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固态电池专家会交流纪要

独角兽智库  · 公众号  · 科技投资  · 2025-03-06 19:26

正文


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1、固态电池发展现状

半固态电池:2025 年国内大部分(约百分之六七十)半固态电池的功能参数和安全性已达车规级装车标准。2024 年出货量 4 - 5G 瓦时,装机量 1 - 2G 瓦时。当前能量密度平均 330- 380 瓦时每公斤,工作温度零下二三十度到零上 80 度,充放电倍率 4 - 5C,寿命 1500- 2000 次。今年预计大规模装机 20G 瓦时左右,甚至可能超 20G 瓦时。赣锋锂业占比 10%- 12%,清陶 15% - 18%,未来 20%,C 公司 2025 年预估 3.5 - 4GWh,占 20%左右,东方蓝图 8% - 10%,其他头部电池厂商总体 20%左右。

全固态电池:国内主要以硫化物和氧化物为主,大多处于 A 样 B 样阶段,多数厂商电芯在 3 - 5 安时 A 样阶段,部分在 5 - 20 安时区间。电导率最好可达 10 的负 2 次方(B 样),多数厂商为 10 的负 3 次方,成本高。国内进展较快的有 B 公司、C 公司、泰兰新能源、安力动力、清陶、未来等,已开始做准车规级典型。海外方面,日本丰田等快进入 C 样,电芯安时 30 - 50 甚至达车规级前期装机;韩国三星 SDI 和 LG 化学达 40 - 50 安时 B 样阶段;美国 F 公司电芯进入 C 样到 D 样,超 60 安时,可能今年或明年初小批量上市,QuantumScape 和 Solid Power 达 30 - 60 安时。

2、固态电池技术参数

能量密度:半固态电池能量密度平均 330 - 380 瓦时每公斤,C 公司凝聚态实验室能量密度可达 500 瓦时每公斤,正式交付装机达不到 430 - 450 瓦时每公斤。全固态电池国内系统能量密度平均四百多一点点,国外平均 500 以上。

充放电倍率:半固态电池充放电倍率大概在 1 - 100C 状况下可达 4 - 5C,C 公司凝聚态 5C起步,6C 没问题。日本丰田硫化物循环倍率平均 2.5C 左右,三星 2C 左右,F 公司不超过 3C,实际 2C 左右。

寿命:半固态电池寿命一般 1500 - 2000 次,极限 2000 次。日本丰田全固态电池寿命平均1400 次左右,三星 800 - 1200 次,F 公司 1700 - 1800 次。

3、固态电池材料体系

电解质:国内半固态以氧化物为主,全固态硫化物、氧化物都有。如昆山金涛和蔚蓝以氧化物陶瓷类为主,宁德时代等是硫化物。C 公司凝聚态电解质是氧化物(LLZO),太阳用氧化物做全固态是混合的,以氧化物为主加其他复合物质。

负极:日韩头部电池厂做的高能量密度全固态电池负极用硅碳,国内全固态电池负极硅碳掺杂比例平均 7%左右,不超 10%,理论上 C 样可参照 20% - 30%,高端用量 30%。若掺 30%- 50%,能量密度保守估计 800 - 1000 瓦时每公斤甚至超 1000 瓦时每公斤。

4、固态电池成本分析

国内成本:国内全固态电池 B 样平均一度电 2000 元左右,半固态电池目前平均 850 - 1100元,精确为 920 - 950 元,今年预计跌到 850 - 900 元。国内半固态降价空间不大,降 3%以内算很好,未来 2027 - 2028 年可能降到类似三元电池价格(600 - 700 元)。

海外成本:日本丰田系统一度电 1400 - 1500 元,三星 1300 - 1500 元,美国 F 公司 2000- 2200   元。日韩成本低主要因电解质膜和负极成本控制好,其制备技术工艺成熟,固体电解质膜单吨成本比国内低 30%,负极单吨平均 7 - 8 万,国内二三十万一吨,但日韩锂电设备成本高。

5、固态电池应用场景

新应用场景验证与使用情况:在依维塔和机器人应用场景,全固态电池处于前期实验 B 样阶段,半固态可进入 D 样直接装机(低空飞行、机器人)。工程机械、电动船舶、电动工具、两轮三轮电动车等,目前只有半固态可直接应用,全固态未试验。

性能指标差异:低空飞行安全性要求高于车规级,防止热失控的温升、电流电压控制、短路切断供电要求在 0.1 秒以内,车规级可容许 0.5 秒以内,低空飞行热失控事故要求 10 个 PPM 以内,车规级 100 个 PPM 以内。机器人用在高危行业热失控几率 20 - 30 个 PPM,机器物流运输 50 - 100 个 PPM,部分仓库 10 个 PPM 以内,一般仓库和车规级一样。

6、固态电池相关技术问题

电芯放大问题:从 C 样到 D 样电芯放大过程中,最大问题在前段,占痛点权重 75% - 80%,如干混、干涂、滚压分切一体化等,电解质膜制备技术关键,后续问题不大。

固态电解质膜采购:大部分电池厂商采购做好的膜,少数头部厂商(B 公司、C 公司、ATL、泰兰等)自己做膜并买一些做参考试用对比,小公司全部靠买,因工艺设备贵。

硫化锂合成路线:硫化锂合成一般以固相法为主,液相法在提纯等方面不太成熟。其评价指标包括压实密度、真实密度、固含量、比表面积等,目前追求高压实密度。

硅基负极比例:国内硅氧用于动力电池无明确比例,行业尝试用 AI 模型计算实验室制备可达 60% - 70%,通常 5% - 8%,3C 产品平均十几、15%、17%。硅氧硅碳正常技术不能超 30%,目前最佳比例 15%以内。韩国 group fourteen 硅比例达 45%,因其在 CVD 化学气相沉积和多孔碳骨架方面做得好,能使硅粉附着在骨架上不膨胀。

Q&A:

Q:国内的全固态、半固态电池目前的性能指标如何,开发节奏及装车试点路测预期是怎样的?

A:2025 年,国内大部分(约 60%-70%)半固态电池的功能参数和安全性已达车规级装车标准。2024 年出货量 4 - 5G 瓦时,装机量 1 - 2G 瓦时。半固态电池功能参数领先,能量密度平均 330 - 380 瓦时每公斤,工作温度零下二三十度到零上 80 度,充放电倍率在 1 - 100C状况下可达 4 - 5C,寿命正常 1500 - 2000 次,极限 2000 次,且功能参数还在提升。今年半固态电池可大规模放样、装机,保守估计装机量 20G 瓦时左右,可能超 20G 瓦时。全固态电池方面,国内不管做氧化物、硫化物还是聚合物(主要是硫化物和氧化物),都还在 A 样 B 样阶段,大部分在 3 - 5 安时的 A 样阶段,进入 20、30 安时以上测试阶段的不多,多数厂商停留在 5 - 20 安时区间的 A 样阶段。电导率最好能达到 10 的负 2 次方(B 样),大部分厂商是 10 的负 3 次方,成本非常高。国内进展较快的全固态电池厂商如 B 公司、C 公司、泰兰新能源、安力动力、清陶、未来等已开始做准车规级典型。日本丰田、三井、松下快进入 C 样,电芯安时能做到 30 - 50,部分可达车规级前期装机;韩国三星 SDI 和 LG 化 学能达到 40 - 50 安时,处于 B 样阶段;美国 F 公司电芯可从 C 样到 D 样,D 样超 60 安时,可能今年或明年初小批量上市,QuantumScape 和 Solid Power 达到 30 - 60 安时电芯。

Q:预计今年 20G 瓦时左右的半固态装机量中,各厂商的量大概是多少?

A:赣锋锂业深圳工厂占 10% - 12%;清陶可达 15% - 18%;未来可达 20%;南都最多两三个点;C 公司 2025 年预估 3.5 - 4GWh,占 20%左右;东方蓝图装机量预估 8% - 10%;其他头部电池厂商(B 公司、E 公司、EVE 等)总体加起来约 20%,其他主要电池厂商目前还没有量释放。

Q:C   公司的半固态(凝聚态)实际装车的能量密度和循环倍率是什么水平?

A:实验室(C 样)能量密度数据,正式交付装机达不到 430 - 450 瓦时每公斤。其倍率因是三元正极(高电压、811 也行),5C 起步,6C 没问题。

Q:C 公司凝聚态的电解质是聚合物吗?

A:不是,是氧化物(LLZO)。

Q:现在国内半固态基本上还都是氧化物吗?

A:以氧化物为主。

Q:国内全固态的那几家是硫化物吗?

A:硫化物有,氧化物也有。昆山金涛跟蔚蓝以氧化物陶瓷类为主(最早研究过聚合物但不成熟);宁德时代、比亚迪、赣锋等有氧化物也有硫化物,赣锋是氧化物和硫化物都有。

Q:太阳用氧化物做全固态,是纯氧化物还是氧化物加聚合物?

A:不是纯的,是以氧化物为主,加以其他一些复合物质。

Q:太阳做全固态电池中其他复合物质是什么?

A:是一些相对于金属的融合物,比如西安还有一些其他的,像牛拉西拉等,不是完全以氧化物(如李兰高氧)为主。

Q:全固态电池的 A 样、B 样、C 样、D 样分别处于什么阶段,对应的电芯大小是多少安时?

A:在实验室之前,一般是在 0.5 到 5 安时以内制备。A 样通常是 10 到 15 安时,宁德是 24安时;B 样一般在 30 安时以内;C 样一般最少以 30 安时起步;D 样基本上以 530 起步,车规级要达到。

Q:目前国内能做到 30 安时以上进入 C 样的有哪几家?

A:C 可以,B 可以,安利可以,泰兰可以,青铜可以,青岛可以,北京蔚蓝新能源可以,电池厂商里面的 EVE 可以,赋能还做不到。

Q:像 CATL、泰兰等要达到 630 以上大概在什么时间点?

A:最快要等到 2026 年 Q4,慢一点的话应该是 2027 年下半年,最快要等到 2027 年 Q4 年底。

Q:进入 D 样之后就可以跟主机厂装车路测了吗?

A:不是直接装车,要提供样品进行测试,比如跑几万公里循环,看综合性能。估计最少要等大半年时间才能签预装机协议。

Q:今年国内会有类似去年工信部给 60 亿支持全固态电池开发这样的资金支持吗?

A:通过内部消息,两会以后应该会有,额度现在很难讲,但估计只有多不会少,最起码应该有五六十亿,因为 2025 年是关键节点。

Q:资金支持还是由工信部给吗,包括给车企、电池厂做开发?

A:由财政部、工信部,包括地方的发改等配套,企业主要看有什么专利、新发明、创新,以及测试样品处于 ABCD 样的哪个阶段、有无通过验证来申请。

Q:从 C 样到 D 样电芯放大的过程中主要存在哪些问题?

A:最大的问题在前段,前段痛点占瓶颈权重的 75% - 80%,主要是干法涂覆,如温料是干粉,正体图极流体涂覆是干粉,电解质膜制备技术关键,且滚压分切这一块支架的剪切力、叠片技术等工艺复杂,后面的问题不大。

Q:固态电解质膜是电池厂采购电解质粉体自己做膜,还是让电解质厂商做成膜再送过来?

A:大部分电池厂是采购人家做好的膜,少部分头部电池厂商如 B 公司、C 公司、ATL、泰兰等自己在做膜,也买一些膜做参考试用对比,小公司全部靠买,因为工艺设备非常贵。

Q:日韩头部电池厂做的全固态电池,其能量密度、循环倍率跟国内头部厂家做的有明显差距吗?

A:日韩比国内领先,比如丰田能做成的电芯能量密度接近 630,系统能量密度接近 600,国内做不到 600 系统;丰田硫化物的循环倍率平均 2.5C 左右,跟国内差不多;丰田系统一度电价格在 1400 - 1500 元,国内平均 2000 元左右一度电;丰田循环寿命平均 1400 次左右,国内头部能做到 1500 次。三星能量密度可达 550 - 580 瓦时每公斤,充电倍率 2C 左右,寿命 800 - 1200 次,价格 1300 - 1500 元。F 公司成本 2000 - 2200 元,能量密度 450 - 500(470 左右),倍率不超过 3C(2C 左右),寿命 1700 - 1800 次。

Q:日韩有两家能做到 500 多、600 能量密度的全固态电池,用的是什么材料体系?也是硅碳负极吗?

A:负极都是用硅碳,锂金属负极还在 A 样阶段,B 样都还没开始。

Q:他们做的能量密度更高,是因为硅碳掺的更多吗?

A:对,是因为负极硅碳掺得多。

Q:国内能做到 450  -  500 的全固态电池,其负极里面硅碳掺杂比例有多少?

A:目前行业里面平均 7%左右,不会超过 10%,超过 10%成本就算不过来了。

Q:纯固态电池如果不考虑成本,理论上硅碳能掺的比例可以到多少?

A:国内都还没进入商用,以前都是 AB 样,如果 C 样的话,可以参照 20%,常规参照 20% - 30%,30%是高端的硅碳负极用量。如果掺入 30%甚至 50%,保守估计能量密度在 800 - 1000瓦时每公斤,甚至会突破 1000 瓦时每公斤。像三星至少有 25%的掺入率,有使用 30%硅碳量。

Q:国内 2000 块钱每度电的这个成本,对应的是 B 样还是 C 样?

A:都是以 B 样为准。

Q:海外的成本说的也是 B 样吗?

A:海外有些公司已进入 C 样,不一样,像三星跟 LG 就是这种情况。

Q:日韩的成本做的比国内低的原因是什么?

A:主要是在电解质膜和负极这两块成本压得比较厉害,正极基本没什么大变化。他们从  16年开始做,比国内起步早。他们制备技术工艺相对成熟,韩系跟日系单吨下来平均 7 - 8万,而国内大几十万一吨,至少二三十万一吨,且他们的固体电解质膜单吨成本比国内至少低 30%。不过他们锂电设备成本高,设备工艺要求高。

Q:国内半固态、全固态在机器人、低空等新的应用场景上的验证及实际使用情况怎么样?

A:在依维塔和机器人应用场景都还处于前期实验状况。全固态在依维塔还停留在 B 样阶段,半固态在低空飞行可进入 D 样(直接装机)。机器人目前只能用半固态和液态,液态可直接装机,半固态可进入 D 样。在工程机械、电动船舶、电动工具、两轮和三轮电动车等方面,全固态根本没试验,半固态可直接应用。

Q:全固态电池用在低空或机器人上,与车规级的相比,性能指标有哪些差异?

A:低空飞行设备对安全性要求比地面上的车规级要高得多,主要体现在对达到燃爆临界点的控制,如防止热失控的温升、电流电压控制及短路控制等。低空飞行要求在 0.1 秒以内切断供电(充电或放电),车规级可容许在 0.5 秒以内切断。从 PPM 角度看,低空飞行发生热失控要求在 10 个 PPM 以内,车规级可能在 100 个 PPM 以内。低空飞行对传感器、预警系统、高压继电器、熔断器、电池管理系统的算法系统及逻辑控制单元的精准计算和控制要求比车规级高很多。机器人用电池要看应用场景,在高危、高温等危险环境中,等级比车规级高,热失控几率至少在 20 - 30 个 PPM;在机器物流运输场景,比车规级稍强,失控几率 50 - 100个 PPM;在丙类、甲类、乙类仓库,要求与低空飞行一样在 10 个 PPM 以内;在锂电车间、丁类或戊类仓库、码头、机场等场景,部分与车规级一样。

Q:半固态电池的成本大概是多少?

A:从测试结果和装机情况来看,半固态电池系统平均成本在 850 - 1100 元区间,精确来说是 920 - 950 元,今年会跌到 850 - 900 元左右。

Q:对于  EV  厂商和机器人本体厂商,他们对电池价格敏感吗?要求降价的需求迫

切吗?

A:他们对半固态电池有降价需求,但受制于材料、工艺不成熟,目前国内半固态电池降价空间不大,能降 3%以内就算很好了,要达到现在三元电池 600 - 700 元的价格基本不现实,未来两三年(2027、2028 年)应该可以。

Q:之前说的半固态、固态成本都是系统成本,是做成电池包的概念吗?

A:是系统成本,包括电芯,系统成本比电芯价格稍贵。

Q:现在车规级的全固态电池已经有装系统了吗?系统能量密度是多少?

A:国内有 C 公司、B 公司、安利跟泰兰有全固态电池做测试用的装车,但仅在实验室实验,系统整体能量密度挺低,平均四百多一点点,达不到 500,国外平均系统能量密度可以达到 500 以上。

Q:系统能量密度 400,按 77 层预算电芯能量密度超过 600,需要什么样的正极才能够适配?

A:目前能够做到这么高能量密度的正极,最高的是超高镍 95 系列(NCM95),92 系列勉强可以,其他的都做不到。

Q:从电池厂的角度,怎么选择硫化锂供应商?硫化锂合成的固相、液相两种工艺路线,各自玩家是怎么选择的,对成本性能有什么影响?

A:一般情况下硫化锂合成以固相法为主,液相法在提纯等方面还不是很成熟。

Q:硫化锂有什么评价指标,为什么价格这么贵?

A:评价指标有压实密度、真实密度、固含量、比表面积等,不止这几种。像最早的 LGPS型是通过高温烧结、高能球磨高温烧结制备,现在追求高压实密度,类似磷酸铁锂,压实密度非常高。

Q:硅氧和 CVD 法负极的常规上限分别是多少?

A:在动力电池里,硅氧没有明确的使用比例,基于是否发生副反应、掉粉、与电解液反应、体积膨胀等情况而定。行业实验室制备硅氧可达 60% - 70%,但通常不敢用这么高比例,动

力领域通常比例在 5% - 8%;3C 领域如钢壳电池、笔记本、平板等使用硅的比例高一点,平均有十几、15%、17% ,动力领域平均只有百分之几。硅氧硅碳受性能决定,目前技术下正常不能超过 30%,原来最早不能超过 15%甚至 12%添加量,因为会有很多副反应和体积膨胀等问题,目前最佳比例是 15%以内,不过都在攻克因掺杂量提升导致的不可控情况。

Q:韩国的 group fourteen 硅比例做到 45%,是在技术上有什么领先,是多孔碳做得好还是 CVD 做得好?

A:主要是该公司在 CVD(化学气相沉积)这一块做得非常好,其多孔碳的骨架能形成稳定架构,不会出现掉粉等情况。另外,它使用传统铜箔作为集流体,归根结底是其碳骨架跟硅颗粒的粒径能够融合在一起,能把硅粉很好地附着在骨架上,不会形成二次膨胀。


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