钜大LARGE | 点击量：2436次 | 2019年05月06日
固态锂电池市场潜力巨大，全球千亿市场空间可期
液态锂离子电池中电解液体系为锂离子在正负极之间传输提供通道。传统液态锂离子电池，构成部分有正极、负极、电解液、隔膜。正、负极材料是能够可逆嵌入和脱出锂离子的化合物，同时保证在脱嵌过程中保持结构稳定。正极材料提供锂离子，很大程度上决定电池能量密度，负极材料作为锂的载体。电解液起到的作用是具备离子导电性，作为正负极之间传输锂离子的通道。隔膜作为电子绝缘体，起到隔离正负极，防止电池短路的作用，同时隔膜具有微孔结构，为电解液和锂离子正常穿梭提供通道。液态锂离子电池的工作原理是锂离子随着充放电过程的进行，在正负极间的电解质中来回穿梭，并可逆地在电极上脱嵌，电子在外电路中传递，形成充放电电流。
固态锂电池采用固体电解质替代电解液和隔膜。一方面，固体电解质具备离子导电性，能够替代传统电解液，起到在正负极之间传输锂离子的作用;另一方面，固体电解质同时具备电子绝缘性，可以替代隔膜，隔绝正负极，防止短路。此外，根据负极材料的不同，又可以分为固态锂离子电池和固态金属锂电池，前者负极材料主要是石墨基、硅碳材料等可以嵌锂的材料，后者负极材料主要是指金属锂。
液态锂电池的安全隐患不容忽视
锂电池未来的聚焦主要在于两方面，安全性能和能量密度。首先，安全问题可能成为未来液态锂电池发展道路上最大的障碍，其安全隐患主要来自两方面:
溶剂具有易挥发、低闪点的特点，导致电解液的易燃性。液态锂离子电池采用的基本都是碳酸酯溶剂，主流溶剂有碳酸二甲酯(DMC)、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)等，基本都有挥发性强、闪点低的特点。在较高温度下易燃易爆，有一定毒性(碳酸酯溶剂有一定的致癌性)，同时液体状态在暴力冲击下容易漏液。电解液溶剂的性质，决定了一般常规锂电池长时间工作温度需要低于55°C-60°C，即使是采用特殊配方的高温电解液，使用温度一般也不超过65°C。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
负极表面容易形成枝晶，刺穿隔膜，造成正负极短路，导致电池起火。液态锂离子电池普遍采用石墨作为负极，当负极表面不均匀时，在多次充放电循环过程中容易导致多余的锂在负极表面富集堆积，形成树枝状的锂枝晶。锂枝晶生长到一定的程度，可能刺穿具有微孔结构的隔膜，连接到正极极片，造成正负极短路。另一方面，新暴露在电解液中的锂枝晶会不断被电解液腐蚀，消耗电解液，降低电池循环寿命和容量。
液态锂电池在3C、动力电池等领域频繁发生起火爆炸等安全事故。由于液态锂电池具备以上因素带来的安全隐患，小到手机、笔记本电脑等3C电池，大到动力电池，均出现过起火爆炸等安全事故。主要引起安全事故的原因有过充、不恰当使用等导致电池温度过高，受到外部猛烈的碰撞、挤压导致电解液外溢，电池内部短路导致起火，电池胀气、电解液外溢等。
安全性能高:固体电解质具备高热稳定性和致密性
固态锂电池可从根本上解决液态的安全隐患。全固态锂电池采用固体电解质，固体电解质一般由有机、无机化合物合成，熔点、沸点均较高，大部分材料不可燃，不含有任何低闪点、易燃易爆的有机溶剂，解决了电解液的易燃性。
同时，固体电解质薄膜致密无孔，机械强度较高，有效抑制负极锂枝晶刺穿造成短路的问题。在热稳定性和电化学稳定性方面也比电解液更好，能够承受住实际使用过程中出现的极端情况，比如碰撞、挤压等，极大的提升了锂电池的安全性能。
能量密度高:可采用金属锂做负极，有望提升40%-50%能量密度
金属锂比容量高，接近石墨负极的10倍。锂金属具备极高的容量，理论值达到3860mAh/g;石墨的理论容量只有372mAh/g，目前能实现的可逆容量有365mAh/g，高容量的硅基负极材料容量能达到1000-1500mAh/g，但在脱嵌过程中会发生较大的体积膨胀和收缩，实际中很难有效发挥出来，仅能达到420-450mAh/g。金属锂即使只发挥出50%的有效容量，也远高于石墨和硅基负极。虽然真正决定电池容量的材料是正极，但负极容量越高，越可以有效减少单位Wh负极材料的使用量，提升体积和质量能量密度。
金属锂负极不适用于液态锂电池。金属锂本身可以充当“锂源”，是非常理想的负极材料。最早在20世纪60至70年代，学术界便开始研究金属锂做负极的锂电池。但由于采用电解液，存在较大问题难以解决，即循环过程中会形成锂枝晶，刺穿隔膜导致短路，同时锂枝晶与电解液反应，循环寿命衰减严重，导致学术界转而研究比容量更低的碳作为嵌锂的负极材料。
固态锂电池可以使用金属锂作负极，相同正极体系下能量密度有望提升50%以上。在使用固体电解质的同时，可以采用目前的正负极材料体系，由于固体电解质较高的机械强度和韧性，以及致密的薄膜结构的特点，可以直接采用金属锂做负极，有效防止电解液对金属锂的腐蚀，锂枝晶刺穿隔膜导致短路的问题，有望在当前正极材料体系下，进一步提升电芯能量密度。
固态锂电池提升电池PACK能量密度，降低电池成本。传统液态锂电池由于内部含有流动的电解液，在电芯生产环节中，需要将多个正极/隔膜/负极片并联后，注入电解液，封装，焊接集流体接头。下一步电池PACK生产环节中，再将已封装好的多个电芯串联，同时由于高温下易燃易爆的电解液存在，需要额外添加冷却系统。
全固态锂电池制备过程中，由于不存在流动的电解液，电芯生产环节中，可以多层正极/固体电解质/负极材料致密堆积，串联叠加之后再封装焊接，节省电池内部空间，提高单体电芯的电压和能量密度。在电池PACK生产环节中，将单体电芯外部并联。由于固体电解质热稳定性较高，甚至在高温下电导率更优异，因此不需要额外添加冷却系统，在能量密度和成本上都具备一定的优势。
应用范围宽:固体电解质可用温度范围更为宽泛
液态锂电池的工作温度主要受限于电解液闪点低、隔膜的融化温度低，一般最高使用温度只能到65°C左右。固体电解质的分解温度普遍较高，聚合物有机固体电解质一般使用温度超过150°C，无机固体电解质最高温度有望提升到300°C，较大的拓宽了锂电池在高温领域的应用，未来有望在特种航天、石油勘探、地下钻井等极端环境下采用锂电池替代当前的一次原电池。此外，由于固体电解质的低温离子电导率普遍较低，目前大量的研究集中在低温电导率的改进上，未来有望实现对液态锂电池宽温度范围内的全面替代。
设计多样化:固态制备工艺简化，可设计为柔性电池
由于电解液具有流动性，在电池的外部形态、内部结构设计方面，都会受到一定的限制。固体电解质减少了注液的步骤，制备工艺简化，电池设计多样化，可以卷对卷生产，同时可设计为柔性电池，在未来可穿戴设备时代，将有较大的空间。
固态锂电池未来有望实现大规模商业化应用
AmericaLUXResearch预测固体锂电池有望在2020-2030年期间实现技术突破。由于液态锂离子电池面临安全性能和能量密度方面的双重瓶颈限制，固体锂电池、锂硫电池、锂空气电池已经成为下一代电池领域的研究热点。AmericaLUXResearch研究数据预测，固体锂电池在经历2013-2020年期间相对平稳的基础理论研究之后，2020-2030年有望实现技术上较大突破，商业价值潜力有望快速提升。(注:固态锂电池产业化路径，将在后续报告中详细阐述。)
固态锂电池深度报告：2030年全球市场空间有望超千亿
固体电解质是全固态锂电池的核心组成部分，是实现高能量密度、高循环稳定性和高安全性能的关键材料，固体电解质又称为快离子导体，或者是超离子导体。
影响固体电解质性能的关键指标分析
目前学术界对固体电解质的研究热度迅速提升，固体电解质的产业化道路之所以还停留在科研-中试阶段，关键在于以下几个指标还有望进一步提升。
离子电导率:固体电解质离子电导率低，是阻碍其商业化应用的主要瓶颈之一。电解质作为正负极之间传导锂离子的介质，传导锂离子的速度成为关键。离子电导率的高低直接影响了电池的整体阻抗和倍率性能，聚合物固体电解质的电导率普遍较低，硫化物无机固体电解质的离子电导率相对比较高。
锂离子迁移数:与有机电解液类似，聚合物电解质也存在双离子(锂盐中的阴离子和阳离子)同时传导的问题，离子电导率并不全部由锂离子的迁移来贡献。而对电池循环和倍率性能起到关键作用的是锂离子迁移数量的大小，因此离子电导率x锂离子迁移数，才是最终决定锂离子在电解质中传导能力的关键指标。聚合物电解质的锂离子迁移数往往低于0.5，无机固体电解质的锂离子迁移数接近1。
固固界面相容性:固体电极与固体电解质界面接触性差，界面阻抗大是制约固态锂电池循环性能的主要瓶颈之一。电解质及电极间的界面相容性是决定界面反应电阻及电池循环稳定性的重要因素，分为化学相容性和物理相容性两部分。在全固体锂离子电池中，良好的化学相容性表现在电池工作过程中电解质与电极间无电化学副反应的发生。良好的物理相容性则表现在电解质与电极间的润湿性较好，界面接触充分、紧密且稳定。目前固体电解质与固体电极之间的固/固界面接触阻抗值是电解质本体阻抗的10倍以上，严重影响离子的传输，导致电池的循环寿命、倍率性能差。
机械性能与韧性:机械性能的测试主要针对无机固体电解质，大部分无机固体电解质属于陶瓷电解质，机械性能相对较差，较脆易碎。聚合物电解质由于高分子有机物基体具备较好的柔韧性，机械强度远高于无机电解质。近期学术界在研究将PEO、聚醚类高分子聚合物电解质与无机陶瓷电解质复合，或者制备聚合物、陶瓷双层薄膜电解质，一方面改善无机电解质的机械性能，另一方面，无机电解质的高离子电导率有效改善聚合物电解质的离子导电性。
电化学稳定性:电解质的电化学氧化电位需高于正极材料的充电截止电压，电化学还原电位需低于负极材料的放电截止电压，在电池的正常工作电压范围内，电解质需要保持较高的电化学稳定性，不会出现在电池充放电过程中出现电解质被分解的情况，一般要求电解质的电化学窗口高于4.5V，无机电解质的电化学性能普遍相对更好。
聚合物固体电解质:有望最早突破商业化瓶颈的电解质
聚合物固体电解质和无机固体电解质，是目前全球主流的两大固体电解质体系研究体系。聚合物电解质主要有三大体系，其中最早发现可以导锂，研究相对成熟的是PEO基固体电解质体系，其次，聚合物电解质还包括聚碳酸酯基体系、聚硅氧烷基体系以及聚合物锂单离子导体基体系。
PEO基固体电解质是主流研究方向之一
聚环氧乙烯(PEO)是最早被研究的聚合物电解质基膜，可类比于电解液中的溶剂。1973年，聚环氧乙烯基聚合物(PEO)被发现可以进行离子传导，奠定了聚合物固体电解质发展的基础。1979年开始，以聚合物(PEO/PVDF/PAN等，以PEO为代表)作为电解质基膜，加上锂盐作为溶质，来制备聚合物固体电解质(PEO+LiX)，成为国内外主流研究的方向之一。
PEO基固体电解质优点在于:1)原材料充足，价格低廉，制备工艺简单;2)PEO薄膜具备较好的机械性能和韧性，安全性能较好，适用于柔性电池的制备;3)相对目前液态锂电池的制备，PEO基固体电池的制备工艺流程简化;4)PEO薄膜柔性特征，与正负极的界面相容性比无机固体电解质更好，有利于提高电池循环性能。PEO基固体电解质研究技术相对成熟，目前最大的问题在于如何解决室温离子电导率低的问题，未来有望突破成为新一代的固体锂电池电解质。
PEO薄膜在常温阶段处于结晶区，离子电导率低是主要问题。PEO在不同温度下会呈现出不同的形态结构，按照温度范围来区分，PEO传导锂离子分为:结晶区导锂和无定形区导锂。当温度低于60°C，PEO主要形态为结晶区，呈现出圆柱型“隧道”结构，锂离子在“隧道”中定向迁移实现导锂，该形态下的PEO离子电导率普遍较低;在室温25°C下，离子电导率普遍低于10-7S/cm，远远低于常规电解液的离子电导率(10-2S/cm左右)，离大规模商业化应用还有较大的差距。如何提高常温离子电导率，成为PEO基固体电解质的主要研究方向之一。
PEO的“无定形区”导锂机理，是目前机构的主要研究对象。PEO另一种形态称为无定形区，主要在60°C以上呈现，此时的PEO具备一定“链段运动”的能力，其传导锂离子的过程分两步走:1)通过PEO上带有负电位的醚氧键，与电解质中带正电位的锂离子形成络合配位，对游离的锂离子形成聚集效应;2)通过“无定形区”形态的“链段运动”，对已经聚集的锂离子形成定向迁移，完成锂离子在循环过程中在正负极之间的传导;并且随着温度升高，无定形区占比越大，“链段运动”越激烈，锂离子迁移速度越快，离子电导率越高。在60°C左右，PEO基电解质的离子电导率能达到10-4S/cm左右;到120°C以上，PEO基电解质的离子电导率能达到10-3S/cm数量级以上。
增加“无定形区”在常温下的占比，是目前学术界改善PEO基电解质离子电导率的主流路径。目前学术界有两种方法来提高PEO基电解质的离子电导率:1)化学性混合，采用其他的聚合物与PEO基团进行化学反应，通过嫁接、共聚或者交联，形成梳型化或者枝化结构，能够有效的打乱PEO结晶，提高无定型区的比例，得到电导率较高的PEO衍生物基电解质材料。2)物理填充纳米粒子，降低相同温度下结晶区所占的比例，同时加速锂盐的分解，不但能够对电解质的电导率有较大的提高，还能进一步改善电解质的电化学稳定性、热稳定性以及机械性能，目前已经成为聚合物电解质研究的一个重要分支，一般称为PEO基复合固体电解质(室温离子电导率到10-5S/cm~10-4S/cm)。
从学术成果进程角度看聚合物电解质未来趋势
研究机构对聚合物电解质研究热度不断攀升，有望加速产业化进程。学术界对于聚合物电解质性能的研究有望加速完善。离子电导率低是目前制约聚合物电解质产业化最大的瓶颈，我们以离子电导率为研究指标，检索海外锂电池学术界专业期刊文献数据(主要检索锂电池领域知名海外期刊与数据库Springerlink，以及国内知名学术网站中国知网(CNKI)、万方数据库)，国内外数据库检索关键词分别为聚合物电解质和polymerelectrolyte。
自从1973年发现聚合物具备导电性能以来，国内外研究机构对聚合物电解质的研究热度不断提升。SpringerLink检索结果表明，在1973-1980年期间，没有相关论文发表;1981-1991年期间，每年发表论文数逐渐上升，但仍处于较低状态;1991-2006年期间，论文数量呈现快速爬升态势;从1992年的19篇上升到2006年的74篇，年均复合增速达到10%;经过2007-2008年小幅回调后，2008-2017年维持更高的发表速度，从2008年的49篇上升到2017年的170篇，年均复合增速达到15%;截止到2017年，SpringerLink发表论文数合计为1745篇，目前还没有达到峰值水平。
国内期刊对聚合物电解质的学术论文相对较少，2017年中国知网、万方数据库的论文数量分别为136篇、98篇。一方面，国内研究时间相对更晚;另一方面，国内研究机构优秀的学术结果会选择在海外知名期刊投稿发表，导致国内数据库论文数量远小于海外知名数据库。未来随着知名研究机构及企业的研究深度不断加大，有望加速聚合物电解质的产业化进程。
研究热度攀升加快离子电导率改善，有望加速推进商业化进程。随着新能源汽车市占率逐步提升，动力电池的需求量将呈现快速增长，液态锂电池的安全问题也逐步引起社会的关注，学术界和产业界对聚合物电解质的研究热度持续提升，离子电导率有望得到进一步的改善，以PEO或类PEO为基膜的聚合物固体电解质有望加速推进商业化进程。
无机固体电解质:硫化物、石榴石型、LiPON是主要方向
无机固体电解质的比较优势较多。无机固体电解质相对聚合物电解质而言，最大优势在于离子电导率高。除此之外，无机电解质的优势还有:1)几乎可以忽略的电子导电率，可以充当隔膜的角色;2)制备过程大多要进行高温烧结，具备较高的热稳定性;3)电化学窗口宽，适用于高电压的电极材料体系;4)接近1的锂离子迁移数，远高于聚合物固体电解质。
无机固体电解质导锂机理与聚合物电解质不同。无机固体电解质主要是通过电解质结构中的结构缺陷和空位缺陷来形成导锂空位，实现对锂离子的定向迁移。其导锂能力更多与电解质的晶格结构、分子键合力以及锂离子浓度有关。
无机固体电解质的研究方向集中在硫化物、石榴石型、LiPON电解质。无机固体电解质体系庞大，按照其物质结构可分为晶体型固体电解质和非晶体(玻璃态)固体电解质两种。其中晶体型电解质可分为钙钛矿型、NASICON型、石榴石型、层状Li3N以及磷酸盐类;非晶型固体电解质主要包括LiPON氧化物玻璃态和硫化物玻璃态电解质，以及其它元素掺杂得到的玻璃态电解质三类。目前市场研究度比较高的是硫化物电解质、石榴石型无机电解质、LiPON电解质。
硫化物电解质:电导率可媲美电解液的固体电解质
硫化物电解质离子电导率可媲美电解液，最具商业化潜力。晶体型固体电解质研究相对较少，电导率普遍较低，同时对金属锂不稳定、导电性各向异性，在循环过程中会发生不可逆性。非晶态中的硫化物电解质，室温离子电导率较高，可与电解液媲美。2011年，日本丰田汽车及东京工业大学课题组合成Li10GeP2S12电解质，室温离子电导率达到1.2x10-2S/cm;2016年，同样具备LGPS结构的Li9.54Si1.74P1.44S11.7Cl0.3材料，电导率达到2.5x10-2S/cm，已经达到电解液的电导率水平。
对空气、金属锂稳定性差，界面阻抗值高是制约硫化物电解质产业化的主要瓶颈。1)硫化物本身是硬度较高的无机粉末，在与电极接触时界面形容性较差，使得电池界面传质电阻较大，对电池的倍率性能产生了很大影响。此外，氧化物正极材料会吸引锂离子，造成硫化物电解质贫锂，形成空间电荷层，增大界面阻抗。即使电解质本体阻抗与电解液相当，但由于空间电荷层导致界面阻抗增大，电池性能仍不能与液态锂电池相比。2)硫化物与空气中的水分反应生成有毒的硫化氢气体，生产过程必须在惰性氛围下进行。3)目前制备硫化物电解质采用冷压技术，微观层面仍有空隙和晶界空格，无法做到完全致密，循环过程中锂枝晶在会空隙中生成，最终导致电解质破碎，电池短路。4)硫化物易与金属锂反应生成SEI层，负极界面阻抗较高;同时与现有正极材料体系的化学势相差较大，形成空间电荷层，增大正极界面阻抗值。
氧化物固体电解质:电导率较低且界面接触阻抗大，仍处于早期研究阶段
氧化物电解质分为晶态和非晶态，晶态氧化物电解质电导率低，近期有所提升。晶态氧化物电解质研究较多的是石榴石氧化物电解质，另外还有钙钛矿型电解质、NASICON电解质等类型。2003年，最早报道传统石榴石型氧化物固体电解质(A3B2(XO4)3)能导电时，其室温离子电导率仅为10-6S/cm层级。截至2015年，学术界通过采用异价金属离子掺杂，大幅提升石榴石氧化物电解质的离子电导率，其中LiLaZrTaO(LLZO)材料，达到1.6x10-3S/cm的电导率。氧化物晶态固体电解质化学稳定性高，部分样品可以在50C倍率下工作，循环45,000次后，容量保持率达95%以上。
相比硫化物电解质对水分和金属锂的敏感度较高，石榴石型氧化物电解质对空气和水分相对更加稳定，与金属锂的界面稳定性也更强。LLZO氧化物电解质的低室温电导率是主要障碍，目前改善方法主要是元素替换和异价元素掺杂;界面接触差的问题，实验室主要尝试的方式有在电解质片上原位生长电极层、电极材料与电解质材料粉末共烧结、利用溅射等技术沉积电极层等。
薄膜LiPON电解质:柔性薄膜全固态锂电池的主要原材料
ON电解质属于非晶态氧化物电解质，性能稳定，目前被认为是全固态薄膜电池的标准固体电解质。LiPON电解质是氮氧化物型非晶态电解质材料，最早是1992年由美国橡树岭国家实验室利用射频溅射装臵，在高纯N2气氛中溅射高纯Li3PO4靶材得到的。该材料在27°C下的离子电导率为2×10-6S/cm，电化学窗口为5.5V，且热稳定性较好，循环性能优异，50C倍率下循环45,000次，容量仍保持在95%以上。此外，LiPON电解质其他性能在固体电解质体系中都相对比较优异:1)电化学窗口达到5.5V，可配套高电压材料;2)与传统正极材料锰酸锂、钴酸锂、三元等，负极金属锂都有较好的界面相容性;3)与金属锂接触稳定，不会发生副反应;4)机械强度高，在循环中防止枝晶、裂化、粉末化等现象。
LiPON电解质的主要问题在于制备工艺复杂、造价昂贵、单体电芯容量低。由于电解质非常薄，电极材料同样需要制备成薄膜状，需要采用到磁控溅射、脉冲激光沉积、化学气相沉积等方法，制备工艺复杂，对设备要求高;因此目前薄膜全固态锂电池虽然在性能上已经达到商业化的标准，但由于造价昂贵，并没有得到广泛运用。其次，由于电极片超薄，单体电池的容量受到限制。因此在应用领域方面，多用于小微型电池体系，逐步走向手机等中型电池。在容量改善方面，主要方式包括:1)制备结构，采取多个薄层堆垛结构，多个电芯并联，提升容量;2)制备正极超厚膜，提高单体电芯容量;3)磁控溅射制备速率慢，开发新的制备方法。
从学术成果进程角度看无机固体电解质未来趋势
从检索结果来看，在1973-1994年期间，Springerlink发表论文数量处于震荡上行阶段，整体发展速度相对较慢;1994-2017年期间，论文发表速度有所加快，未来增速仍有不断提升的趋势。国内无机电解质研究较晚，文献发表进展相对缓慢;从中国知网、万方数据库的检索数据来看，2000年后研究热度有所提升。
无机固体电解质电导率可媲美电解液，对全固态锂电池循环性能、倍率性能有较大的提升，未来运用于动力电池领域的潜力巨大。随着学术界和产业界的研究力度不断加深，在机械强度、制备工艺、界面相容性差等“短板”方面的问题将有望加速得到解决方案。
不同固体电解质对比:产业化道路上各有优劣
通过对不同电解质的各项性能特种图对比来看:聚合物电解质的加工成本低、制造工艺简单，具备较大的商业化应用潜力，但是材料端离子电导率、锂离子迁移数较小，还需要进一步改进;硫化物电解质材料性能最优越，但在材料稳定性和制备工艺方面还需要有所改进，未来运用于固态动力电池的潜力最大;氧化物电解质中晶态氧化物电解质，离子电导率处于硫化物和聚合物电解质之间，但制备工艺、加工成本、机械性能差是当前面临的主要问题;氧化物电解质中的非晶态LiPON薄膜电解质，电导率低和制备工艺成本高是其主要障碍，在小微型电池中具备较大的商业化潜力。
固态锂电池市场潜力巨大，全球千亿市场空间可期
全球新能源汽车销量假设条件:
1)2017年工信部发布《汽车产业中长期发展规划》，称国内2020年、2025年汽车产量预计分别达到3000万辆、3500万辆。新能源汽车方面，我们假设2020年国内新能源汽车产量为206万辆;2025年新能源汽车产销量占比达到20%以上，国内新能源汽车总量达到700万辆。
2)假设2020-2030年之间，全球汽车产销年均复合增速为2%。
3)根据彭博社发布的《2018电动汽车展望》报告预测，2025年全球新能源汽车有望超过1100万辆，
2030年超过3000万辆，我们预计2025年、2030年全球新能源汽车销量分别为1400万辆、3000万辆。
固态锂电池渗透率假设条件:
1)预计固态电池在2025年实现全面量产，分别对动力、消费、储能三大领域渗透率进行预测。
2)在动力电池领域，假设2020年、2025年、2030年固态电池渗透率分别为0.5%、5%、20%。
3)在消费电池领域，小型电池的固态化对材料和制备工艺的门槛相对较低，预计渗透率增长相对较高，2020年、2025年、2030年固态锂电池的渗透率分别为1%、10%、35%。
4)在储能电池领域，国际可再生能源机构(IRENA)预测，至2030年全球电化学装机量规模达到250GW，未来13年的年均复合增速达到40.9%。中关村储能产业技术联盟(CNESA)指出，2017年全球电化学储能技术中，锂离子电池累计装机量规模占比达到75%。假设2020-2030年期间储能锂电池年均复合增速为40.9%，2020年、2025年、2030年的固态电池渗透率分别为0.5%、5%、20%。
预计2030年的全球固态动力电池需求有望超过350GWh。预计2025年、2030年，全球动力电池需求分别有望达到678.4GWh、1837.0GWh。按照假设条件，全球固态动力电池需求量在2020年、2025年、2030年的渗透率分别为0.5%、5%、20%，则需求量分别有望达到1.1GWh、33.9GWh、367.4GWh。
预计2030年全球固态锂电池需求有望接近500GWh，市场空间千亿以上。按照上述假设条件，全球固态锂电池的需求量，在2020年、2025年、2030年分别有望达到1.7GWh、44.2GWh、494.9GWh。即使假设2030年产品价格下降至0.3-0.5元/Wh(不含税)左右，全球固态电池市场空间也有望达到1500亿元以上。
全球企业开始加大固态锂电池方面的研究布局
固态电池有望成为下一代动力电池主导技术路线，全球企业加大布局固态锂电池领域。中国工程院院士陈立泉表示“如果能量密度进一步提高，大于500Wh/kg的话，一定从现在开始就要考虑固态锂电池，以及锂空气电池、锂硫电池等新的电化学体系探索研究。”
宁德时代在全固态锂电池的研发和技术储备上具备一定的领先优势。自2012年开始，宁德时代开始申请全固态锂电池相关专利，在聚合物全固态锂电池、硫化物全固态锂电池方面均有相应的技术储备。
公司设计制作了325mAh的聚合物全固态锂电池电芯。目前最具备量产潜力和条件的是PEO基全固态锂电池，据中国储能网资料显示，宁德时代主要对其导电性、加工性能各方面进行了一些改进，并设计制作了容量为325mAh的聚合物电芯，表现出较好的高温循环性能;同时也验证了聚合物基固态锂金属电池在安全性能方面的优异表现，不仅在穿钉、剪切、弯折等滥用条件下不冒烟不起火，而且还能继续放电。未来仍需解决的问题还是离子电导率低，以及PEO基电解质工作温服在60°C-85°C，这类电池元件需要一个加热元件，对电池整体的能量密度有一定影响。
公司在硫化物全固态锂电池方面做了较为深入的研究。据中国储能网资料显示，硫化物电解质的离子电导率高，电化学稳定性高，此外还具有质地较软，容易加工等优点，是公司选择研究硫化物电解质的重要原因之一。在商业化进程中，硫化物全固态锂电池还有几个问题需要解决:1)正极在充放电过程中有较大的体积变化，会恶化与电解质的界面接触;2)正极一侧由于空间电荷层效应会导致界面电阻增加;3)硫化物电解质对空气敏感、易氧化，遇水产生硫化氢有毒气体;4)硫化物电解质本身稳定性和可制造性也是非常大的挑战。针对以上问题，公司通过正极材料表面包覆改性，固态电解质改性和引入界面缓冲层来改善界面性能;对于固态电解质与正负极之间由于有效接触面积小导致界面电阻较大，可考虑通过热压工艺和电解质本身的掺杂改性来进行改善。公司开发了较为先进的混合工艺，使钴酸锂正极内部形成一个稳定均匀的电子与离子输运网络，从而达到减小极化提升循环性能的目的。此外，通过硫化物的掺杂改性，提高电解质的空气稳定性，改性后的电解质在干燥房中放臵两天左右仍能保持较稳定的状态，有望降低电池制造成本;将改性后的LiCoO2/硫化物电解质/Li电池，在0.1C倍率下，能做到200周以上，容量保持率在80%以上。
公司对全固态锂电池大规模生产工艺进行了技术探索。据高工锂电资料显示，宁德时代探索的全固态锂电池基本制备工艺流程为:正极材料与离子导体的均匀混合与涂覆;经过一轮预热压，形成连续的离子导电通道;经过二次涂覆硫化物电解质之后，再进行热压，全固态化之后可以去掉孔隙;再涂覆缓冲层后与金属锂复合叠加，此工艺与传统的锂离子电池工艺差异较大。
携手中科院许晓雄博士，设立全资子公司布局全固态锂电池。赣锋锂业于2017年底公告，拟设立全资子公司浙江锋锂新能源科技有限公司，计划以不超过2.5亿元投资建设第一代固态锂电池研发中试生产线，项目建设期2年。公司与中科院许晓雄博士合作，许晓雄博士至今已申请专利30余项(国际专利6项、中国专利27项)，其中已授权专利11项。根据公司计划，2018年12月，亿瓦时级第一代固态锂电池生产线实现送样，2019年12月完成3亿元销售，且二代固态锂电池技术成熟。同时公司对浙江锋锂进行项目考核和奖励管理，采取分期考核，分期现金和股权相结合的奖励兑现方式。
项目一期顺利实施，后续项目有望持续推进。根据公司2018年8月3日投资者关系活动记录表资料显示，公司项目一期中样品电芯属于混合固液电解质类型的半固态锂电池;按照产品设计的要求，该款电池是综合具备了较高比能量、优异的功率特性及良好的循环寿命，同时易于规模化制备。按照现有循环测试数据推算，预计该类电池可循环3000次，容量保持80%(1C充电/1C放电，100%DOD，室温条件)。同时，公司披露已经建成了一条固态动力锂电池的自动化生产线，用于各类固态锂电池的电芯设计、制备工程化等方面的研究工作，亿瓦时的量产生产线也在建设当中，预计后续项目有望顺利推进。
样品指标符合要求，各项性能表现良好。经过中汽研汽车检验中心检验，对浙江锋锂提供的固态锂电池样品进行了过放电、短路、跌落、加热、加压、针刺、海水浸泡、温度循环、能量密度和倍率测试等安全性检验，符合GB/T31485-2105《电动汽车用动力蓄电池安全要求及实验方法》的要求。1)能量密度方面:2个样品在25°C下的能量密度分别为244.33Wh/kg、248.09Wh/kg;2)倍率性能方面:2个样品在25°C、5C倍率下充放电，放电容量分别为10.02Ah、10.22Ah，分别达到0.1C容量下的77.1%、77.4%;3)安全性能方面:以超标准对电池单体进行了重物冲击安全性试验检验，检验结果符合GB31241-2014《便携式电子产品用锂离子电池和电池组安全要求》的要求;4)循环性能方面:循环1010次后，放电容量保持率分别为90.1%、90.3%。
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