2024年固态锂电池技术发展白皮书

联合编著 重庆太蓝新能源有限公司长安汽车中关村新型电池技术创新联盟真锂研究 CONTENTS目录 1.1术语和定义01 第一章固态电池技术概述 1.2固态电池技术起源及发展历程沿革02 1.2.1半固态电池技术起源02 1.2.2半固态电池技术发展历程沿革03 1.2.3全固态电池技术起源04 1.2.4全固态电池技术发展历程沿革04 1.3技术背景，风险与挑战，行业痛点05 1.3.1技术背景05 1.3.2风险与挑战06 1.3.3行业痛点10 2.1半固态电池技术路线14 第二章半固态电池技术 2.2国内外半固态电池领域典型企业技术及进展14 2.2.1国内半固态电池制造商技术及进展14 2.2.2国内车企半固态电池技术及进展16 2.2.3国外半固态电池技术及进展17 2.3半固态电池技术趋势及前景预测18 2.3.1半固态电池技术发展趋势18 2.3.2半固态电池前景预测20 2.4技术与思维框架突破23 2.4.1技术突破23 CONTENTS目录 1.1术语和定义01 第一章固态电池技术概述 1.2态电池技术起源及发展历程沿书02 1.2.1半回态电池技术起源02 1.2.2半回态电池技术发展历程沿节E0 1.2.3全同态电池技术起源04 1.2.4全同态电池技术发展历程沿革04 1.3技术背景，风险与挑战，行业痛点05 1.3.1技术背景05 1.3.2风险与排战05 1.3.3行业满点10 2.1半固态电池技术路线tt 第二章半固态电池技术 2.2国内外半固态电池领减典型企业技术及达层tt 2.2.1国内半同态电池制造商技术及进层t 2.2.2国内车企半同态电池技术及进展16 2.2.3国外半同态电池技术及进展17 2.3半固志电池技术趋势及前景预测 2.3.1半固态电池技术发展趋势18 2.3.2半固态电池前景预测20 2.4技术与思维框架突破23 2.4.1技术突破23 3.1全回志电池技术路线253.1.1氧化物电解质固态技术发展路线253.1.2疏化物电解质回态技术发展路线273.1.3聚合物电解质固态技术发展路线313.1.4卤化物电解质回态技术发展路线323.2国内外全固态电池领域典型企业技术及进展353.2.1氧化物固态电解质体系353.2.2疏化物固态电解质体系363.2.3聚合物固态电解质体系383.2.4卤化物固态电解质体系403.3全回志电池技术趋势及前量预测413.3.1氧化物固态技术体系413.3.2殖化物固态技术体系423.3.3聚合物固态技术体系433.3.4卤化物固态技术体系433.4全固志态电池量产势战与量产时间预测443.41.1量产挑战463.4.2量产时间股划47 第三章全固态电池技术 4.1中国484.2日本494.3韩国494.4欧洲504.5美国50 第四章国内外固态电池技术发展路线图 第一章固态电池技术概述 1.1术语和定义 高接持化学能转变为电能的基本装置和基本单位，也被称为电芯。日 包活固态锂高子电池和固态锂金画电池，在后文中简称为固态唱池。固志电池包括半固态电池和全固态电池： 1.1.2固总锂电池SOLID-STATE UTHIUN BATTERY 利用可发生锂离子丧入/脱嵌反应的活性物质权科制作电池的正极和负极，使用无机或有机的锂盐为电解质形成有机电解液的电池，是一种二次电池。工作原理为充电过程中锂高子在外电场驱动下由正极穿越隔膜到达负极的过程，表现为电能转化为化学能，相应地，放电为化学势驱动下锂离子由负极转移至正极的过程，表现为化学能转化为电能。 1.1.3锂高子电池LITHIUM-ICN BATTERY 锂高子电池中电解质为国液滤合形态，其中有机液体电能质质量占比任于10%，既保留了液态锂电池的高两子电导事特征，又具备了固态锂电池的高安全性和结构程定性优劳。 1.1.4半固态锂离子电池 SEMI-SOUD-STAT= UTHIUM-ION BATTERY 采用凝股象合物电解质作为高子传导介质的锂离子电池。凝胶需合物电解质是书聚合物与需的混合物构成，升可能加入一种或几种增盟齐等添加齐以提高高子电导率，这种电释质可以呈现“干念”或“胶念。1 1.1.5凝胶聚合物锂离子电池GEL POLYMER LITHIUM-ION BATTERY 指锂离子电池的电极(正极和负极)和电解后均呈巨态的锂离子电池。电池由正极材料、固态电解质和负吸材料三部分组成，不合含任何液态组份。 1.1.6全固态锂离子电池 ALL-SULID-S1A1E LI1HIUM-ION BA11E -Y 指锂离子电池的正极和电释质均呈百态，负极采用锂金满的锂电池 1.1.7全固态铁金属电池 ALL-SOLID-STATE LITHIUM-METAL BATTERY 固态电解质是一种导高子物，具有与传统液态电解质相同的动能，在一定温度范出内具有能与液态电解质扫比拟的高子电导率，但其固有的形态是固态。 1.1.8固态电解质 硫化物固态电解质是一类以疏化物为主要成分的固态电解质材料，具有较高的离子导电性和较好的化学稳定性，是固志电池领减的就究势点之一。 1.1.9化物固态电解质 SUL FIDE SOUIL-STATE FLFCTROLYTF 氧化物固态电解质是另一类常见的医态电解质材料，主要由氧化物组成，如氧化钙总定的氧化错（YSZ）等。这类电能质具有较高的离子导电性和良好的者减演度 1.1.10氧化物固态电解质DXIDE SDL D-STATE E_ECTROLYTE 聚合物固态电解质是一种基于聚合物的同态电解质材料，通过引入高子导电基团或盐类来实现离子导电。这类电解质材料具有良好的柔韧性和加工性，但离子导电性相对较低。 1.1.11聚合物固态电解质 指电解质中的离子在外电场作用下会发生定向运动而形成电流，离子电导率高低用以衡量电流发生或者离子移动的难易程度。 1.1.12寓子电导率 IONIC CSNDUCTIWTY 以制造商观定的票件测得并由制造商申明的电泡单体、模块或电池包的容量值。 1.1.13额定客量 RATED CAFACITY 单体电池放热连锁反应引起电池温度不可控上升的现象。 1.2固态电池技术起源及发展历程沿革 1.2.1半固态电池技术起源 半固态电池技术最学可追测到2011年：由美国序省理工学院的科学家Yet-MingChiang研制而成，当时电动汽车的发展受电池技术制约，存在电池体积大、成本高、空间用率低等问稳。其提出“液流电池概念，用带有组链赖粒的悬浮液作为电及，通过泵送的方式在池中请环，这是半固态电池技术的重要起源。在这种半同态电池中，电板是由微小的锂化合购粒子与液志群液混合而成的混浆状物质构成，日 商业化的锂高子电池在历经三十多年的发展后，电池的循环性能、能量密度、安全性彭相比其诞生之初均有大幅提升。当前，锂高子电池已经广泛应用于数码3C、动力、储能等领域，在国民经济、高科授以及关键技术领域等方面发挥 传统液态电解质中，有机溶剂具有高库蚀、易燃、抗氧化性较差的特点，且无法应对锂技晶等问题，导致液态锂高子电池安全性能和能量密性能造一步提升面临诸多障碍：(1)安全性：锂棱晶生长及其化因素可能造成的热失控会由于有机落剂约易燃特性史加不可控；(2)能量密度：液态电解恢中溶剂、锂益约氧化还原窗口窄，极大地限制了高电压正极、锂金属负极等高能量材料的使用；除此之外，液态电解质锂高子电池中使用的有想高分子隔膜的热定性差和机械强度低的固有缺陷分别严重限制了链高子电池的工作温意范围和应对机械激用下的安全性能。 相比出之下，半固态技术可大幅减少液态电解质的使用，上外，如太蓝新能源发布的策二代半固态无隔膜技术在锂离子电池产品端的量产应用，更是可以移除耐高温性能差的高分子限膜：实现了安全性能、工作高遇上限及能量密度的多方位提升。 固态电池技术概述 1.2.2半固态电池技术发展历程沿革 作为全固态电池技术成熟前的可产业化方案：半固查电池技术具有高安全性、与现有液查电池产线兼容性高、工艺简单、成本较低等优势。其发展经历多个阶段： Ⅱ萌芽期 半同态电池的概念最早可以追测到20世纪70年代围； 川启动期（2012-2016年） 21世纪后3C数码、新能源汽车和可穿款没音等市场的兴起，使得半固态电老的高安全性和高能量密度优势受到学术界和产业界的共同密切大注，2012-2016年期问，半固态电池技水处于实验室研充和初步探索价段，科研区队主要致力于改过电达的能量密度和普环寿命等性能，为半固念电池技术的进一步发展奠定了基础； I高速发展初期（2017-2022年） （a）材料研发取得进层：在这一阶段，固态电辉质材料的研发取得了重要突破。暂化物、聚合物等同态电解质材料不断被持续探索和改进，其离子电导率、稳定性等方面的性能得到逐渐提升，为半固态电注的发展提供了关键的材料支持；(b)电池性能提升：半同态电池的能量密废、安全性等性能指标被不断优化提几，最显若性能捷升集中于在安全性方面，归因于固态电释成的引人，降低了电池发生热失控的风险；（c)企业布局加快：众多电池企业和车企开始关注并布局半固态电油棱术。例如，薪锋锂业等企业加大了对半同态电池的研发投入，部分车企世积极与电池企业合作，隆动半固态电治在电动汽车上的应用；半固态技术的快速发尽主要体现在国内宁费时代、卫蓝新能源、清陶能源、太盖新能源等全业在半固态电池缺城取得了重要突效，并实现了小拉量装车； II商业化前夕（2023年以来） (a)量产进程准进：2023年被广泛认为是半固态电池的产业化加递元年，多索电池企业宣布半回态电池达到量产状态或取得重要的产业化进展。如卫蓝新能源的半同态电池产品实现交付，清陶能源完成了与上汽联合开发的第一代半固态电池装车试验，太蓝新能源在半固查小动力电池方面实现量产出货等；[h)应用领域拓展：半国态电池不仅在新能源汽车领域得到应用，还开始向储能、消费电了等领域拓展。其高安全性、高能量密废和教好的经济性等特点，使其在这些领城具有广闻的应用前票；（c技术持续改进：企业和科研机构避续对半固态电池的技术进行改进和优化，妇提高固态电解质的离子电导率、改善电吸与电解质的界面相容性等，以进一步改重韦池的电性能和安全性能。利用半固态技术替代当前广泛商业化的液态电池术，有望在短斯内有效是升锂电池的安全性，并在中长期内实现锂电池能量空度的进一步提升，在消费者需求和行业高质量发展的双重背景下，半固态电治技术正在进入产业化、以及进一步商业化的关建节点。 1.2.3全固态电池技术起源 追溯同态申池的质史，其摄意并非新生事物。在早期申化学研究价段，英国科学家约款夫·汤姆遇（JoscphThomson）便前瞻性地提出了利月固态电解质替代液体电解后以实现更稳定电池循环的设根。1的然而，受限于当时材料科学与加工技术的局限，这一创新理念并未能迅速转化为实际应用。直至19世纪中期，随着返克尔-法拉等杰出科学家的深入保索，殖化银、氧化铅需固态电解质材料的发现，不仅为同态离子学领域奠定了坚实的理论基础，也为固态电池技术的后效发层销设了关链性的道露，激发了科研人员对同态电池技术的持续研究与热情： 1.2.4全固态电池技术发展历程沿革 自20世纪中叶以来，随着同态物理学和无机化学等领域研究的不断深化，全固态电池技术开始受到科研界的关注。1992年，美国橡树岭国家实验室开发了一种无机固态电解质(LIPON)，并成功组装同志电池，闪这一成就标志着全围态电池技术发展的重要转打点。 随后，科列人员陆续发规了多种固志电解质材料，包括氧化物、它化物等。这些新型材料在离子传导效率和化学稳定性等方面质现出卓越的性能，极大地拓展了全巨态电治技术的应用前。 随着21世纪的到来，电动汽车市场的迅插扩张以及对安全性更高、能量密更大的电池需求的不断上升，全固态电池技术的研究迎来了前所