 中国盐湖方面,察尔汗盐湖、东台吉乃尔和西台吉乃尔贡献了较大的产量。其中,察尔汗盐湖作为中国最大的盐湖之一,2024年计划新建的4万吨碳酸锂项目正在推进,25年产量仍将进一步释放;中信国安西台盐湖项目以及西部矿业东台吉乃尔项目在25年产能进一步扩张,加上个别项目有开始运行的希望,25年合计将贡献18万吨 LCE,同比增长19%。 综上分析,在锂矿此轮投资周期中,价格上行周期刺 激的资本开支仍将陆续兑现,笔者分析认为,2024-2025年将是全球锂矿(含卤水)产能集中释放期,其中南美、非洲以及国内等新增项目陆续投产爬坡,仍将贡献较多增量。据 “生意社”,预计2025年全球锂资源供应将达到159万吨LCE,同比增长20%。 目前动力电池(包括新能源汽车、两轮车)和储能电池大约能占到锂资源消耗的70%,这也是未来锂资源需求最大的两个领域,把握住这两个领域的需求变化,就几乎掌握了未来锂价的方向与趋势。EVTank数据显示,2024年全球新能源汽车销量达到1,823.6万辆,同比增长24.4%。2024年中国新能源汽车销量达到1,286.6万辆,同比增长35.5%,占全球销量比重由2023年64.8%提升至70.5%,中国以旧换新政策效果远超预期,叠加各类车型不断升级出新以及车价降低,带动全球EV渗透率持续提升。 但放眼全球,海外电车销量因欧美新能源政策出现转向趋势增速相对缓慢。欧洲方面,欧盟2035年燃油车禁售计划自出台后一直面临欧洲当地汽车行业施加的压力;德国从2023年12月31日起不再提供新能源汽车购车补贴;英国则直接宣布将燃油车禁令由2030年推迟至2035年实行。据统计,1-10月德国、英国、法国、意大利、西班牙、瑞典和挪威等七国新能源汽车总销量同比上一年度增速为-17.8%、16.8%、-3.8%、-11.7%、-0.9%、-10.2%和1.3%,多月出现负增长,前10月七国总销量累计同比降4.5%。美国方面,新任总统特朗普预计将采取包括取消或削减IRA法案的清洁能源汽车补贴,对进口电车征收高额关税等手段限制美国电车市场规模。前10月美国纯电和混合电动汽车累计销量约124.5万辆,较去年同期增长9.9%,远低于23年同期52.7%的增速。 回到国内市场,2024年1-11月,我国新能源汽车销量达1126.2万辆,占汽车新车总销量的40.3%,市场渗透率自7月起持续超过50%,L2级及以上辅助驾驶功能装车率达67.1%。随着渗透率的不断提升,未来降速是合理且必然的。 此外,由于地缘政治和贸易保护等原因,我国新能源汽车出口受限现象较为严重,据 “崔东树” 统计显示,2024年1-11月国内新能源汽车出口186万辆,同比增长13%,而去年同期增速为87%。其中11月新能源汽车出口量14万台,同比下降14%,环比上月下降32%。展望2025年,美国方面,市场对于特朗普新任政府带来的压力表达了相当程度的担忧。24年美国新能源汽车占全球总市场的9%。随着特朗普政府的上台,其主张削减对电动汽车的支持,保护传统燃油汽车行业,计划取消拜登政府时期的电动汽车税收抵免政策并终止对电动汽车和充电基础设施的建设支持,叠加其宣称将对中国进口的商品加征10%的关税,若特朗普政府上台后落实以上政策,或将对其国内及全球新能源汽车产业的发展速度造成一定阻碍。此外,欧盟对我国企业掀起的反补贴调查亦将对我国新能源汽车出口带来一定挑战。由于产业成熟度以及政策扶持力度的差异,预计未来全球新能源汽车销量的主要增长动能仍来自中国。但需留意国内以旧换新政策的持续、欧美能源转型节奏将影响2025年需求的延续性。随着全球对碳排放的关注加剧,以及碳中和策略的不断加强,传统的化石燃料能源体系正迅速向以清洁和低碳可再生能源为核心的结构转型。在此大背景下,储能领域在24年展现出了强劲的增长势头。据研究机构EVTank联合伊维经济研究院共同发布的《中国锂离子电池行业发展白皮 书(2025年)》显示,2024年全球锂离子电池总体出货量1545.1GWh,同比增长28.5%。从出货结构来看,全球汽车动力电池(EV LIB)出货量为1051.2GWh,同比增长21.5%;储能领域,全球储能电池(ESS LIB)出货量369.8GWh,同比增长64.9%,主要是由于2024年中国新能源强配政策、央国企强化布局及储能成本不断下探,带动ESS保持超高速增长;美国配储刚性需求叠加ITC补贴的效果明显,此外新兴市场多点爆发,2024下半年英国、沙特、澳大利亚等签订多个GWh订单,带动24年储能电池增速可观。 如上图所示,2024年,储能出货(369.8GWh)大约为动力电池出货量(1051.2GWh)的35%,储能的快速增长对锂需求有一定的拉动作用,但短期仍然无法快速的带动锂需求的大幅增加。从长期的角度,未来储能的快速增长将是带动锂需求提升的重要引擎,这一阶段我们或许在2025年以后能够见到。综上所述,由于特朗普上台对华加征关税,欧洲反补贴调查,贸易保护主义抬头影响全球电动化进程叠加国内目前新能源汽车内销渗透率已经超过50%,2025年动力电池主导的锂电产业需求增长趋势放缓是大概率事件。 碳酸锂库存累积是行业库存的重要指标,24年以来碳酸锂库存不断累积,在市场对未来供给宽松及锂价下跌预期较为确定的背景下,库存重心大幅上移,前三季度持续处于累库阶段,进入24年四季度有所去库,但仍处于往年同期高位,库存压力仍然较重。根据SMM数据,截止25年1月9日,碳酸锂库存10.87万吨,其中冶炼厂库存3.64万吨,正极厂、电池厂及贸易商库存7.14万吨。随着春节临近,碳酸锂需求大概率会从高位回落,基本面预计进一步转向宽松,后续的库存变化仍需要关注节后锂产业的开工情况。 此外,从成本端的角度,碳酸锂的下方成本边界对中期价格变动,甚至对于产业格局重塑都具有比较重要的参考意义。根据24潮产业研究院(TTIR)之前的分析,根据锂成 本价格曲线,盐湖提锂的现金成本最具竞争力,其成本处于曲线的最左端,多数盐湖提取的成本在3-5万元/吨范围内;其次,高品质的锂辉石采矿的成本约为4-6万元/吨,紧随其后的是高品质的锂云母矿,其成本大致在6-8万元/吨;而非洲资源的采矿成本相对较高,主要受制于能源和运输的高昂费用,预估在7-11万元/吨之间。尽管当前成本范围较高,但随着后续配套设施完善和交通基础设施的进一步完善,这些成本仍有可能进一步降低;相对而言,低品质的锂云母项目面临最高的成本压力,其现金成本超出了12万元/吨。24年初我们曾判断行业成本重心有望落在8-9万元,并做出了四种情形假设:1)如价格处于6万元/吨,将呈现供需极端失衡局面;2)价格处于8万元/吨,仅有可能在产能出清阶段触达此位置;3)价格处于10万元/吨,行业基本实现供需紧平衡;4)价格处于14万元/吨,生产企业将加速产能扩张。 目前来看判断基本准确,目前处于7-8万元/吨,行业基本实现供需平衡,但是行业出清并不彻底,并没有出现上一轮周期底部的极端情况,当前供应端出现减停产的项目均不涉及破产重组、且多有进行必要维护,当市场环境好转时能在1-2个月内快速复产爬坡。此外,从上述资源端我们看到25年仍有低成本盐湖项目进一步投产,过剩格局依旧、且在锂价下行周期内,企业均将成本控制提至更高优先级,主流机构预计25年全球锂资源成本支撑将进一步下调。 根据WoodMac以及东证期货等机构的研究,随着2024年成本曲线最右侧项目已部分退出供应,而海外以及国内等低成本盐湖项目将在2025年贡献可观增量;右侧高成本项目退出、而左侧低成本区域扩容,成本曲线趋于扁平化。同时,随着锂价低位,企业均将成本控制作为更重要的目标,不论是澳洲成熟项目、还是非洲新晋资源,2024年均实现了显著的成本降幅。企业通过技改提升收率、人员优化、矿区设备精简等方式进一步优化采选成本;非洲、阿根廷等地中资企业着力于运费、电费、汇兑损益等分项的成本优化。25年全球锂资源成本支撑进一步下调。展望2025年,虽然海外多个锂矿项目均放出停减产消息,但综合来看,彻底停产的矿企、锂盐厂数量不多,大多为阶段性停产,且随着盐湖项目投产放量,预计将弥补锂矿方面带来的供给缺口,目前矿端对碳酸锂供给扰动影响有限,全球的锂资源项目及锂盐新增产能放量仍然作为来年碳酸锂供给主旋律。从中长期来看,新能源发展带动下锂盐需求仍具备增长潜力。但关注到库存中下游环节累积较为明显,叠加下游厂商始终对锂采购保持谨慎心态,需求端增速或难抵供给增长预期。根据宏源期货的数据,25年过剩的情况仍将持续。我们预测25年全球锂资源成本支撑将进一步下调意味着供给侧产能出清的过程会更长,锂价在底部磨底的时间也会变得更加漫长。 所以短期来看,碳酸锂在25年将延续供应过剩的格局,而高企的库存又将对现货市场产生较大压力,反映供需过剩的矛盾,整体趋势仍在震荡寻底的过程中。综合来看,2025年碳酸锂需求预期向好,但供过于求局面难以扭转,价格中枢预计在60000~90000元/吨,关注阶段性反弹带来的交易机会。 锂电那些事免责声明 本公 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