固態(tài)電池五大核心材料全解析1、固態(tài)電解質(zhì)固態(tài)電解質(zhì)是固態(tài)電池最大的核心變量。傳統(tǒng)液態(tài)電池主要采用液態(tài)作為電解質(zhì)材料，固態(tài)電池采用固態(tài)電解質(zhì)實現(xiàn)鋰離子輸送和內(nèi)部電流傳導(dǎo)。從電解質(zhì)路線的選擇來看，目前半固態(tài)電池多選用氧化物和聚合物或兩者復(fù)合的路線，全固態(tài)電池錨定硫化物路線，此外鹵化物路線亦具備較大潛力。全固態(tài)電池的安全性優(yōu)勢液態(tài)電解質(zhì)的問題固態(tài)電解質(zhì)的優(yōu)勢多相負(fù)極材料多相正極材料多相正極材料電解液+隔膜固態(tài)電解質(zhì)·寬溫域(-30至100℃)聚合物固態(tài)電解質(zhì)早期研究以聚合物電解質(zhì)為主，因此聚合物體系工藝較為成熟。聚合物電解質(zhì)柔性好、成本低，率先得到應(yīng)用，不過由于聚合物電解質(zhì)性能達到上限難以突破，限制了其未來發(fā)展空間。近年來固態(tài)電池技術(shù)研究逐漸向氧化物系和硫化物系過渡。聚合物前期商業(yè)化使用主要跟其他電解質(zhì)復(fù)合使用，PEO、PVDF生產(chǎn)企業(yè)在聚合物固態(tài)電解質(zhì)中有相關(guān)布局。例如，PEO(聚環(huán)氧乙烷)是聚合物固態(tài)電解質(zhì)中常用的基體材料，奧克股份的PEO材料應(yīng)用于固態(tài)電池電解質(zhì)等多個領(lǐng)域。固態(tài)電池的分類傳統(tǒng)的液態(tài)鋰電池又被科學(xué)家們形象地稱為“搖椅式電池”,搖椅的兩端為電池的正負(fù)兩極，中間為電解質(zhì)(液態(tài))。而鋰離子就像優(yōu)秀的運動員，在搖椅的兩端來回奔跑，在鋰離子從正極到負(fù)極再到正極的運動過程中，電池的充放電過程便完成了。固態(tài)電池的原理與之相同，只不過其電解質(zhì)為固態(tài)，具有的密度以及結(jié)構(gòu)可以讓更多帶電離子聚集在一端，傳導(dǎo)更大的電流，進而提升電池容量。因此，同樣的電量，固態(tài)電池體積將變得更小。固態(tài)電池氧化物固態(tài)電解質(zhì)氧化物路線商業(yè)化推進速度較快。氧化物體系穩(wěn)定性高，但材料脆性會惡化固-固界面的剛性接觸，目前也多與聚合物固態(tài)電解質(zhì)等復(fù)合應(yīng)用。電池企業(yè)方面，衛(wèi)藍新能源、太藍新能源等企業(yè)引領(lǐng)氧化物固態(tài)電池的產(chǎn)能布局，電池能量密度在300-500Wh/kg。比亞迪、清陶能源、孚能科技等廠商采用氧化物+聚合物等方案。國內(nèi)許多企業(yè)已經(jīng)初步具備了LATP、LLZ0和LLTO等具有應(yīng)用潛力氧化物固體電解質(zhì)的量產(chǎn)能力，其中金龍羽、德爾股份、三祥新材、贛鋒鋰業(yè)、天目先導(dǎo)、清陶能源、貝特瑞、璞泰來、上海洗霸等企業(yè)液態(tài)電解質(zhì)混合固液電解質(zhì)全固態(tài)電解質(zhì)最高工作溫度鋰金屬電極硫化物固態(tài)電解質(zhì)當(dāng)前單一電解質(zhì)路線中硫化物路線最受關(guān)注。硫化物固態(tài)電解質(zhì)以鋰和硫為主要成分，并可以由磷、硅、鍺或鹵化物等元素補充。其離子電導(dǎo)率可達到10-2S/cm量級(與電解液相當(dāng)),且材料柔性強可改善界面接觸，是相對更有潛力的發(fā)展路線。該路線全球頭部企業(yè)已有較深技術(shù)積累，當(dāng)前硫化物電解質(zhì)主要綁定日企(出光、三井)或國內(nèi)技術(shù)合作。國內(nèi)以寧德時代、蜂巢能源、恩力動力、高能時代、中科固能、國軒高科等為代表的廠商選擇硫化物線路作為主要技術(shù)路徑。國軒高科發(fā)布采用硫化物技術(shù)路線的金石全固態(tài)電池，目前已實現(xiàn)裝車應(yīng)用，首款搭載車型為星紀(jì)元ET。此外，金龍羽、道氏技術(shù)、恩捷股份、容百科技、東方鋯業(yè)等也在該領(lǐng)域積極布局。不過由于不穩(wěn)定性和電壓窗口低且成本高，限制了規(guī)模化生產(chǎn)，降本為重點推進方向。硫化物固態(tài)電池商業(yè)化路線圖：20Arsliconcel00A3-5Ahscuchell(laosaTpe)C22AhABSBCen283CMXealsvoltEniery3594UWnng元市+Limelat?3,SOP203004protoype硫化鋰硫化鋰是硫化物固態(tài)電解質(zhì)的核心原料，占據(jù)成本的近80%。硫化鋰的壁壘相對硫化物電解質(zhì)更高，電池廠自研少，且格局優(yōu)當(dāng)前硫化鋰價格較高是制約硫化物固態(tài)電池大規(guī)模量產(chǎn)的主要瓶頸。未來隨著降本能力將進一步明確，各路線有望逐步收斂。目前國內(nèi)各家廠商產(chǎn)品離子電導(dǎo)率和水氧穩(wěn)定性等綜合水平差2025年國內(nèi)第一梯隊企業(yè)基本建成百MWh產(chǎn)線，26年裝車測試、實驗迭代、量產(chǎn)測試對應(yīng)硫化鋰需求在百噸級以上，但短期月產(chǎn)超過噸級的有效產(chǎn)能稀缺。根據(jù)公開資料和公司公告，國內(nèi)廠商中天賜材料、恩捷股份、豐元股份、有研新材、天齊鋰業(yè)、廈鎢新能、容百科技、光華科技等企業(yè)布局硫化鋰。此外，常見的氧化物固態(tài)電解質(zhì)LLZO、LATP鈦等金屬形成一定的影響。國內(nèi)鋯生產(chǎn)廠商東方鋯業(yè)高純超細(xì)二氧化鋯產(chǎn)品可用于固態(tài)電池電解質(zhì)材料。而硫鐵礦作為非金屬礦物原料，主要用于制取硫酸，部分用于煉制硫磺，國內(nèi)粵桂股份、司爾特、云圖控股等企業(yè)都具有硫鐵礦開采能力。2、正極材料正極材料是制約電池能量密度提升的重要因素之一。與液態(tài)電池相比，固態(tài)電池正極材料體系變化較小，固態(tài)正極材料主要以高鎳三元體系為主。中長期來看，正極材料往高電壓、高比容正極迭代。升級路線：高鎳三元正極-富鋰錳基正極-LMNO正極-高電壓鋰正極-無鋰正極等方向。導(dǎo)電劑磷酸鐵鋰、鎳鈷錳酸鋰、粘結(jié)劑理論質(zhì)量能量密度(Wh/kg)差中中極好理論體積能量密度(Wh/L)差中好好差中中好中差差隱患富鋰錳基正極材料富鋰錳基由于具有較高的能量密度以及較低的單位成本，被認(rèn)為是下一代最具前景的鋰離子電池正極材料之一。富鋰錳基材料能夠?qū)崿F(xiàn)動力鋰電池高能量密度技術(shù)突破，擁有高達300mAh/g的比容量，遠(yuǎn)超目前商業(yè)化應(yīng)用的磷酸鐵鋰和三元材料等正極材料的放電比容量，幾乎是當(dāng)前已商業(yè)化正極材料實際容量的從富鋰錳基材料市場格局來看，當(dāng)升科技和容百科技等正極材料行業(yè)的頭部企業(yè)，已經(jīng)提前布局富鋰錳基材料的研發(fā)；中科院寧波材料所下屬的寧波富鋰電池，建立了百噸級的富鋰錳基正極材料中試生產(chǎn)線；此外，振華新材、中偉股份、昆工科技、天原股份、國軒高科、多氟多等公司也在積極開展富鋰錳基材料(及其前驅(qū)體)的研發(fā)項目。短期內(nèi)富鋰錳基材料可能無法作為單一材料使用。富鋰錳基材料可以與現(xiàn)有的三元材料、鈷酸鋰、磷酸鐵鋰等正極材料以降低電壓，從而加速其商業(yè)化應(yīng)用。液態(tài)鋰電池、半固態(tài)和全固態(tài)電池的體系差異√有機電解液√水系電解液√凝膠電解液√準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)√混合電解質(zhì)√無機電解質(zhì)√聚合物電解質(zhì)石墨為主，可以摻硅硅基負(fù)極/鋰金屬負(fù)極鋰金屬負(fù)極隔膜電解質(zhì)液態(tài)占比20-10wt%液態(tài)占比10-1wt%/LiTFSI占比提升固態(tài)電解質(zhì)部分替換為固態(tài)電解質(zhì)全部替換為固態(tài)電解質(zhì)取消(少數(shù)方案保留)全部替換為固態(tài)電解質(zhì)取消(少數(shù)方案保留)全部替換為固態(tài)電解質(zhì)取消(少數(shù)方案保留)富鋰錳基等3、負(fù)極材料負(fù)極材料負(fù)責(zé)嵌入從正極材料中脫出的鋰離子，使電子通過外部電路流向負(fù)極，實現(xiàn)整個電池充電過程，放電則反之。目前固態(tài)電池的負(fù)極材料主要有碳族負(fù)極、硅基負(fù)極和金屬鋰負(fù)石墨負(fù)極能量密度已經(jīng)達到極限，硅基材料的理論比容量高于石墨負(fù)極，被視為新一代鋰電負(fù)極材料，而中長期將聚焦鋰金屬負(fù)極材硅基負(fù)極硅具備4200mAh/g克容，是提升電池能量密度的優(yōu)選材料。但是由于硅材料的高膨脹性，目前主要以硅碳負(fù)極摻混石墨的形式使用，將是中短期主要增量。從企業(yè)布局情況來看，目前在硅基負(fù)極領(lǐng)域進展比較快的企業(yè)主要為傳統(tǒng)鋰電負(fù)極生產(chǎn)企業(yè)，如翔豐華、璞泰來、杉杉股份、貝特瑞、尚太科技、中科電氣等。硅寶科技、新安股份、道氏技術(shù)、中一科技、石大勝華、鹿山新材、濱海能源等企業(yè)也依托自身產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢布局硅鋰金屬負(fù)極鋰金屬憑借高比容量+低電極電勢，有望成為負(fù)極材料的長期迭金屬鋰的理論比容量高達3860mAh/g,是傳統(tǒng)石墨負(fù)極(理論比容量約為372mAh/g)的十倍以上。此外，金屬鋰的密度相對較低，可以減輕電池的整體重量。鋰金屬負(fù)極工藝主要包括壓延法和蒸鍍法，核心在于減薄平整和降本，目前商業(yè)化加速推進中。金屬鋰及鋰鹽公司如贛鋒鋰業(yè)和天齊鋰業(yè)等依托自身鋰資源優(yōu)勢在該領(lǐng)域有所發(fā)展；華豐股份與上硅所李馳麟研究員團隊就新型儲能電池的產(chǎn)業(yè)化研發(fā)主要路線是鋰金屬固態(tài)電池。較高的理論比容量和較低的負(fù)電極電位低熔點(180.54℃)、在充放電過程中以及鋰與電解液反應(yīng)產(chǎn)物易包覆鋰，使石墨、硬碳、成本低，電化學(xué)穩(wěn)定性好、循理論比容量相對較低，表面性質(zhì)不均勻硅碳負(fù)極、硅比石墨高近10倍的理論比容量好差極好以LCO為正極時電池電壓(V)好差中好好中差好差差差差隱患能量密度小4、隔膜在隔膜環(huán)節(jié)，半固態(tài)電池由于仍存在部分液態(tài)電解液，故而保留了電解液和隔膜等結(jié)構(gòu)。全固態(tài)電池需要的是一種名為“骨架膜”的新型膜材料。傳統(tǒng)隔膜僅起物理隔離作用，而骨架膜需兼具支撐、導(dǎo)電、抑制枝晶等多重功能。陶瓷骨架膜適配硫化物路線以提升熱穩(wěn)定性，聚合物骨架膜則用于支撐硫化物電解質(zhì)并緩解硅基負(fù)極膨脹問題。恩捷股份、長陽科技、星源材質(zhì)等廠商都在該環(huán)節(jié)有所布局。5、集流體集流體是電池中承載電極活性物質(zhì)并匯集電流的核心組件，如同電池的“導(dǎo)電骨架”。復(fù)合集流體采用“金屬-高分子材料-金屬”三層復(fù)合結(jié)構(gòu)(如銅-PET-銅、鋁-PP-鋁),通過高分子材料(如PET、PP)替代部分金屬，顯著降低集流體重量，能夠減重約60%-70%,以提升電池能量密同時復(fù)合結(jié)構(gòu)可增