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文檔簡介

早期國內新能源汽車技術不成熟疊加產業鏈完善度偏低,導致成本較高,消費者接受度有限。在國家出臺的包括購置補貼、免征購置稅等政策的推動下,新能源汽車成本明顯下降,消費者購車意愿得到有隨著新能源汽車上下游的不斷發展,技術的優化升級帶來安全性的提高、續航里程的增加、快充技術的普及等,同時規模的放大推動成根據中汽協數據,2024年,新能源汽車產銷分別完成1288.8萬輛和1286.6萬輛,同比分別增長34.4%和35.5%,滲透率同比明顯提升至40%0?2024年8月,小鵬MONAM03Max版本搭載城區NOA的售價僅為15.58萬元,帶動智駕車型價格下探。?2025年2月9日,長安汽車發布“北斗天樞2.0”計劃,并表示今年8月長安汽車將在10萬元級別的?2025年2月10日,比亞迪發布高階智駕系統”天神之眼”,比亞迪董事長兼總裁王傳福表示比亞迪全系車型將搭載“天神之智能化平價時代來臨,向15萬元及以下車型價格區間滲透。智駕帶來更加優質的駕駛體驗感,隨著平價智能化車型范圍的擴大,智駕有“天神之眼”高階智能駕駛輔助系統-DiPilot300/ApolloSelf-Driving高階//九章平臺研發的智能駕駛系統“司南智駕”/歐洲:根據中汽數據、芝能汽車數據,2024年歐洲(含歐盟27國+歐洲自貿聯盟+英國等)乘用車新車注冊量約1296.4萬輛,同比增長僅0.9%;新能源乘用車總銷量達294.5萬輛,同比下降2.1%,滲透率達22.7%;其中純電動汽車(BEV)銷量199.3萬輛,同比下降1.3%,滲透美國:在政府的支持下,疊加特斯拉的引領,美國新能源汽車行業實現較快發展。根據Marklines數據,2024年美國EV+PHEV銷量為155.9萬輛,0201020112012201320142015200意大利西班牙意大利西班牙其他合計荷蘭其他合計荷蘭時資料來源:BenchmarkMinera在新能源汽車發展前期,由于規模相對較小,成本相對較高。后續在政策支持和市場持續發展的共同作用下,新能源汽車實現快速發展,2021年和2022年,隨著優質供給的持續推出,終端消費者對于新能源汽車的認可度不斷攀升,疊加購置補貼退坡等促進,新能源汽車進入快速增長期,銷量同比增速分別高達160%和93%;在需求快速釋放和供給相對有限的錯配局面下,以碳酸鋰為首的鋰電材料價格出現2023年起在各環節供給增加、而終端需求平穩增長,疊加技術和產業鏈成熟度持續提升的作用下,鋰電材料及動力電池價格逐繼續下降。在國內新能源汽車產業鏈發展初期,車型續航里程為消費者關注的重點性能之一,由于三元材料在能量密度、低溫性能等方面優勢明顯,疊加三元材料為特斯拉前期主要應用的技術類型,推動國內三元材料動力電池占比較高,根據中國汽車動力電池產業創新聯盟數據,2019年三元材料電池在當年動力電池裝機總量中的占比為65.2%,為主后續隨著技術的持續發展,產業鏈對于鋰電材料性能的掌握更強,疊加新能源汽車需求快速爆發導致材料價格上升,終端對于新能源汽車安全性、經濟性的要求比重提升,磷酸鐵鋰電池逐步成為應用的主要類型。根據中國汽車動力電池產業創新聯盟數據,2021年磷酸鐵鋰電池在動力電池裝機中的占比超過三元材料電池,并逐年提高,2024年占比則2019年2020年2021年2022年2023年2024年三元材料磷酸鐵鋰其他裝機量同比增速(右軸)新一代升級新能源汽車發展的核心始終是技術和性能的升級,續航里程作為性能體現的關鍵指標,直接影響消費者購車意愿和出行體驗。早期的鉛酸電池能量密度低、體積較大、循環壽命較差,難以滿足長距離出行需求。鋰電池的發展直接提升續航能力,降低里程焦慮,促進新能源汽車的滲透率快速提升。后續固態電池的發展,有資料來源:BatterymanHelps根據液態電解質的含量,電池可分為液態(電解液質量占比為10wt%-25wt%)、半固態(5wt%-10wt%)、準固態(0-5wt%)和全固態(0wt%)機遇與難點突破并存:固態電池具備諸多優勢,包括更高的安全性、能量密度、循環壽命、機械強度,更寬的溫度適應性和材料選擇性等。但同時也由于固體形態的原因,導致固態電池存在電導率低高容量:固態電池的高容量性能主要體現在材料和結構兩個方面。1)材料端:由于固態電池的安全性以及化學穩定性等優勢,可以采用諸如高鎳三元以及金屬鋰等高能量密度的正負極材料,并可以通過減少/取消隔膜、降低電極厚度等方式進一步釋放能量密度;2)結構端:固態電池可以采用疊片式的封裝結構以及一體化設計,集成度更高,從而提升體積能量密度;此外,由于固體形態以及較高的安全性能,因此減少注液、熱管理和安全管理系統等環節和部件,從負極材料:固態電池可以搭配金屬鋰作為負極材料,理論比容量疊片式封裝:固態電池可以采用疊片式封裝,內部排列更為緊湊,可達3860mAh/g(VS石墨負極材料372mAh/g),可以顯著提升能量密度。正極材料:由于采用固態電解質,因此固態電池具備更高的電化學穩定性,可以配適高鎳三元材料、富鋰錳基材料等高比容量的從而提升體積能量密度。一體化設計:固態電池可以將多個電池單元進行一體化設計和封裝,減少連接部件的使用和間隙的留存,提高集成度,同樣空間可以容納更多單元。正極材料。隔膜:液態電池中隔膜起到隔離和離子傳導的作用,而固態電池可以采用更薄的電解質隔膜甚至可以取消隔膜,從而減少空間和減少工藝&輔料:全固態電池可以減少電解液注液的工藝環節,疊加具備較高的安全性能,所以可以減少部分熱管理和安全管理系統,從而提升能量密度。質量以提升能量密度。電極:傳統鋰離子電池為了保證電解液與電極的充分浸潤和離子傳輸,電極通常需要一定的厚度,固態電解質由于采用固體形式因此和電極的接觸更為緊密,因此電極可以更加輕薄。安全性:液態鋰離子電池具有一定的安全問題:1)電解液具有可燃性易引發電池熱失控;2)鋰離子電池長時間使用易產生鋰枝晶穿透隔膜造成短路引發風險。由于固態電池采用固態電解質,可以緩解傳統液態電池的可燃性電解液以及鋰枝晶等問題液液固液態鋰離子電池中,電解液通常由有機溶劑和鋰鹽組成,電池內部發生短路或熱量積聚時,有機溶劑在高溫下易燃燒,造成電池熱失控。液固固態電池采用固態電解質替代液態電池中的電解液,不像液態電解液那樣易燃液固液態鋰離子電池在長期使用過程中,可能產生鋰枝晶刺穿隔膜,造成內部短路,增加安全風險。固態電解質還能有效抑制鋰枝晶的生長,避免了因鋰枝晶刺穿隔膜而引發的內部短路問題。日本研發固態電池多年。日本在固態電池技術發展上具備較為深厚的經驗,在2007年就已經啟動“下一代汽車用高性能蓄電系統技術開發”項目,并設定2030年的發展目標;設立官-產-學聯盟,舉電池和車企等多方之力推動固態電池應用落地,2012年豐田公司試制車用全固態電池。在技術方面,2011年東京工業大學Kanno教授第一次發現了一種具有三維鋰離子通道的硫化物電解質,室溫下其鋰離子電導率達新能源與產業技術開發機構(NEDO)啟動“下一代汽車用高性能蓄NEDO宣布在未來5年內投資100億日元,由豐田、本田、日產、松下等23家企業,以及日本理化學研究所等NEDO部署“電動汽車創新電池開發”項目(2021-2025年),計劃投入166億日元,開發超越鋰電池的鋰離子電池材料評估與研究中心成立,負責“下一代電池材料評估技術開發”項目,成員包括中國鋰電池技術全球領先,固態電池有望加速落地。中國在鋰電技術方面具備全球領先實力,為固態電池的發展奠定堅實的基礎。在國家的政策支持下,包括比亞迪、一汽等車企,寧德時代、國軒高科等電池廠在內,以及電池新興勢力,都對于固態電池進行布局,我們預計產業化取得進展的時點集中在2027-2030年左右。2014年開始研發全固態電池,2023年在國資委的支持下牽頭成立全固態電池發布“長安金鐘罩”全固態電池,能量密度400Wh/kg、純電續航超過1500公里。計劃2025年底完成功能樣件開發,2026年啟上汽智己L6半固態電池版車型已在《道路機動車輛生產企業及產品公告》(第389批)中公示搭載150kWh電池包的2024款ET7,采用固液混合電2013年啟動全固態電池研發,2016年啟動技術可行驗證,2023年啟動產業可行驗證。預計2027年左右啟動批量示范和裝車應用,2030年之后大規鎳三元正極材料,負極以硅碳為主,固態電解質以硫化物電解質為主,60Ah電芯的重量比能量可達400wh/kg,體積比能量8002023年推出凝聚態電池,計劃在2027年進行固態電池的2025年1月全固態電池在江鈴集團新能源合作伙伴大會上亮相,采用高鎳三元正極和高硅負極,能量密度超過2025年1月發布其首款全固態電池,采用100%無機固態電解質,能量密度達380Wh/kg和860-900Wh/L。計劃在2026年進一全固態電池計劃分兩步走,預計在2026年實現生產工藝的突破,推出高功率、高環境耐受性及絕對安全的全固態電池,主要用于混合動公司已成功研發出車規級硫化物全固態電池“金石電池”,并通過嚴苛的200攝氏度熱箱測試。預計2027年進行小批量上車試驗;產業鏈建立起來的情況下,預計2方形鋁殼無隔膜半固態電池已在2024年進入樣件的生產階段,接下來將于2025年開啟批量生產和樣包早在2017年就堅定聚焦全固態電池產業化方向。深耕硫化物全固態電池領域多年,開發出3.5-100Ah各系列電芯產品,能量密度高達300-450Wh/kg,40-80℃,循環次數高達800-1500次。公司已成功研發出能量密度高達520Wh/kg的鋰金屬固態電池,并在無壓力環境下實現了數百次穩定充放循環,容量保持率仍保持韓國:在三星SDI、LG、SK等優質動力電池廠商的共同推進下,韓國固態電池技術得以發展。從技術角度,三星SDI錨定硫化物固態電池,SKI選擇先聚合物-氧化物復合,再硫化物的路線,LG則偏向聚合物和硫化物的技術類型;從時間節點上,我們預計規模生產取美國:主要由初創企業攻克固態電池技術,以Factorial、QuantumScape、SolidPower為首的三家企業,分別與奔馳、大眾和寶馬合作公布《K-BatteryDevelopmentStrategy》,政府協助研發固態電池等新術并提供稅收優惠,投資設備和投資研發最高可享20%及50%的稅收抵免,在202動鋰硫電池和2027年全固態電池的實際商業化應用。①全固態電池:選擇質化物全固態電池、安全性高的氧化物全固態電池,2025-2028年具備質量能400Wh/kg的商用技術,2030年完成裝車驗證:②鋰金屬電池:2025-2028年具等公司參與。計劃5年投資5000萬美元,目標為電芯荷轉移相關研究。能源部、國防部,商務部、國務院共建的聯邦先進電池聯盟(FC研發Super-Gap固態電池技術,將能量密度提升40%至900Wh/L。Super-Gap固態電池采用硫電解質,電池壽命有望達到20年,計劃在2027年開始大規模生產。2024年8月,首批固2024年8月,LG新能源將其首次量產聚合物全固態電池的時間從預定的2026年推遲到聚合物-氧化物復合全固態電池目標在2025年作出原型電池,20282024年9月,宣布推出全固態電池技術Solsticem,專注LLZO(鋰鑭鋯氧)氧化物電解質開發,并獲大眾集團3億美元注2024年6月,與寶馬擴大雙方聯合開發合作伙伴關系,SolidPower不僅將分享其極和電池制造技術”,并且將在寶馬的試驗生產線啟動并運行后為其提供硫化物基固規劃上,第一輛采用全固態電池的寶馬原型車將在2025年之前推出,2030年之前將實現半固態電池已經實現應用落地。目前多家車企布局固態電池車型,包括比亞迪、上汽、寶馬、奔馳等,且半固態電池已經實現上車應用,從目前部分搭載半固態電池的車型來看,基本集中在車型級別在C級,售價在30萬元區間的高端車型。我們認為,由于高端車型對于成本相對敏感度低,未來從半固態到全固態電池的應用也有望率先在高端車型上展開;此外,半固態電池已經實現產業端落地,說明技術上在逐步成熟,為后續全固態的進一步發展奠定良好的技術和應用基礎,有望加速推進全固態電池的產業化。eVTOL,即電動垂直起降飛行器(ElectricVerticalTake-OffandLanding是一種無需依賴傳統跑道,可以通過電力驅動實現垂直起降的飛行器,在城市交通、物流配送旅游、醫療救援、應急響應等領域,eVTOL可以發揮優勢作用。高性能、輕量化、安全性為eVTOL動力源的核心訴求。高性能電池是eVTOL實現長距離飛行的重要部件,同時輕量化有助于降低能耗以及提升性能,使得eVTOL的長距離表現更佳。目前eVTOL也是多家電池廠實現產品應用的重要領域之一,以寧德時代為首的動力電池廠紛紛布局下游的應用落地。2024年5月,寧德時代董事長曾毓群披露,已成功試飛4噸重的電動飛機9系高鎳+硅體系電池搭載在小鵬匯天分體式飛行汽車“陸地航母”,在沒有任何緩沖保護下從15公司已獲得上海時的、零重力等國內客戶定點,并與吉利沃飛達成戰公司2024年實現交付1萬支eVTOL電芯,該產品能夠滿足高安全性、1000次以上循環2025年1月設計完成已進入小批量生產,生產產品待質檢合480Wh/kg金屬鋰負極+氧化物陶瓷電解質除高端乘用車以及eVTOL,固態電池在儲能、商用車、機器人、特種動力、3C數碼產品等領域均有應用的可能性,有望推動固態電池的規模擴大;根據GGII統計,截至2024年11月,國內固態電池產業鏈相關企業已超過200家(研發團隊規模超過10人的企業),行業累計規劃產能超過400GWh。過300GWh。我們認為,隨著產業鏈的不斷完善,技術和產品成熟度提高有望加速實現固態電池的產業化應用,出貨量釋放節奏有望加速。0材料端,在傳統液態電池技術的基礎上,正負極材料中短期可以沿用前期技術,中長期可以朝向更好性能方向升級;固態電解質尤其是硫化物技術路線為純增量環節;輔材包括導電劑、粘結劑等或因固態特性導致性能需求/用量提升。設備端,固態特征有望帶動干法電極的使用,相關設備成為純增量環節。從電池組成方面來看,相較于液態電池的正負極材料、隔膜、電解液四大主材,固態電解質是變化最為明顯的一個環節。固態電解質兼具內部離子傳輸以及隔膜的角色,其性質也直接影響到固態電池的化學性能,因此固態電解質需要滿足:高離子電導率、反應活化能低、化學相容性佳、力學性能良好、電化學穩定窗口寬、化學穩定好等性質。從技術路線上看,聚合物固態電解質發展的較快,技術相對成熟,但是性能提升空間有限;氧化物電解質性能均衡性較好,是固態電池發展前期相對適合的技術路線;硫化物具有更好的離子電導率和加工性能,因此成為固態電池最具備應用實力的技術路線,也是目前各家企業研究的重點方向。分析全球固態電解質的專利申請情況,硫化物的專利申請相對較晚,從2017年開始快速增長,到2023年達到155項。表:不同固態電解質對比項目聚合物電解質氧化物電解質硫化物電解質材料聚環氧乙烷、聚丙烯腈等LiPON、NASICON等LiGPS、LiSnPS、LiSiPS等離子電導率低(室溫:10-7-10-5S/cm;65-78℃:10-4S/cm)中(10-6-10-3S/cm高(10-7-10-2S/cm)界面相容性高高低能量密度低中高材料成本高低高制備成本低高高優點高溫下工作性能好,易大規模制備薄膜各項性能表現較為均衡電導率高,工作性能表現優異缺點常溫下電導率低,化學穩定性較差,電化學窗口窄電導率較低,界面接觸差易氧化,界面穩定性較差市場化前景技術較成熟,已率先進行小規模量產容量小,適用于消費類電池最適用于動力電池,商業化潛力大技術難度離子電導率和循環壽命有待提高機械性能差,制備成本高技術難度大,對空氣敏感,與鋰金屬的相容性低硫化物技術路線逐步清晰,成為各家企業布局重點。由于在性能上突出的表現,硫化物技術路線成為目前各家電池以及材料廠的研究重點,目前包括寧德時代在內的多家電池廠以及一汽等車企都錨定硫化物的技術路線,推動實現固態電池的終極性能。公司正極主體電解質預計產業化時間寧德時代高鎳三元鋰金屬/硅碳負極硫化物2027年比亞迪高鎳三元硅碳負極鹵化物/硫化物2027年一汽高鎳三元硅碳負極硫化物2027年衛藍新能源高鎳三元硅碳負極聚合物/氧化物/硫化物2027年國軒高科高鎳三元硅碳負極硫化物2027-2030年上汽/清陶能源錳基正極鋰金屬/硅碳負極聚合物/氧化物/鹵化物2026年億緯鋰能高鎳三元硅碳負極硫化物/鹵化物/聚合物2028年吉利高鎳三元硅碳負極聚合物/硫化物2027年中創新航高鎳三元硅碳負極硫化物2027-2028年孚能科技高鎳三元硅碳負極硫化物2032年恩力動力高鎳三元鋰金屬負極硫化物2026年上海屹鋰高鎳三元鋰金屬/硅碳負極硫化物2026年賽科動力高鎳三元硅碳負極硫化物2027-2028年高能時代高鎳三元硅碳負極/石墨負極硫化物無濰柴動力高鎳三元硅碳負極硫化物2027年長安汽車高鎳三元硅碳負極硫化物2027年正極材料:高鎳三元可以匹配短期需求,長期向高性能材料升級。三元材料可以直接匹配固態電池的正極材料需求,由于固態電池的電化學窗口更寬,因此可以兼容更高電壓的正極材料,從而進一步提升能量密度,如超高鎳、富鋰錳基等,其中富鋰錳基擁有較高的比容量和電壓,成為固態電池下一代高能量密度的研發重點之一。負極材料:石墨負極材料是液態電池應用成熟的技術類型,隨著性能提升的要求不斷提高,石墨負極的性能已經逐步接近理論值。后續來看,硅由于具備較高的理論比容量(石墨372mAh/gVS硅4000+mAh/g),有望成為中期適配固態電池的負極材料;但硅具有易膨脹、導電性較差的弱點,因此具備較高的理論比容量、低電極電位的金屬鋰,成為固態電池朝向高能量密度尤其是突破500Wh/kg的主要技術方向。導電劑:由于固態電解質不具備流動性和浸潤性,固態的接觸方式導致正極活性材料與固態電解質層界面之間缺乏有效的離子傳輸介質,因此在極片制備過程中需要具有離子傳輸功能的媒介加入。目前碳納米管為鋰電池中最具應用前景的導電劑類型之一,根據天奈科技2024-11-22投資者關系活動記錄表,在目前固態電池的研發體系中對碳納米管導電劑產品的要求是更高的,需求量也是上升的,越是性能要求高的產品方案就越需要添加更多量及更高代際的碳納米管產品。(PTFE)、乙端-四氟已烯共聚物、PVDF、四氟已烯-六氟兩烯共聚物等,其中PTFE由于具備:1)分子量更大,更適合纖維化形成更穩定的“三維”網絡,從而固定住正極材料,使電池性能穩定;2)化學穩定性更強;3)不易燃燒,安全性高等優勢具備應用潛力。我們認為,隨著固態電池的產業化落地,導電劑以及粘結劑等輔材產品的性能/用量有望不斷提升。傳統液態電池的制造流程可以分為三大環節:前段-制片環節、中段-裝配環節、后段-測試環節,其中制片環節是電池制造的基礎部分,對于設備的穩定度、精確度等都有較高的要求。硫化物是最具潛力的全固態電池技術方向,但是硫化物電解質對有機溶劑敏感度較高,傳統濕法工藝的水分容易和硫化物發生化學反應生成產生硫化氫等有害氣體,因此干法電極的制備成為全固態電池生產過程中重要的工藝環節。干法電極是指不使用液態溶劑,直接將活性材料、導電劑和粘合劑的固態粉末混合在一起的技術。干法極片技術可以簡化電極制造流程,將濕法工藝所需的混合、制漿、涂布、干燥、輥壓等過程一體化,具有工藝流程較短、理論成本低、環保等優勢。極片模切卷繞/疊片焊接入殼極片模切卷繞/疊片焊接入殼電芯干燥電芯注液上料勻漿極片涂布極片輥壓極片分切極片制片干法可以簡干法可以簡化工藝流程電芯檢測電池成組電池pack低高大干法電極的制備方法主要有粘合劑原纖化法和粉末靜電噴涂法兩類:1)粘合劑原纖化法是指將活性材料、導電劑、粘合劑混合,混合過程中粘結劑粉末被拉成纖維狀,再將纖維狀的物質壓成薄片貼在箔體。粘合劑原纖化法是Maxwell用于生產超級電容器的主要技術,2019年特斯拉收購Maxwell,逐步擴大這項技術在鋰電池電極上的應用。2)粉末靜電噴涂法是利用帶電粉末在電場作用下均勻沉積至集流體上,再通過熱壓使粘結劑融化固定、擠壓成自支撐膜的技術。噴涂法主要是日本豐田所引領,早在2012年豐田和Zeon聯合申請一項制造電極和粉末噴涂裝置的專利。粘合劑原纖化法具備低能耗、厚度可控以及較好的面能量密度,在性能穩定性和可加工性上表現更優,因此成為主流的干法電極制

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