在低空飞行器与无人机领域,南都电源、卫蓝新能源等企业凭借氧化物电解质技术,成功实现能量密度 350Wh/kg 以上的半固态电池量产。
亿航智能 eVTOL搭载固态电池后,单次不间断飞行测试时长达到 48 分 10 秒,续航时间显著提升 60% - 90% ,大大拓展了其在城市空中交通领域的应用范围。
南都电源某型机器狗采用后,复杂环境续航提升 300%,能在军事侦察、野外勘探等任务中持续工作更久,执行更复杂任务。
Ray - Ban Meta 智能眼镜,采用固态电池后续航大幅提升,佩戴舒适度因电池体积和重量减小而提高。
固态电池在宽温域稳定性出色,工作温度范围可达 - 40℃至 85℃。能量密度上,锂金属负极 + 硫化物电解质组合理论能量密度超 1000Wh/kg,是液态电池的 3 倍; 固态电解质在 150℃以上形成钝化层,自动阻断短路电流,所以固态电池几乎不会自燃。凭借其卓越的技术性能,固态电池正成为新能源领域的战略焦点,其革命性突破引发多领域技术革新浪潮,被视为驱动能源转型的 "下一代电池技术之王"。
TrendForce 预测,2030 年固态电池出货量 614GWh,市场规模超 1200 亿美元。届时,固态电池将在新能源汽车、储能、消费电子等领域实现广泛应用。在新能源汽车领域,固态电池能量密度有望突破 500Wh/kg,续航里程轻松突破 1000 公里,充电速度大幅提升,将成为新能源汽车的主流电池技术之一。费电子领域,固态电池的轻薄化和高能量密度特性,将推动智能穿戴设备、折叠屏手机等产品的跨越式发展。
技术路线分化与突破
硫化物路线
当前,固态电池技术路线呈现出多元化发展态势,其中硫化物和氧化物路线备受关注。在硫化物路线上,丰田、宁德时代等企业处于主导地位。丰田在硫化物固态电池研发上投入巨大,已申请超 1000 项专利,其实验室研发的固态电池能量密度高达 500Wh/kg ,远超传统锂离子电池。宁德时代则通过凝聚态电池技术,在硫化物电解质与高镍正极、硅基负极的匹配上取得进展,解决了硫化物电解质对水分敏感、与电极材料界面兼容性差等问题,提升了电池的稳定性和循环寿命。
不过,硫化物路线在界面稳定性与成本控制上面临挑战。硫化物电解质与正负极材料的界面容易形成高阻抗层,影响电池性能,目前主要通过界面修饰、材料复合等方法来改善。
成本方面,硫化物固态电解质的关键原材料硫化锂价格高昂,占电解质成本的 70%,导致电芯 BOM 成本在产业化初期高达 1 - 2 元 / Wh。
氧化物路线
而氧化物路线的代表企业有卫蓝新能源和清陶能源。卫蓝新能源专注于氧化物固态电池研发,已建成国内首条氧化物固态电池生产线,能量密度达 360Wh/kg 的半固态电池已实现量产,并成功应用于新能源汽车和无人机领域。清陶能源在氧化物固态电池技术上也取得突破,其能量密度达 350Wh/kg 的半固态电池已为上汽等多家车企供货,计划到 2025 年产能超过 20GWh。氧化物路线的优势在于成本相对较低,较硫化物路线成本低 40%,且具有良好的化学稳定性和热稳定性。氧化物路线目前的缺点是在离子电导率和低温性能方面仍需提升。
国外厂商技术发展
日本企业在固态电池领域的技术积累深厚,以丰田为代表,在硫化物固态电池研发方面处于世界领先地位。丰田通过《特定关键技术保护法》构建起专利壁垒,垄断了全球 72% 的硫化物专利,为其他企业进入该领域设置了极高的门槛。
丰田计划于 2026 年量产能量密度达 500Wh/kg 的固态电池,这一目标一旦实现,将大幅提升电动汽车的性能,进一步巩固其在全球汽车市场的地位。
松下则为特斯拉打造了4680电池计划,开发 4680 电池并适配固态电解质,相比传统电池,能量容量高出五倍,有望显著降低制造成本并增加车辆续航里程。
QuantumScape 获得大众集团 3 亿美元投资,专注于固态锂金属电池研发,计划 2025 年实现 20 层电芯量产。其采用的干法电极工艺可降低生产成本 40%,在高端电动车市场具有较强的竞争力。
Northvolt 联合欧盟委员会投入 120 亿欧元攻关氧化物电解质量产,目标是在 2030 年将成本降至 120 美元 /kWh ,以推动固态电池在欧洲市场的大规模应用。
专利困境
日本丰田通过 32% 的全球固态电池专利占比,构建起 "硫化物电解质 - 复合电极 - 界面处理" 全链条技术壁垒;美国 IBM 凭借非晶态电解质专利,覆盖 120℃以下全温域应用场景;韩国三星 SDI 则在锂金属负极保护涂层领域形成专利集群。
而中国固态电池专利呈现明显结构性矛盾:82% 聚焦电池结构改进,基础材料专利仅占 13%。头部企业(如比亚迪、宁德时代)在氧化物电解质领域布局较深,但原始创新不足;高校院所专利转化率不足 5%,导致企业二次开发成本增加 30%。
除此之外,还有多项核心技术存在 "卡脖子" 风险:固态电解质界面 SEI 膜原位生成技术被美国陶氏化学垄断,硫化物电解质规模化合成工艺受日本住友化学专利限制,固态电池热管理系统核心专利集中于德国博世集团。
中国企业全产业链布局
全球动力电池龙头宁德时代斥资百亿布局固态电池领域,计划 2027 年实现全固态电池小批量量产,规划 20GWh 产能。其采用凝聚态 - 全固态双技术路线,已绑定宝马、本田等国际车企,同步将 200GWh 磷酸铁锂产线改造为半固态产线,并投资 85 亿元建设硫化物电解质生产基地,强化全产业链竞争力。
比亚迪则在硫化物复合电解质路线上取得突破,中试阶段能量密度达到400Wh/kg,循环寿命超 10000 次,计划 2027 年启动示范装车。比亚迪凭借垂直供应链优势,与天齐锂业签订高纯锂金属供应协议,确保了锂资源的稳定供应,有助于实现 “固液同价” 目标,降低固态电池成本。在储能领域,比亚迪的固态电池通过针刺、200℃热箱等极端测试,适配高端电动车与储能系统,展现出良好的安全性和稳定性。
在材料与设备环节,赣锋锂业拥有全球 12% 的锂资源储备,量产高纯硫化锂,成本目标为 20 万元 / 吨,为宁德时代、丰田等企业供货,在固态电池关键材料供应方面占据重要地位。先导智能作为全球唯一提供固态电池全段设备(涂布 - 热压 - 封装)的企业,市占率超 70%,其干法设备生产效率提升 50%,为固态电池的大规模生产提供了有力的设备支持。中国企业在固态电池全产业链的布局,使得国内产业生态相对更加完善。
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