FOREXBNB獲悉,集邦諮詢發文稱,固態電池作為有望提高電池本徵安全性和能量密度的下一代技術,已被美國、歐盟、中國及日韓主要國家列入國家發展戰略範疇,並將成為支撐各國二次電池能量密度到2030年後突破500Wh/kg目標的關鍵技術。目前豐田、日產、三星SDI等全球領先製造商的全固態電池已進入試製階段,TrendForce集邦諮詢預計,隨著全球各廠商量產競速,全固態電池可望在2027年前達到GWh級量產。

集邦諮詢:全固態電池可望在2027年前達到GWh級量產 - 圖片1

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儘管前十年已有QuantumScape、Solid Power、SES、Factorial Energy等新創公司致力於固態電池的商業化,但由於製程和製造成本等因素,固態電池的商業化充滿挑戰,至今仍未達規模化量產,目前仍面臨包括成本高、工藝複雜、缺乏成熟的供應鏈支援等挑戰。

但前十年的基礎研究和原型電芯開發的實現,產業已完成對固態電池技術可行性的探索與判斷,本十年內將成為固態電池產品商業落地的關鍵期。此階段在產業資本與社會資本的助推下,產業鏈上下游企業以及產、學、研之間的協同合作變得活躍,多數成熟的電池製造商和新創公司都制定了固態電池商業化路線圖。

目前半固態電池在電動車領域已實現GWh級小規模應用,電芯能量密度300-360 Wh/kg,但電芯價格仍高於1元RMB/Wh。全固態電池正處於從樣件電芯轉化為工程化的階段,量產初期(2027-2028年)預計成本較高,電芯價格將落在1-3元RMB/Wh,EV市場應用規模≤1GWh。2030年後全固態電池形成一定規模時(≥10GWh),預計電芯價格將降至1元RMB/Wh左右,到2035年經過市場大規模的快速推廣後,TrendForce集邦諮詢預計全固態電芯價格可望降至0.6-0.7元RMB/Wh。

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半固態進入量產,遠期成本將低於0.4元RMB/Wh

半固態電池目前已擴大到GWh級別量產,但量產初期綜合成本偏高,主要在於量產製造經驗不足,尤其是電解液的原位固化製程環節難以有效控制固化的均勻性,導致生產良品率較低(業界領先企業良品率僅50%-80%),另一方面與半固態電池生產規模小,尚未形成規模經濟有關。

目前半固態電池出貨規模正在擴大,預計2025年將超過10GWh。隨著技術成熟度的提升,中期(2030年)當半固態電池製造良率高於90%,同時隨著製造規模的擴大,預計电芯综合成本将降至0.6元RMB/Wh以下,遠期(2035年)成本預計將低於0.4元RMB/Wh。

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聚合物:相對成熟且有成本優勢,但性能需提升

聚合物固態電池製造流程發展較早,相對成熟,和現有的鋰電池製造流程較為接近,其生產製造具有較大成本優勢,尤其以PEO基聚合物最常見,以PEO基聚合物鋰金屬固態電池為例,其電芯總成本(不含稅)約0.5元RMB/Wh,與液態電池相當,法國Blue Solutions已在前十年(2011-2020年)將此路線固態電池在歐洲地區推向商業化應用。

但此類固態電池存在固態電解質室溫離子電導率低、電壓視窗窄的缺點,較難適配高電壓型正極材料(如NMC、LCO、尖晶石鎳錳酸鋰等),不利於高比能電芯的設計。其次是PEO基聚合物電解質需要在50 ~ 80 ℃溫度範圍內運行,限制了其大規模商業化推廣,因此還需設計電化學窗口更寬、離子電導率較高的聚合物電解質複合材料,以提升電池效能。

硫化物:性能潛力大,但成本高,降本空間大

硫化物電解質是離子電導率最接近且預期超越液態電解質的一類固態電解質,加上硫化物材料質地柔軟,易於機械加工,製備電極時能與活性材料保持良好的固固接觸,因此基於硫化物路線的固態電池性能潛力大,被豐田、日產、三星SDI、LGES、SK On等日韓企業以及中國的CATL、比亞迪、國軒高科等多家企業選擇。

但硫化物電解質面臨材料成本偏高等劣勢,目前硫化物固態電解質及其前驅體硫化鋰材料尚未實現工業化批量製備,且硫化物電解質空氣穩定性差、對水分非常敏感,因此對電池製造的環境要求較高,最終導致硫化物基固態電池成本高,預估硫化物基固態電池產業化初期電芯BOM成本在1-2元RMB/Wh,當硫化物電解質規模量產後,中期(2030年)電芯BOM成本預計在1元RMB/Wh以內,遠期(2035年)當固態電解質成本降至30萬元RMB/吨以內时,電芯BOM成本可望降至0.4元RMB/Wh以下。

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氧化物:成本居中,穩定性好,但固固接觸挑戰大

整體上,氧化物固態電解質機械強度高、熱穩定性和空氣穩定性好、電化學窗口寬,可適配高容量的正負極材料,但固態電解質與正負極活性材料的固固界面接觸差,導致電池的內阻偏高,因此電池設計時通常會在正/負極側添加電解液浸潤,改善界面接觸。

成本方面,相比之下其綜合成本介於聚合物和硫化物基固態電池之間,但氧化物固態電解質也有加工難度高缺點,尤其是超薄型氧化物固態電解質隔膜(

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總體而言,固態電池技術正謹慎且樂觀的前行,現階段固態電池在充放電倍率和循環壽命等關鍵性能指標上還未展現其真正的商業潛能,同時在成本方面也難以與液態鋰電池競爭。但在各國政策大力支持和資本的推動下,對固態電池量產初期成本偏高而難以推廣應用的擔憂還為時過早,隨著2027-2028年全固態電池小規模裝車示範應用,相關量產製程技術將逐步打通,同時低空飛行(eVTOL/UAM)、軍工等對電池成本敏感度相對較低的領域將持續提供固態電池市場需求,固态电池成本也将随生产规模的扩大而显著改善。