固态电池技术突破：2024年出货量预计超7GWh，2030年将达300GWh

固态电池持续升温。

在近日举行的2024年高工锂电池年会上，高工产业研究院（GGII）所长余德龙表示，高工产研去年预测2024年固态电池出货量将超过5GWh，但从今年年底开始从三季度数据来看，预计到今年年底，固态电池出货量将超过7GWh，并将达到2030年达到300GWh水平。2028年后全固态电池将突破GWh，2032年左右将突破100GWh。

当前，随着固态电池的持续发展，科创板记者注意到，锂电池产业链正在迎来新的变化，新的应用场景正在加速产业化进程。

▍液变固：材料、工艺、设备加速迭代

与液体电池相比，固态电池可以认为是用固体电解质替代了锂离子电池中的电解液和隔膜。最大的变化是电解质与活性材料之间的接触方式从固液接触变为固固接触。因此，产生一系列的变化。

蔚蓝新能源研发总经理徐航宇表示，固态电池面临的挑战包括全生命周期条件下连续稳定的界面接触，单一固态电解质材料很难满足所有需求。 -固态电池。基于此，他认为混合固液电池的发展策略弥补了单一电解质材料的缺陷。 “目前，公司已实现基于氧化物和聚合物固体电解质的混合固液电池的量产，产品应用于低空经济、新能源汽车、储能等领域。”

在固体电解质的作用下，正极材料的发展也面临新的变化。

宜宾力宝副总工程师周玉环表示，固态电池正极材料研发面临的主要问题包括界面稳定性、电化学稳定性、机械接触稳定性和成本问题。因此，固态电池正极材料的几何形状和尺寸应根据所用电解液的形态单独设计，以达到与电解液的紧密匹配。固态电池正极材料需要向致密、无裂纹和零应变方向发展。正极材料的表面涂层需要更精确的控制，要求涂层均匀且厚度可控。有必要开发适合工业化生产的新型涂装工艺。

在电池技术方面，干法技术受到广泛关注。华彩科技CTO陈阳表示，干电极摒弃了传统液体溶剂，与固态电池的设计理念类似。通过干法工艺技术，固态电池极片的制造过程可以完全干燥，消除了湿法工艺中干燥后残留溶剂分子的问题。此外，利用粘合剂的原纤化效应制造固体电解质膜可以提高固态电池的性能。其优点包括较低的孔隙率和提高的离子电导率；将活性材料和粘合剂干混形成薄膜，从而无需干燥和制造成本。降低;压实密度越高，越有利于解决固固界面问题。

MANSTER锂电池涂层研究所所长李宁也表示，在材料层面，干法避免了液体介质引起的复杂反应，使得材料之间的相互作用更容易控制。然而，干法可以在低温环境下操作，并且可以通过优化参数来确保硫化物电解质和电极材料之间的高质量界面。工艺层面，干法中的混合、压延等操作可在中试电极生产中进行，可以精确控制粉末特性和工艺参数，如控制混合比、压延压力等，从而生产出合适厚度的电极片和密度。 。

新工艺需要新设备。黎元亨固态电池技术总监卢启辉表示，该公司的电极干式涂装设备与湿式电极工艺相比，可降低原材料溶剂成本11.5%，能耗降低46%以上，经济性极高。

同时还提到，固态电池的关键设备还包括辊压式热复合双卷机、极片塑框印刷贴合机、高压复合设备等。其中，一体化极片塑框印刷层压机的作用是固态电池省去了隔膜，化成需要高压。因此，电池极片边缘变形，很容易导致内部短路问题。将树脂印刷到电极边缘，形成环形框架，在压力下起到支撑和绝缘作用。

同时，高压化学成分设备可以通过初次充放电过程激活电池材料并稳定电池性能。常规电池化或约束压力需要3-10t，固态电池化或约束压力需要60-80t（10Mpa压力/单节电池）。

与液态电池相比，固态电池的车间环境也会更加严格，包括更严格的低露点控制，将达到-50摄氏度。同时，硫化物、卤化物固态电池设备应增加防毒、防爆设计。

▍全固态电池仍面临诸多问题，eVTOL厂商呼唤材料突破

目前，业内人士普遍认为，固态电池仍处于发展初期，以半固态为主，全固态电池在成本、工艺、安全生产等方面仍面临诸多问题。

在成本方面，高工产研所所长余德龙提到，原料价格高，硫化物目前售价5万元/公斤，全固体成本是液体的10倍以上。

同时，在生产线投资方面，以江苏新捷拟向海木兴采购的2GWh电池自动化生产线设备计算，设备采购金额预计约为4亿元人民币。多位业内人士向科创板日报提到，目前一条固态电池生产线的投资金额根据不同产品规格有所不同，但基本相当于之前液态电池生产线投资额的一倍。同时，新型固态电池设备例如一台等静压设备就要数百万元，大大增加了成本。

在工艺层面，全固态电池在正极干法、等静压工艺等方面面临量产困难。黎元亨固态电池技术总监卢启辉表示，其中包括干式正极连续生产的挑战，以及干混技术和粉末定量加料技术的困难，降低了电极材料的制造速度和均匀分布。辊系的稳定性和寿命面临挑战，如大粒径铁锂成膜过程中设备卡阻、小粒径成膜过程中设备出现高频振动和异响问题、辊面的疲劳寿命。

在等静压工艺方面，提到极高的电压会对电芯造成损坏，等静压高达500Mpa会对电芯造成外观损坏和内部短路问题；等静压设备产能低、寿命短，每缸最大产量仅为48块（动力软包电池），在500兆帕的压力下，缸体材料达到屈服极限，每次操作会引起塑性变形。

在本质安全方面，梦威科技副总经理李鸿飞表示，全固态电池的安全性和失效机制需要深入研究。现有的一些实验结果表明，全固态电池并不是绝对安全的。固态电解质也会发生热失控，其安全性和热失控机制需要更深入的研究。全固态锂金属电池系统、固态电解质材料和金属锂负极此时，锂枝晶会沿着固态电解质的晶界、裂纹和间隙生长，这也会导致电池短路和电池短路。热失控风险。

从应用场景来看，目前，eVTOL领域等新兴市场的应用持续受到关注。

今年11月14日，亿航智能宣布与新捷能源、国际先进技术应用促进中心（合肥）低空经济电池能源研究院联合研发的高能固态电池取得重大技术突破。搭载该电池的EH216-S成功完成了单次不间断飞行测试，时间达到了48分10秒。适合不同的飞行需求，可大幅提升电池续航60%-90%。

新捷能源总裁孙力在高工锂电年会上介绍，公司固态电池采用锂金属负极和氧化物陶瓷固体电解质，并在低空飞行等领域经过多家客户的专业测试。作为亿航。第一条（>450Wh/kg）固态电池200MWh中试线已于2023年底稳定生产。规划建设一条（>450Wh/kg）固态电池2GWh生产线，将2025年Q2投产，预计总投资10亿元，用地70亩。

不过，亿航智能副总裁张宏表示，如果电池整体向更高比能量方向发展，目前的材料还不够。目前固态电池最成熟的材料是九级超高镍结合第三代纳米硅碳。这个材料系统如果要实现高倍放大，仍然面临瓶颈。 “未来我们也在呼唤下一代材料，比如能够有效提升电池电压的材料。目前看来还没有特别好的新一代正极材料来适应该领域同时，负极的复合锂金属还不成熟。”

许多制造商都在寻求突破。其中，锂金属电池制造商梦威科技副总经理李鸿飞认为，采用金属锂作为负极是提高电池能量密度的重要途径，并利用锂的沉积和提取进行储能。金属锂的理论比容量为3860mAh/g，电极电位较低。这是下一代电池负极材料的最终目标。其向科创板日报提到，公司目前正在与多家eVTOL厂商合作开发。

力神电池基础研发部固态电池研发经理张进表示，公司产品采用克容量更高的活性材料材料，单体电芯能量密度可超过400Wh/kg。采用锂金属负极的单体电池能量密度可大于500Wh/kg。目前，公司已完成3个eVTOL订单，累计销售额近亿元。

但总体而言，亿航智能副总裁张宏也提到，电池安全本身需要系统层面的共同努力。 “如果系统层面没有特别好的方法，或者整机层面的安全控制不够，我们其实不建议使用三元。不管是液体还是半固体，它的安全性在航空层面还是有待提高，所以我们还是希望在系统集成层面，包括智能控制和整机设计。我们可以共同努力，不会给电池带来所有压力。”