1、內(nèi)容目錄 HYPERLINK l _TOC_250016 解析一：半固態(tài)鋰電池的產(chǎn)業(yè)化道路進(jìn)展如何？ 4 HYPERLINK l _TOC_250015 腳踏實(shí)地，半固態(tài)鋰電池先行 4 HYPERLINK l _TOC_250014 半固態(tài)鋰電池商業(yè)化進(jìn)展及制備工藝兼容性？ 5 HYPERLINK l _TOC_250013 解析二：全固態(tài)鋰電池的產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀如何？ 7 HYPERLINK l _TOC_250012 從全球研究機(jī)構(gòu)看全固態(tài)鋰電池的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程 7 HYPERLINK l _TOC_250011 聚合物全固態(tài)鋰電池：已有初步商業(yè)化產(chǎn)品面世 9 HYPERLINK l _TOC_25

2、0010 氧化物薄膜全固態(tài)鋰電池：小微型電池領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用 11 HYPERLINK l _TOC_250009 硫化物全固態(tài)鋰電池：界面性能和工藝技術(shù)突破成為商業(yè)化關(guān)鍵 14 HYPERLINK l _TOC_250008 解析三：全固態(tài)鋰電池產(chǎn)業(yè)化對現(xiàn)有電池體系的沖擊有多大？ 16 HYPERLINK l _TOC_250007 全固態(tài)鋰電池&液態(tài)鋰電池生產(chǎn)工藝對比 16聚合物全固態(tài)生產(chǎn)技術(shù)可以兼容現(xiàn)有產(chǎn)線 16LiPON 薄膜全固態(tài)鋰電池：工藝設(shè)備壁壘高，成本管控是關(guān)鍵 16硫化物全固態(tài)鋰電池：制備工藝有望兼容傳統(tǒng)鋰電池疊片工藝 17 HYPERLINK l _TOC_250006

3、全固態(tài)鋰電池&液態(tài)鋰電池的電池材料體系對比 18 HYPERLINK l _TOC_250005 正極材料體系：兼容性較強(qiáng)，高電壓復(fù)合電極材料有望成為主流 18 HYPERLINK l _TOC_250004 負(fù)極材料體系：金屬鋰有望逐漸替代當(dāng)前石墨、硅碳負(fù)極材料 18 HYPERLINK l _TOC_250003 電解液體系：有機(jī)溶劑將被替代，新型鋰鹽有望導(dǎo)入聚合物全固態(tài)鋰電池 19 HYPERLINK l _TOC_250002 對其他零部件的影響 19 HYPERLINK l _TOC_250001 投資建議 19 HYPERLINK l _TOC_250000 風(fēng)險(xiǎn)提示 20圖表目錄

4、圖 1：凝膠電解質(zhì)優(yōu)劣勢情況 5圖 2：豐田關(guān)于無機(jī)固體電解質(zhì)方面的專利申請情況 8圖 3：1996-2015 年海外專利申請情況 9圖 4：1996-2015 年國內(nèi)專利申請情況 9圖 5：國內(nèi)主要開發(fā)固態(tài)鋰電池機(jī)構(gòu)分布及其主要路線 9圖 6：法國博羅雷 Autolib 純電動(dòng)租賃車 10圖 7：青能-固體電池工作圖 10圖 8：青島能源所關(guān)于“萬泉”設(shè)備參航證書 10圖 9：氧化物薄膜全固態(tài)電池 11圖 10：薄膜全固態(tài)鋰電池在小微型領(lǐng)域空間（億美元） 13圖 11：薄膜全固態(tài)鋰電池在柔性電池（億美元） 13圖 12：氧化物薄膜全固態(tài)電池 13圖 13：聚合物全固體鋰電池生產(chǎn)工藝示意圖 1

5、6圖 14：聚合物全固態(tài)鋰電池生產(chǎn)流程圖 16圖 15：傳統(tǒng)鋰電池生產(chǎn)工藝流程 16圖 16：從層堆垛提升固態(tài)電池能量密度 17圖 17：硫化物全固態(tài)鋰電池制備工藝流程示意圖 18表 1：常見的氧化物電解質(zhì)離子電導(dǎo)率情況 4表 2：主流的凝膠電解質(zhì)種類及性能 5表 3：企業(yè)關(guān)于熱引發(fā)現(xiàn)場聚合的專利申請 6表 4：半固態(tài)鋰電池對傳統(tǒng)四大材料體系的影響 6表 5：固體電解質(zhì)類型及其特點(diǎn)對比 7表 6：聚合物固態(tài)鋰電池全球產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀 7表 7：聚合物固態(tài)鋰電池全球產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀 11表 8：商業(yè)化薄膜全固態(tài)鋰電池企業(yè)匯總 12表 9：IPS 生產(chǎn)手機(jī)用薄膜全固態(tài)鋰電池與傳統(tǒng)鋰電池成本拆分 13表 10：

6、硫化物固態(tài)鋰電池全球產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀 15表 10：固態(tài)鋰電池產(chǎn)業(yè)化對現(xiàn)有電池材料體系的影響 19解析一：半固態(tài)鋰電池的產(chǎn)業(yè)化道路進(jìn)展如何？全固態(tài)鋰電池具備能量密度高、安全性高、柔性化等優(yōu)勢，同時(shí)又存在離子電導(dǎo)率低、界面阻抗大等問題短期無法商業(yè)化，這個(gè)已經(jīng)得到市場普遍的認(rèn)可，我們不再贅訴。我們本篇報(bào)告將深度解析市場最關(guān)注的三個(gè)問題：1、半固態(tài)鋰電池對現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)鏈的影響？2、全固態(tài)鋰電池體系的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程如何？3、全固態(tài)鋰電池產(chǎn)業(yè)化后對現(xiàn)有液態(tài)鋰電池的材料體系和制備工藝有多大的沖擊？腳踏實(shí)地，半固態(tài)鋰電池先行蔚來發(fā)布 150KWh 固態(tài)電池，預(yù)計(jì) 2022 年四季度推出。2021 年 1 月 9 日，蔚來

7、汽車舉行 NIO DAY 發(fā)布會(huì)，發(fā)布 150kwh 固態(tài)電池包，預(yù)計(jì)將于 2022 年第四季度正式推出，能量密度達(dá)到 360wh/kg。其中，固態(tài)電池主要采用了“原位固化固液電解質(zhì)”，該技術(shù)的創(chuàng)新在于原位聚合涂覆技術(shù)，即在基膜上進(jìn)行的涂覆是由原位聚合反應(yīng)實(shí)現(xiàn)，可以改善正負(fù)極界面接觸，預(yù)計(jì)原位聚合涂覆用了 LLZTO、LATP 等陶瓷固態(tài)電解質(zhì)成分。我們認(rèn)為原位固化固液技術(shù)主要為了解決無機(jī)電解質(zhì)/電極的界面阻抗問題。目前市場上無機(jī)固體電解質(zhì)的研究主要集中在兩大類，硫化物體系與氧化物體系，其中氧化物體系 LLZTO、 LATP 等存在界面阻抗高、制備的電解質(zhì)膜機(jī)械性能差、離子電導(dǎo)率低等短期無法有

8、效解決的問題。采用原位固化技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)固體電極片與電解質(zhì)膜在分子層面的緊密接觸，降低固/固界面阻抗，有效提升電池的倍率性能。同時(shí)，參考最新的學(xué)術(shù)研究成果，目前氧化物電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率仍處于 10-4S/cm 左右的較低水平，暫時(shí)達(dá)不到商業(yè)化（10-2S/cm）要求，因此我們預(yù)計(jì)仍需要加入電解液來解決離子電導(dǎo)率。電解質(zhì)種類細(xì)分品種室溫電導(dǎo)率（S/cm）表 1：常見的氧化物電解質(zhì)離子電導(dǎo)率情況LiGe2(PO4)310-210-4石榴石型LiLaZrTaO10-310-4鈣鈦礦型LiLaTiO310-410-5LISICONr-Li3PO410-510-6NASICONLiTi2(PO4)3 1

9、0-4Li3N-10-610-7LiPON- 10-6資料來源：Journal of Power Sources，傳統(tǒng)半固態(tài)鋰電池，主要是指采用凝膠電解質(zhì)制備的鋰電池。凝膠電解質(zhì)，是以聚合物為電解質(zhì)“基膜”，加入鋰鹽，同時(shí)加入碳酸二乙酯/碳酸乙烯酯等低分子有機(jī)溶劑作為增塑劑，經(jīng)過浸泡活化后，得到離子電導(dǎo)率指標(biāo)介于固體電解質(zhì)和傳統(tǒng)電解液之間的凝膠電解質(zhì)。凝膠電解質(zhì)具備固體和液體的雙重優(yōu)勢，同時(shí)具備粘結(jié)性和液體快速傳輸性質(zhì)。凝膠電解質(zhì)是針對目前聚合物固體電解質(zhì)離子電導(dǎo)率低，而采取的一種折中方式。凝膠電解質(zhì)既不是固體，也不是液體，反過來講既是液體，也是固體，因此同時(shí)兼?zhèn)鋬烧叩膬?yōu)勢。凝膠電解質(zhì)種類：目

10、前研究較為成熟，已經(jīng)商業(yè)化的有 PEO（聚環(huán)氧乙烯）基、PVDF- HFP（聚氯乙烯-六氟丙烯）基、PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）基、PAN（聚丙烯腈）基。其優(yōu)點(diǎn)在于：1、離子電導(dǎo)率比聚合物固體電解質(zhì)高，一般在 10-3S/cm 數(shù)量級(jí)，基本滿足商業(yè)化應(yīng)用需求。2、基本形態(tài)為固態(tài)，沒有流動(dòng)的液體，封裝簡單，形狀可以多樣化，適用于軟包電池中。3、界面相容性較好，循環(huán)性能和倍率性能均較好。凝膠電解質(zhì)種類電解質(zhì)性能表 2：主流的凝膠電解質(zhì)種類及性能PEO 基聚合物膜交聯(lián)度、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、吸附電解液性能好，高離子電導(dǎo)率，室溫達(dá)到 1S/cm，具備寬的電化學(xué)窗口和好的熱穩(wěn)定性。PMMA 基較高的離子電導(dǎo)率，

11、良好的電化學(xué)及界面穩(wěn)定性PVDF-HFP 基多孔薄膜具備優(yōu)良化學(xué)性能和機(jī)械性能，吸附電解液能力強(qiáng)，室溫電導(dǎo)率 10-3S/cm，電化學(xué)性能良好資料來源：鋰離子電池安全性能研究，半固態(tài)鋰電池只是一種過渡產(chǎn)品，并非最終解決方案。由于凝膠電解質(zhì)還是含有少量低閃點(diǎn)的有機(jī)溶劑，并沒有從根本上解決電解液造成的安全性能問題，采用金屬鋰做負(fù)極仍有一定的安全隱患，因此對能量密度的提升程度有限，是短期全固態(tài)鋰電池沒有實(shí)現(xiàn)商業(yè)化情況下的一種折中解決方案，并非最終形態(tài)。圖 1：凝膠電解質(zhì)優(yōu)劣勢情況資料來源：鋰離子電池用聚合物凝膠電解質(zhì)研究進(jìn)展（電池工業(yè)），半固態(tài)鋰電池商業(yè)化進(jìn)展及制備工藝兼容性？珈偉股份實(shí)現(xiàn)第一期快充

12、類固態(tài)鋰電池投產(chǎn)。根據(jù)公司 2017 年 12 月 20 日公司，其控股子公司珈偉龍能固態(tài)儲(chǔ)能科技如皋第一期快充類固態(tài)鋰電池生產(chǎn)線正式投產(chǎn)，規(guī)模 1 億 Wh。公司通過引入離子液體或者凝膠電解質(zhì)，改善電解質(zhì)的界面浸潤性和穩(wěn)定性，降低界面阻抗，達(dá)到類固態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)，未來公司主要面向 4 種類型的電池：1、高鎳電池，配套物流車、乘用車等，能量密度達(dá)到 120-130Wh/kg，循環(huán)壽命 7000 次以上；2、磷酸鐵鋰電池，配套公家車，客車；3、鈦酸鋰電池，配套卡車、拉煤車、軌道車等，循環(huán)壽命 20000 次以上；4、高能量密度鋰電池，配套乘用車，能量密度到 230Wh/kg，循環(huán)壽命 2000 次以上

13、。贛鋒鋰業(yè)一期項(xiàng)目固液混合的半固態(tài)鋰電池實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)能力。公司與中科院許曉雄課題組合作，設(shè)立全資子公司浙江鋒鋰新能源科技有限公司，開展固態(tài)鋰電池方面的產(chǎn)業(yè)化工作。根據(jù)公司 2018 年 8 月 3 日投資者關(guān)系活動(dòng)記錄表資料顯示，公司項(xiàng)目一期中樣品電芯屬于混合固液電解質(zhì)類型的半固態(tài)鋰電池；按照產(chǎn)品設(shè)計(jì)的要求，該款電池是綜合具備了較高比能量、優(yōu)異的功率特性及良好的循環(huán)壽命，同時(shí)易于規(guī)模化制備。按照現(xiàn)有循環(huán)測試數(shù)據(jù)推算，預(yù)計(jì)該類電池可循環(huán) 3000 次，容量保持 80%（1C 充電/1C 放電，100%DOD，室溫條件）。半固態(tài)鋰電池制備工藝流程可兼容傳統(tǒng)鋰電池生產(chǎn)工藝。半固態(tài)鋰電池的正極、負(fù)極

14、極片的制備工藝可兼容傳統(tǒng)鋰電池卷繞和疊片的制備工藝。凝膠電解質(zhì)制備工藝相對復(fù)雜，主要有兩種：1、傳統(tǒng)工藝：基于分子間作用力形成物理交聯(lián)，再吸入電解液。需要經(jīng)過聚合物成膜、造孔劑萃出、電解液浸漬等步驟，制備出凝膠電解液后再通過疊片、卷繞的方式與正負(fù)極組裝成電池。2、現(xiàn)場聚合工藝，其中熱引發(fā)現(xiàn)場聚合是目前主流的技術(shù)。加入一定比例的單體、熱引發(fā)劑、交聯(lián)劑、電解液混合均勻，制備前驅(qū)體溶液，注入電池殼中，臵于 50-120下加熱 0.5-1 小時(shí)，在不改變現(xiàn)有鋰電池工藝的基礎(chǔ)上，制備半固態(tài)鋰電池。目前中科院物理研究所、比亞迪、三洋株式會(huì)社、三星 SDI 均有相關(guān)的技術(shù)研究和專利儲(chǔ)備。企業(yè)專利名稱國別申請

15、時(shí)間專利申請?zhí)柋?3：企業(yè)關(guān)于熱引發(fā)現(xiàn)場聚合的專利申請中科院物理研究所 一種以膠體聚合物為電解質(zhì)的二次鋰離子電池及制備方法比亞迪凝膠聚合物電解質(zhì)和聚合物電池及其制備方法三樣株式會(huì)社能有效阻漏的聚合物電解質(zhì)和采用該電解質(zhì)的鋰電池中國2000 年 3 月 30 日CN00105541.002.0中國2012 年 5 月 22 日CN2012101586韓國2003 年 6 月 18 日CN03152467.2三星 SDI制備鋰離子聚合物電池的方法韓國2003 年 3 月 12 日CN03120182.2資料來源：國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局，半固態(tài)鋰電池對現(xiàn)有四大材料體系沖擊較小。1、正極材料：可延續(xù)現(xiàn)有鋰電池

16、的正極材料體系，磷酸鐵鋰、錳酸鋰、鈷酸鋰、三元 NCM 等。2、負(fù)極材料：目前主流的石墨系，鈦酸鋰等、以及未來的硅碳系均可適用，由于存在電解液以及隔膜，不適用于金屬鋰負(fù)極。3、電解液：仍需要少量的有機(jī)溶劑浸漬，目前主流的商業(yè)化鋰鹽 LiFP6 ，以及新型鋰鹽 LiTFSI/LiFSI 等需要添加。4、隔膜：由于仍有部分電解液存在，凝膠電解質(zhì)不能起到電子絕緣的作用，仍需要隔膜隔絕正負(fù)極防止短路。材料名稱半固態(tài)鋰電池的影響表 4：半固態(tài)鋰電池對傳統(tǒng)四大材料體系的影響正極材料可延續(xù)現(xiàn)有鋰電池的正極材料體系，磷酸鐵鋰、錳酸鋰、鈷酸鋰、三元 NCM 等負(fù)極材料目前主流的石墨系，鈦酸鋰等、以及未來的硅碳系

17、均可適用，不適用于金屬鋰負(fù)極隔膜仍需要隔膜隔絕正負(fù)極防止短路電解液仍需要少量的有機(jī)溶劑浸漬，現(xiàn)有體系的 EC/DEC/DMC 等溶劑仍需要，現(xiàn)有鋰鹽 LiFP6，以及新型鋰鹽 LiTFSI/LiFSI 等仍有需要資料來源：GGII，解析二：全固態(tài)鋰電池的產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀如何？業(yè)內(nèi)預(yù)計(jì)全固態(tài)鋰電池有望在 2020-2025 年期間實(shí)現(xiàn)小批量生產(chǎn)。早在 1978 年Michel Armand 首次報(bào)道了固態(tài)金屬鋰電池的相關(guān)研究，隨后 40 年內(nèi)固態(tài)鋰電池被全球廣泛研究，固體電解質(zhì)離子電導(dǎo)率低，界面相容性差等技術(shù)瓶頸制約了商業(yè)化進(jìn)程，全固態(tài)鋰電池的研究停滯于 20 世紀(jì)末，2007年開始，全固態(tài)鋰電池的研

18、究開發(fā)復(fù)蘇，2017 年中國電動(dòng)汽車百人論壇上，業(yè)界預(yù)計(jì) 2020-2025年全固態(tài)鋰電池有望實(shí)現(xiàn)小批量生產(chǎn)。固體電解質(zhì)按照體系主要分為兩大類：有機(jī)體系和無機(jī)體系固體電解質(zhì)。有機(jī)電解質(zhì)相對簡單一些，主要以PEO 為主，無機(jī)體系又可以細(xì)分為氧化物體系和硫化物體系。氧化物電解質(zhì)體系又可以細(xì)分為非晶態(tài)氧化物（薄膜氧化物）體系，以及晶態(tài)氧化物體系；硫化物體系也屬于非晶態(tài)體系的固體電解質(zhì)。表 5：固體電解質(zhì)類型及其特點(diǎn)對比電解質(zhì)種類聚合物體系無機(jī)體系氧化物體系硫化物體系優(yōu)勢原材料充足，價(jià)格低廉，制備工藝簡單；2）具備較好的機(jī)械性能和韌性；制備工藝流程簡化；4）界面相容性好。薄膜型商業(yè)化潛力大；晶態(tài)型對空

19、氣和水分穩(wěn)定性高鋰離子電導(dǎo)率高熱穩(wěn)定性高；電化學(xué)窗口寬，適用高電壓電極材料；離子遷移數(shù)高缺點(diǎn)1）常溫及低溫離子電導(dǎo)率低，正常在10-5S/cm 以下；2）鋰離子遷移數(shù)低1）加工難度大；2）機(jī)械性能差；3）成本高；硫化物體系對水氧敏感度高；4）晶態(tài)氧化物的界面相容性差。代表類型PEO、聚硅氧烷、聚碳酸酯等LIPON、導(dǎo)鋰機(jī)理通過絡(luò)合配位與無定形區(qū)的鏈段運(yùn)動(dòng)對鋰離子進(jìn)行定向遷移電解質(zhì)結(jié)構(gòu)中的結(jié)構(gòu)缺陷和空位缺陷來形成導(dǎo)鋰空位，實(shí)現(xiàn)對鋰離子的定向遷移資料來源：Journal of Power Sources，從全球研究機(jī)構(gòu)看全固態(tài)鋰電池的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程日本固態(tài)電池研究體系成熟，計(jì)劃 2022 年全面掌握全

20、固態(tài)電池相關(guān)技術(shù)。日本在硫化物全固態(tài)鋰電池方面的研究成果較為突出。法國 Bollor公司是全球第一個(gè)將聚合物全固態(tài)鋰電池運(yùn)用于電動(dòng)車的公司。海外申請專利前 10 名中，日本公司占有 9 家，韓國公司占 1 家。其中日本豐田株式會(huì)社申請的專利數(shù)最多，達(dá)到 218 件，占總申請數(shù)的 20.15%。2018 年 6月，日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)宣布，將于未來五年內(nèi)聯(lián)合學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)和企業(yè)共同開發(fā)下一代電動(dòng)車全固態(tài)鋰電池。該項(xiàng)目預(yù)計(jì)總投資額 100 億日元（5.8 億元人民幣），豐田、本田、日產(chǎn)、松下等 23 家汽車、電池和材料企業(yè)，以及京都大學(xué)、日本理化學(xué)研究所等 15家學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)將共同參與研究，計(jì)劃將

21、于 2022 年全面掌握全固態(tài)電池相關(guān)技術(shù)。序號(hào)申請人國別專利件數(shù)占比1豐田株式會(huì)社（TOYOTA JIDOSHA KK）日本21820.15%2出光興產(chǎn)株式會(huì)社（IDEMITSU KOSAN CO LTD）日本423.88%3村田株式會(huì)社（MURATA MFG CO LTD）日本302.77%4住友電氣工業(yè)株式會(huì)社（SUMITOMO ELECTRIC IND LTD）日本252.31%5日立造船株式會(huì)社（HITACHI ZOSEN CORP）日本211.94%6NGK 絕緣子株式會(huì)社（NGK INSULATORS LTD）日本211.94%7LG 化學(xué)公司（LG CHEM LTD）韓國181

22、.66%8松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社（MATSUSHITA DENKI SANGYO KK）日本181.66%表 6：聚合物固態(tài)鋰電池全球產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀9日本松下電器股份有限公司日本161.48%10獨(dú)立行政法人產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院日本151.39%（MATSUSHITA ELEC IND CO LTD）（DOKURITSU GYOSEI HOJIN SANGYO GIJUTSU SO ）資料來源：中國知識(shí)產(chǎn)權(quán)報(bào)，豐田的固態(tài)電池專利申請居全球之首，80%集中在無機(jī)固體電解質(zhì)領(lǐng)域。豐田進(jìn)入無機(jī)固體電解質(zhì)的時(shí)間相對較晚，但進(jìn)行了持續(xù)性的專利布局，主要分布在氧化物電解質(zhì)和硫化物電解質(zhì)方面。其中氧化物電解質(zhì)只集中在

23、2010-2011 年期間，占比逐漸減少，豐田對硫化物電解質(zhì)的重視程度逐漸加大，重心主要放在如何減少硫化氫的產(chǎn)生，以及如何提高固體電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率方面。圖 2：豐田關(guān)于無機(jī)固體電解質(zhì)方面的專利申請情況資料來源：電源技術(shù)，全球固態(tài)鋰電池專利申請數(shù)量呈現(xiàn)加速提升趨勢。據(jù)德溫特?cái)?shù)據(jù)庫檢索數(shù)據(jù)顯示，在 1995-2015 年期間，海外全固體鋰電池領(lǐng)域，共申請專利 1082 項(xiàng)。2007 年后，海外對全固態(tài)鋰電池的專利申請年均復(fù)合增速達(dá)到 35.3%。1996-2007 年期間，液態(tài)鋰電池實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)固態(tài)鋰電池的研究持續(xù)低迷。2007 年后液態(tài)鋰電池的技術(shù)趨于成熟，在安全性能和能量密度上的天花板也逐

24、漸顯露出來，海外主流研究機(jī)構(gòu)加大對固態(tài)鋰電池的研究力度。國內(nèi)對固態(tài)鋰電池的研究起步相對較晚。國內(nèi)關(guān)于全固態(tài)鋰電池專利申請數(shù)量相對較少，1996-2015 年期間共申請專利170 項(xiàng)。通過檢索國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局檢索數(shù)據(jù)，查詢了1996-2015年期間公開的全固態(tài)鋰電池專利申請數(shù)據(jù)，期間共申請專利 170 項(xiàng)。圖 3：1996-2015 年海外專利申請情況（項(xiàng)）圖 4：1996-2015 年國內(nèi)專利申請情況（項(xiàng)）20030160252012015801040501995 1997 1999 2001 2003 2005 2007 2009 2011 2013 201501995 1997 1999 2

25、001 2003 2005 2007 2009 2011 2013 2015資料來源：德溫特?cái)?shù)據(jù)庫，資料來源：國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局，電源技術(shù)，國內(nèi)全固態(tài)鋰電池仍處于基礎(chǔ)性研究階段。主要兩部分機(jī)構(gòu)在做相關(guān)研究：1、國內(nèi)知名高校及科研院所，具有代表性的團(tuán)隊(duì)有：清華大學(xué)南策文院士團(tuán)隊(duì)、中南大學(xué)劉業(yè)祥院士團(tuán)隊(duì)、中科院物理所陳立泉院士團(tuán)隊(duì)、中科院寧波材料所許曉雄團(tuán)隊(duì)、中科院青島能源所崔光磊教授團(tuán)隊(duì)等。2、國內(nèi)鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈上優(yōu)秀企業(yè)，比如寧德時(shí)代、贛鋒鋰業(yè)、中航鋰電、貝特瑞、力神、臺(tái)灣輝能等等。圖 5：國內(nèi)主要開發(fā)固態(tài)鋰電池機(jī)構(gòu)分布及其主要路線資料來源：固態(tài)鋰電池技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢（科技中國），聚合物全固態(tài)鋰電

26、池：已有初步商業(yè)化產(chǎn)品面世聚合物電解質(zhì)基體可類比于固態(tài)溶劑。聚合物電解質(zhì)主要有三大體系，其中最早發(fā)現(xiàn)可以導(dǎo)鋰，研究相對成熟的是PEO 基固體電解質(zhì)體系，其次還包括聚碳酸酯基體系、聚硅氧烷基體系以及聚合物鋰單離子導(dǎo)體基體系。其優(yōu)點(diǎn)在于工藝流程簡單，原材料價(jià)格低廉，缺點(diǎn)在于離子電導(dǎo)率低，常溫電導(dǎo)率在 10-610-7S/cm。2011 年法國 Bollor 公司實(shí)現(xiàn)聚合物固態(tài)鋰電池商業(yè)化，核心點(diǎn)要采用高溫加熱。法國 Bollor 制備的全固態(tài)鋰電池，是國際上最早將聚合物全固態(tài)鋰電池運(yùn)用于電動(dòng)汽車的案例， 運(yùn)用于市內(nèi)租賃電動(dòng)車中。法國 Bollor 公司旗下子公司 Batscap 公司生產(chǎn)的聚合物全

27、固態(tài)鋰電池，用于 Autolib項(xiàng)目，采用磷酸鐵鋰為正極，帶電量 30KWh，測試數(shù)據(jù)表明，電池在 60-80期間工作，以 1/3C的倍率循環(huán) 1200 圈后，容量保持率在 80% 左右，單體電芯的能量密度為 230Wh/kg，續(xù)航里程達(dá)到250km，最高時(shí)速 130km/h，能夠滿足城市居民的臨時(shí)用車需求。2011-2015 年期間，博羅雷共計(jì)投入 3000 輛電動(dòng)汽車，租賃站點(diǎn) 1150 個(gè)，充電樁 6000 個(gè)，服務(wù)巴黎 12000 平方公里的 1300 萬市民。聚合物全固態(tài)鋰電池的最大問題在于離子電導(dǎo)率低，法國 Bollor 公司采用安裝加熱裝臵的方式給電池加熱實(shí)現(xiàn)正常使用，一方面帶來

28、安全隱患，另一方面也造成成本抬升。圖 6：法國博羅雷 Autolib 純電動(dòng)租賃車資料來源：汽車之家，中國科學(xué)院青島能源所突破高能量密度固態(tài)鋰電池技術(shù)。青島能源所研發(fā)的“剛?cè)岵?jì)”固體電解質(zhì)，復(fù)合剛性的多孔骨架材料和柔性的聚合物離子傳輸材料，改善電池的固固界面相容性和抑制鋰枝晶產(chǎn)生，成功研制能量密度 300Wh/Kg、循環(huán)壽命超過 500 次的全固態(tài)鋰電池。通過了多次穿釘測試，固體電池體現(xiàn)出了一定的自修復(fù)功能，安全性很好，并通過了國家深海中心的 11000 米深海壓力艙檢測。2017 年 3 月，青能所開發(fā)的“青能-”固體電池隨中科院深淵科考隊(duì)遠(yuǎn)赴馬里亞納海溝，為“萬泉”號(hào)著陸器控制系統(tǒng)及 C

29、CD 傳感器提供能源，累計(jì)完成 9 次下潛，深度均大于 7000 米，其中 6 次超過 10000 米，最大工作水深 10901 米，累計(jì)水下工作時(shí)間 134 小時(shí)，最大連續(xù)作業(yè)時(shí)間達(dá) 20 小時(shí)，順利完成萬米全深海示范應(yīng)用。相關(guān)成果已申請中國發(fā)明專利 29 項(xiàng)，國際 PCT 專利 3 項(xiàng)。圖 7：青能-固體電池工作圖圖 8：青島能源所關(guān)于“萬泉”設(shè)備參航證書資料來源：中國科協(xié)年會(huì)，資料來源：中國科協(xié)年會(huì)，其他大部分機(jī)構(gòu)的聚合物全固態(tài)鋰電池仍處于中試階段。1、日本電力研究所采用卷對卷工藝，制備輸出電壓 12V 的三層單體聚合物全固態(tài)鋰電池，正極材料 NCM111，負(fù)極材料石墨，固體電解質(zhì)聚醚材

30、料，正極表面涂覆無機(jī)物材料防止界面氧化，降低界面阻抗，室溫電導(dǎo)率 10-5S/cm，未來設(shè)想通過與熱泵、儲(chǔ)熱槽組成的熱水器結(jié)合，使其在較高溫度下正常工作。2、日本三重縣產(chǎn)業(yè)支援中心，同樣采用卷對卷的生產(chǎn)工藝，制備了超薄可彎曲的聚合物固態(tài)鋰電池。正極材料是磷酸鐵鋰與碳的復(fù)合材料，負(fù)極是鈦酸鋰/硅/石墨的復(fù)合材料，電解質(zhì)是交聯(lián)型聚氧乙烯結(jié)構(gòu)。該電池能在 0正常工作，未來有望與太陽能電池、電子紙、柔性底板等大面積元件相結(jié)合使用。3、SEEO 公司主攻聚合物固態(tài)鋰電池。SEEO 的研發(fā)技術(shù)主要來自于美國能源部所屬的勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室，主要研究方向是嵌段共聚物為聚合物電解質(zhì)。目前樣品供貨的電池組能量

31、密度達(dá)到 130-150Wh/kg。產(chǎn)業(yè)化程度研究機(jī)構(gòu)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展情況表 7：聚合物固態(tài)鋰電池全球產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀初步產(chǎn)業(yè)化法國 Bollor旗下 Batscap 公司采用磷酸鐵鋰體系，帶電量 30KWh，單體電芯的能量密度為230Wh/kg，續(xù)航里程達(dá)到250km，最高時(shí)速130km/h聚合物全固態(tài)電池 300Wh/Kg、循環(huán)壽命超過 500 次的全固態(tài)鋰電初步產(chǎn)業(yè)化青島能源所池，“青能-”電池為“萬泉”號(hào)著陸器控制系統(tǒng)及 CCD 傳感器提供能源中試階段SEEO 公司已經(jīng)研制出磷酸鐵鋰體系的聚合物全固態(tài)電池，推出樣品單體電池能量密度 220Wh/kg，未來目標(biāo) 400Wh/kg 電池。中試階段日本電

32、力研究所輸出電壓 12V 的三層單體聚合物全固態(tài)鋰電池，正極NCM111，負(fù)極石墨，電解質(zhì)聚醚材料,未來用于與熱泵等。中試階段日本三重縣產(chǎn)業(yè)支援中心正極磷酸鐵鋰/碳，負(fù)極鈦酸鋰/硅/石墨，電解質(zhì)是交聯(lián)型聚氧乙烯結(jié)構(gòu)。有望與太陽能電池、等大面積元件相結(jié)合使用。資料來源：GGII，氧化物薄膜全固態(tài)鋰電池：小微型電池領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用薄膜全固態(tài)鋰電池主要通過磁控濺射方式商業(yè)化。薄膜全固態(tài)鋰電池主要是指以 LiPON 為電解質(zhì)的鋰電池，工作原理與傳統(tǒng)鋰電池相同，是重點(diǎn)研究的氧化物全固態(tài)鋰電池體系，1992年由美國橡樹嶺實(shí)驗(yàn)室通過射頻磁控濺射 Li3PO4 靶材制備。由于 LiPON 離子電導(dǎo)率較低，制

33、備工藝苛刻，難以生產(chǎn)大電池，一般只能做成小微型電池，可用于微芯片、微機(jī)電系統(tǒng)、微型存儲(chǔ)器、植入式醫(yī)療器械、無線傳感器等低能量供電領(lǐng)域。美國 Sakti3 公司研究較為深入，技術(shù)相對成熟，此外 Cymbet Enerchips, Excellatron, Front Edge Technology, Infinite Power Solutions 等公司均初步具備商業(yè)化生產(chǎn)能力。圖 9：氧化物薄膜全固態(tài)電池資料來源：汽車之家，美國 Sakti3 生產(chǎn)薄膜全固態(tài)鋰電池的技術(shù)相對成熟。1、美國 Sakti3 采用真空沉積法制備電池，預(yù)計(jì)為氧化物體系，成本可控。Sakti3 自 2007 年成立以來

34、，獲得了包括通用汽車 320萬美元在內(nèi)的 3000 萬美元風(fēng)險(xiǎn)投資，采用真空沉積法制備，公司已經(jīng)在密西根的小型示范生產(chǎn)線上做小批量生產(chǎn)，未來有望在 1-2 年內(nèi)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。2、韓國 GS Caltex 采用層層濺射的方法制造出了超薄、郵票大小的固體鋰離子電池。并在日本發(fā)行了樣品。其正極材料為 LiCoO2，負(fù)極材料為鋰，電解質(zhì)材料為LiPON。雖然其容量只有 0.5mAh，但是體積能量密度超過 800wh/L，是普通鋰離子電池的 1.2 倍，最高充電倍率可達(dá) 50 C，這款電池被用作無線傳送測試數(shù)據(jù)的小型溫度感應(yīng)器上,并可采用太陽能電池對其充電。國內(nèi)率先商業(yè)化的是天津瑞晟暉能，產(chǎn)品性能穩(wěn)定，能

35、量密度超過 200Wh/kg。根據(jù)鉅大鋰電資料報(bào)道，公司已開發(fā)多款柔性薄膜全固態(tài)鋰電池，目前已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室小試，近期將籌建 1 萬塊薄膜全固態(tài)鋰電池的連續(xù)化生產(chǎn)中試線。據(jù)公司官網(wǎng)介紹：公司電池產(chǎn)品體系為鈷酸鋰/LiPON 電解質(zhì)/Li，公司采用多層薄膜電池堆垛結(jié)構(gòu)提升單體電池能量密度，能量密度大于 200Wh/kg。公司電池循環(huán)性能穩(wěn)定，能穩(wěn)定循環(huán) 1000 次，容量衰減率小于 5%，年自放電率不超過 10%，工作溫度范圍-40160。應(yīng)用領(lǐng)域包括軍事工業(yè)、醫(yī)療電子、消費(fèi)電子、超級(jí)智能卡、微電子器件、可穿戴設(shè)備等等。公司名稱電池體系電壓（V）容量（mAh）應(yīng)用領(lǐng)域Cymbet 公司LiCoO2/

36、LiPON/Li3.80.05PC 板內(nèi)嵌電池、微型存儲(chǔ)器、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備InfinitePow erLiCoO2/LiPON/Li3.91無線傳感器、射頻識(shí)別標(biāo)簽、智能卡、Solutions醫(yī)療設(shè)備、消費(fèi)類電子等STMicroelectronicsLiCoO2/LiPON/Li3.90.7物聯(lián)網(wǎng)、傳感器、智能卡、射頻識(shí)別標(biāo)簽等Front EdgeTechnologyLiCoO2/LiPON/Li3.90.5-5智能卡、射頻識(shí)別標(biāo)簽、便攜式傳感器等Excellatron（LiCoO2/LiMn2O4）3.9-4.10.1-1智能卡、射頻識(shí)別標(biāo)簽、植入式醫(yī)療設(shè)備、 IC 卡等-LiPON-(Li 或

37、 Sn3N4)ULVACLiCoO2-LiPON-Li3.90.2傳感器、智能卡等天津瑞晟暉能LiCoO2-LiPON-Li3.90.25智能卡、傳感器、射頻識(shí)別標(biāo)簽、醫(yī)療設(shè)備、可穿戴類電子等表 8：商業(yè)化薄膜全固態(tài)鋰電池企業(yè)匯總資料來源：薄膜型全固態(tài)鋰電池，空間測算：中短期應(yīng)用領(lǐng)域以小微型電池領(lǐng)域?yàn)橹鳎?020-2022 年預(yù)計(jì)維持高增速。根據(jù) NanoMarkets 公司發(fā)布的 20152022 年薄膜電池和印刷電池市場報(bào)告顯示，隨著智能卡、包裝、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、可穿戴設(shè)備以及物聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展，薄膜電池在這些領(lǐng)域的市場將從 2015 年的 3400 萬美元增長到 2018 年的 1.83

38、億美元，于 2022 年最終將達(dá)到 11 億美元，2018-2020 年的年均復(fù)合增速達(dá)到 56.6%。在微電子領(lǐng)域，薄膜型全固態(tài)鋰電池是微機(jī)電系統(tǒng)唯一匹配的能源形式，隨著微機(jī)電系統(tǒng)的發(fā)展，其需求也將進(jìn)一步增大。柔性電池領(lǐng)域市場空間圖 10：薄膜全固態(tài)鋰電池在小微型領(lǐng)域空間（億美元）圖 11：薄膜全固態(tài)鋰電池在柔性電池（億美元）小微型電池領(lǐng)域市場空間小微型電池領(lǐng)域市場空間12121010886644柔性電池領(lǐng)域市場空間22020152016201720182019 2020E 2021E 2022E0201520162017201820192020E資料來源：NanoMarkets,資料來源：

39、Markets and Markets,柔性電池市場空間增速大，預(yù)計(jì) 2015-2020 年維持 46.6%的年均復(fù)合增速。根據(jù) Markets and Markets 發(fā)布的全球柔性電池市場預(yù)測研究報(bào)告顯示，2015-2020 年期間，全球柔性電池市場以 46.6%的復(fù)合年增長率增長，到 2020 年預(yù)計(jì)將達(dá) 9.58 億美元，為薄膜鋰電池的市場化帶來了新的市場空間。圖 12：氧化物薄膜全固態(tài)電池資料來源：IPS，Technical White Paper，中長期離子電導(dǎo)率進(jìn)一步改善，薄膜全固態(tài)鋰電池有望用于大型電池領(lǐng)域。在手機(jī)、筆記本電腦，以及電動(dòng)汽車領(lǐng)域?qū)﹄姵氐哪芰棵芏取⒈堵市阅芏继岢龈?/p>

40、高的要求。目前已有企業(yè)在手機(jī)市場做薄膜全固態(tài)鋰電池的商業(yè)化開發(fā)。2013 年被蘋果收購的 Infinite Power Solution開發(fā)出多層堆垛統(tǒng)一密封結(jié)構(gòu)的薄膜型全固態(tài)鋰電池。其中，1.3mm 厚的電池容量高達(dá) 1360mAh，可以滿足手機(jī)使用需求，并且各項(xiàng)性能遠(yuǎn)優(yōu)于當(dāng)前商業(yè)化的鋰離子電池，而制造成本相當(dāng)，都是 0.8 美元/Wh 的制造成本。表明高容量的薄膜型全固態(tài)鋰電池具有巨大的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景。傳統(tǒng)鋰電池薄膜全固態(tài)鋰電池電池類型圓柱形鋰離子電池IPS 薄膜鋰電池電池容量（mAh）14201360工作電壓（V）3.63.95表 9：IPS 生產(chǎn)手機(jī)用薄膜全固態(tài)鋰電池與傳統(tǒng)鋰電池成

41、本拆分成本（美元/Wh）5.15.4電池成本（美元）$4.10$4.34成本支出（美元）$200,000,000.00$440,000,000.00年產(chǎn)量（只）960000003000000折舊年限（年）1010年折舊額（美元）$20,000,000$44,000,000每單位折舊額（美元/Wh）$0.21$1.47每單位材料成本（美元/Wh）$2.87$1.99每單位運(yùn)營成本（美元/Wh）$1.02$0.88每瓦時(shí)成本（美元/Wh）材料成本（美元/Wh）$0.56$0.37折舊費(fèi)用（美元/Wh）$0.04$0.27運(yùn)營成本（美元/Wh）$0.20$0.16電池總成本（美元/Wh）$0.80$

42、0.80資料來源：IPS，Technical White Paper，硫化物全固態(tài)鋰電池：界面性能和工藝技術(shù)突破成為商業(yè)化關(guān)鍵無機(jī)全固態(tài)鋰電池的開發(fā)研究目前主要集中在硫化物電解質(zhì)體系。材料端，離子電導(dǎo)率已經(jīng)接近電解液水平，是該類全固態(tài)鋰電池最大的優(yōu)勢。豐田的商業(yè)化進(jìn)展較快，有望率先實(shí)現(xiàn)硫化物全固態(tài)鋰電池的產(chǎn)業(yè)化。1）2010 年，公司生產(chǎn)了一款 10cm10cm 大小的全固態(tài)電池產(chǎn)品原型,采用層疊串聯(lián)結(jié)構(gòu),平均電壓為 14.4V,正極采用 LiCoO2,負(fù)極采用石墨,電解質(zhì)采用硫化物材料.2012 年采用層疊串聯(lián)結(jié)構(gòu),以 NCM三元材料為正極,石墨為負(fù)極,得到了單體電壓達(dá) 28V 的電池原型,

43、其能量密度相對于液態(tài)電解液電池提高了 5 倍。2014 年其實(shí)驗(yàn)原型能量密度達(dá)到 400Wh/kg。截止到 2017 年 2 月，豐田固態(tài)電池專利數(shù)量達(dá)到 30 件，同時(shí)，公司計(jì)劃在 2020 年實(shí)現(xiàn)硫化物固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化，推出 10 款全固態(tài)電池汽車。2）2010 年,日本 Idemitsu Kosan(出光興產(chǎn))開發(fā)了一款采用Li2S-P2S5 電解質(zhì) A6 尺寸的層疊串聯(lián)結(jié)構(gòu)固態(tài)鋰離子電池單元,其電解質(zhì)室溫導(dǎo)電率達(dá)到410-3S/cm以上,厚度為100m,單體輸出電壓為14 16V。室溫下，其放電容量為 136 mAh/g(30),低溫下容量為 55mAh/g(20)。美國Planar

44、Energy 公司于 2010 年得到美國能源部先進(jìn)研究計(jì)劃署(ARPA-E)400 萬美元的資助。該公司擬采用印刷卷對卷工藝實(shí)現(xiàn)大面積電池生產(chǎn)。其關(guān)鍵技術(shù)在于通過化學(xué)沉積制備無機(jī)固體電解質(zhì)膜，采用印刷模式制備無機(jī)全固態(tài)鋰電池。目前實(shí)驗(yàn)室已制備出容量為 5Ah 電池原型,其體積能量密度達(dá)到 1200Wh/L(400Wh/kg)。三星日本橫濱研究所也取得了一定成果，利用硫化物類固體電解質(zhì)試制出 2000mAh、175Wh/kg的壓層型全固態(tài)二次電池，300 次循環(huán)保持 85% 的容量。國內(nèi)企業(yè)：CATL 在硫化物固態(tài)電池方面比較成熟，改性后的LiCoO2/硫化物電解質(zhì)/Li 電池，在0.1C 倍

45、率下，能做到 200 周以上，容量保持率在 80% 以上，處于行業(yè)領(lǐng)先水平。清陶能源：公司核心在于高固含量的全陶瓷隔膜和無機(jī)固體電解質(zhì)的開發(fā)和生產(chǎn)。目前團(tuán)隊(duì)已經(jīng)和北汽開展合作進(jìn)行中試，未來可能作為北汽電動(dòng)車的重要組件。表 10：硫化物固態(tài)鋰電池全球產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀產(chǎn)業(yè)化程度研究機(jī)構(gòu)具體情況介紹Li2S-P2S5 電解質(zhì)，制備 A6 尺寸的層疊串聯(lián)結(jié)構(gòu)單元,室溫導(dǎo)電率中試階段日本 Idemitsu Kosan中試階段豐田中試階段美國 Planar Energy 公司410-3S/cm,單體輸出電壓為 1416V。30/0放電容量分別為 136、 55mAh/g。2010 年實(shí)現(xiàn)硫化物固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化，2

46、014 年實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)品 400Wh/kg的能量密度，公司專利數(shù)量達(dá)到 30 件，計(jì)劃在 2020 年實(shí)現(xiàn)硫化物固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化，推出 10 款全固態(tài)電池汽車。2010 年得到美國能源部先進(jìn)研究計(jì)劃署 400 萬美元的資助。擬采用印刷卷對卷工藝實(shí)現(xiàn)大面積生產(chǎn)，實(shí)驗(yàn)室制備容量 5Ah 電池原型,能量密度 400Wh/kg)中試階段三星日本橫濱研究所利用硫化物類固體電解質(zhì)試制出 2000mAh、175Wh/kg 的壓層型全固態(tài)二次電池，300 次循環(huán)保持 85%容量中試階段清陶能源公司核心在于高固含量的全陶瓷隔膜和無機(jī)固體電解質(zhì)的開發(fā)和生產(chǎn)，與改性后的 LiCoO2/硫化物電解質(zhì)/Li 電池，在

47、0.1C 倍率下，能做到 200 周以上，容量保持率在 80%以上，處于行業(yè)領(lǐng)先水平。寧德時(shí)代中試階段北汽開展合作進(jìn)行中試。資料來源：蓋世汽車資訊，高工鋰電，解析三：全固態(tài)鋰電池產(chǎn)業(yè)化對現(xiàn)有電池體系的沖擊有多大？全固態(tài)鋰電池&液態(tài)鋰電池生產(chǎn)工藝對比聚合物全固態(tài)生產(chǎn)技術(shù)可以兼容現(xiàn)有產(chǎn)線聚合物全固態(tài)鋰電池未來有望兼容傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池生產(chǎn)工藝。聚合物電解質(zhì)具備較好的韌性和機(jī)械強(qiáng)度，成膜性能較好，可以直接生成厚度均勻的薄膜。日本電力研究所設(shè)想采用卷對卷生產(chǎn)工藝制備聚合物全固態(tài)鋰電池?；竟に嚵鞒虨椋?、溶膠-凝膠法制備聚合物固體電解質(zhì)溶液，2、分別在正、負(fù)極極片上涂布或印刷上已制備好的電解質(zhì)溶液， 3、

48、紫外線照射揮發(fā)制備聚合物電解質(zhì)的溶劑，使電解質(zhì)與電極固化粘合，4、卷對卷壓實(shí)正極/電解質(zhì)/負(fù)極，5、裁剪、抽氣、封裝。圖 13：聚合物全固體鋰電池生產(chǎn)工藝示意圖圖 14：聚合物全固態(tài)鋰電池生產(chǎn)流程圖資料來源：全固態(tài)鋰離子電池的研究及產(chǎn)業(yè)化前景,資料來源：全固態(tài)鋰離子電池的研究及產(chǎn)業(yè)化前景,聚合物固態(tài)鋰電池與液態(tài)鋰電池生產(chǎn)工藝異同。目前主流的電池制備工藝有疊片工藝和卷繞工藝。聚合物全固態(tài)鋰電池對現(xiàn)有電池制備工藝大部分可以兼容，只需要在少部分環(huán)節(jié)做調(diào)整。1、電 極極片制備工藝保持現(xiàn)有工藝不變； 2、采用溶膠-凝膠法制備電解質(zhì)溶液，需要烘烤蒸發(fā)溶劑， 得到固體電解質(zhì)薄膜，工藝上增加電解質(zhì)涂覆、紫外照

49、射烘烤工藝；3、由于沒有電解液，不需 要注液工序。圖 15：傳統(tǒng)鋰電池生產(chǎn)工藝流程資料來源：IPS，Technical White Paper，LiPON 薄膜全固態(tài)鋰電池：工藝設(shè)備壁壘高，成本管控是關(guān)鍵極片及電解質(zhì)薄膜工藝壁壘高。薄膜型全固態(tài)鋰電池由致密的正極薄膜、負(fù)極薄膜和電解質(zhì)薄膜組成。1、電極制備方法與傳統(tǒng)攪拌、涂覆法不一樣，由于需要制備非常薄的電極膜，通常也是采用磁控濺射、脈沖激光沉積、熱蒸發(fā)鍍膜等方法，或者化學(xué)氣相沉積、溶膠-凝膠等方法來成膜。以上制備工藝導(dǎo)致薄膜型全固態(tài)鋰電池的電極薄膜非常致密，材料利用率大幅提升，其循環(huán)性能、界面相容性均大幅提升。2、LiPON 固體電解質(zhì)薄膜制

50、備方法與電極類似。電池制備工藝上，可以采用多層堆垛提升能量密度。由于采用磁控濺射等方式制備的極片厚度很薄，電池能量密度比較低，在電芯制備工藝上可以采用多層串聯(lián)緊密堆垛的方式，來提高電芯能量密度。圖 16：從層堆垛提升固態(tài)電池能量密度資料來源：天津瑞晟暉能官網(wǎng)，硫化物全固態(tài)鋰電池：制備工藝有望兼容傳統(tǒng)鋰電池疊片工藝極片及電解質(zhì)薄膜工藝壁壘高。薄膜型全固態(tài)鋰電池由致密的正極薄膜、負(fù)極薄膜和電解質(zhì)薄膜組成。1、電極制備方法與傳統(tǒng)攪拌、涂覆法不一樣，由于需要制備非常薄的電極膜，通常也是采用磁控濺射、脈沖激光沉積、熱蒸發(fā)鍍膜等方法，或者化學(xué)氣相沉積、溶膠-凝膠等方法來成膜。以上制備工藝導(dǎo)致薄膜型全固態(tài)鋰

51、電池的電極薄膜非常致密，材料利用率大幅提升，其循環(huán)性能、界面相容性均大幅提升。2、LiPON 固體電解質(zhì)薄膜制備方法與電極類似。工藝流程：硫化物全固態(tài)鋰電池的制備工藝關(guān)鍵在于電解質(zhì)的制備，正、負(fù)極材料的制備可以兼容液態(tài)鋰電池的現(xiàn)有工藝流程。制備硫化物電解質(zhì)漿料，攪拌涂覆在已經(jīng)制備完成的正極極片上，經(jīng)過干燥、壓延等工序，制備固/固界面接觸良好的正極/硫化物電解質(zhì)薄層材料，切割、裁剪后再與金屬鋰單層疊片，最后串聯(lián)堆垛，焊接極耳，完成單體電芯的制備。大部分的設(shè)備仍可以沿用現(xiàn)有鋰電池生產(chǎn)設(shè)備，只是由于硫化物電解質(zhì)對水分、氧氣的敏感度比較高，在生產(chǎn)環(huán)境上有了更高的要求，需要在更高級(jí)別的干燥間內(nèi)進(jìn)行生產(chǎn)，

52、最好能在全封閉的充滿氬氣氛圍的條件下生產(chǎn)。同時(shí)，目前考慮到硫化物無機(jī)固體電解質(zhì)膜的柔韌性不佳，在制備全固態(tài)鋰二次電池時(shí)更多的采用疊片工藝，至于具體是分別制備電解質(zhì)與正負(fù)極膜片后疊合，還是采用雙層或多層一次涂布制備電解質(zhì)和正極的復(fù)合層，更適合規(guī)?；a(chǎn)的技術(shù)路線還有待進(jìn)一步的研究。圖 17：硫化物全固態(tài)鋰電池制備工藝流程示意圖資料來源：All-solid-state lithium-ion and lithium metal batteries paving the way tolarge-scale production，全固態(tài)鋰電池&液態(tài)鋰電池的電池材料體系對比全固態(tài)時(shí)代下，四大材料中正極和

53、導(dǎo)電箔影響較小。我們對比全固態(tài)鋰電池與現(xiàn)有液態(tài)鋰電池的材料體系，其中現(xiàn)有正極材料體系可以完全兼容，固態(tài)電解質(zhì)高電化學(xué)窗口，可能兼容更高電壓的正極材料。電解液體系中，現(xiàn)有液態(tài)溶劑會(huì)被取代，聚合物路線中新型鋰鹽 LiTFSI、LiFSI 等應(yīng)用潛力巨大。負(fù)極材料可以兼容現(xiàn)有材料體系，也能逐步衍變到能量密度更高的金屬鋰，銅箔和鋁箔目前來看仍是最好的導(dǎo)電載體材料，隔膜可能會(huì)被逐步取代。正極材料體系：兼容性較強(qiáng)，高電壓復(fù)合電極材料有望成為主流現(xiàn)有材料體系未顛覆，復(fù)合電極有望成為解決方案。全固態(tài)鋰電池只是改變了正負(fù)極之間傳導(dǎo)鋰離子的方式，對正極材料體系并沒有出現(xiàn)顛覆性的改變。目前市場主流的磷酸鐵鋰、鈷酸鋰

54、、錳酸鋰、以及未來高能量密度的 NCM811 、NCA 等正極體系，均可用于全固態(tài)鋰電池。在制備方法上，為了解決固/固界面相容性的問題，未來可能會(huì)采取使用復(fù)合電極材料，包括：正極材料、導(dǎo)電劑、固體電解質(zhì)，在電極中同時(shí)起到導(dǎo)離子和導(dǎo)電子的作用。高電壓正極材料在全固態(tài)時(shí)代下發(fā)展空間更大。目前電解液的電化學(xué)窗口較低，對于高電壓的正極材料，需要添加高電壓添加劑等方式，來配套使用。由于固體電解質(zhì)大部分具備電化學(xué)穩(wěn)定性能好、電壓高的特點(diǎn)，可配套高電壓的正極材料，未來有望在現(xiàn)有體系下，發(fā)展高鎳層狀氧化物、富鋰錳基、高電壓鎳錳尖晶石型的正極材料。負(fù)極材料體系：金屬鋰有望逐漸替代當(dāng)前石墨、硅碳負(fù)極材料固體電解質(zhì)由于具備致密性和高穩(wěn)定性，以及足夠高的機(jī)械強(qiáng)度，能量密度更高的金屬鋰負(fù)極也可以用做負(fù)極材料，能夠有效阻擋鋰枝晶的穿透。未來金屬鋰有望成為全固態(tài)鋰電池的主流負(fù)極材料。全固態(tài)鋰電池向下兼容現(xiàn)有的石墨負(fù)極以及硅碳負(fù)極、硅基負(fù)極，均可以直接兼容配套。但由于 能量密度較低，首次充