言引:在了解固态电池电解质之前,我们先来回顾一下传统锂电池的工作原理。传统锂电池由正极、负极、电解液和隔膜组成,其中电解液起着在正负极之间传导锂离子的关键作用,它就像是锂离子在电池内部穿梭的 “高速公路”,保障着电池的充放电过程顺利进行。但液态电解液存在易燃、易挥发等安全隐患,限制了电池性能的进一步提升。
而固态电池电解质,正是为了解决这些问题而诞生的。简单来说,固态电池电解质是一种能够传导离子的固体材料,在固态电池中,它取代了传统的液态电解质,成为了锂离子传导的新通道。固态电池电解质就像是一座坚固稳定的 “桥梁”,不仅能让锂离子高效地在正负极之间移动,还克服了液态电解质的诸多缺点,极大地提升了电池的安全性和能量密度等性能。 从结构和成分来看,固态电池电解质种类繁多,目前主要分为无机固态电解质(如氧化物、硫化物、卤化物等)和聚合物固态电解质两大阵营。不同类型的固态电池电解质在原子排列方式、化学键特性等方面存在差异,这些微观结构上的特点直接决定了它们的宏观性能表现,我们下面会详细介绍。
(一)硫化物电解质:性能王者的困境
硫化物电解质在众多固态电池电解质中,堪称性能王者。它的离子电导率与液态电解液相仿,能达到 10⁻³ - 10⁻² S/cm ,电化学窗口更是高达 5V 以上,这意味着电池可以在更宽的电压范围内稳定工作,大大提升了电池的能量转换效率和功率密度。硫化物材料质地柔软,易于机械加工,适合批量制备成高致密度的电解质膜取代传统隔膜和液态电解质。在制备电极时,它能够与活性材料保持良好的接触,减少界面电阻,进一步提升电池的性能 。正因如此,硫化物电解质被视为全固态电池的理想选择,众多企业纷纷布局,如宁德时代、丰田等行业巨头都在硫化物电解质的研发上投入了大量资源。
然而,硫化物电解质也面临着诸多困境,严重制约了它的商业化应用。其制备成本高得惊人,制备成本占据了硫化物总成本的 80%。主要原因在于关键原料硫化锂依赖进口,其单价超过百万元 / 吨,极大地增加了生产成本。硫化物电解质稳定性欠佳,存在严重的界面副反应问题,这会导致电池内部产生高阻抗,降低电池的充放电效率和循环寿命。硫化物电解质对水氧极为敏感,在空气中容易与水分反应产生有毒的硫化氢气体,这不仅对生产环境提出了极高的要求,增加了生产难度和成本,还限制了电池的储存和使用条件。
为了解决这些问题,科研人员和企业进行了大量的探索。在降低成本方面,积极推进硫化锂的国产化替代,同时研发新的制备工艺,如球磨法、碳还原法已经实现量产,而液相法因效率高、污染低成为潜在的突破口,据测算,远期硫化锂目标成本有望降至 20 万元 / 吨,降幅超 80%。在提高稳定性方面,采用掺杂改性与复合电解质策略,通过在硫化物电解质中引入其他元素进行掺杂,改变其晶体结构和电子云分布,从而提高其稳定性;将硫化物电解质与其他材料复合,形成复合电解质,取长补短,有效抑制锂枝晶生长,提升电池的整体性能。
(二)氧化物电解质:率先量产的先锋
氧化物电解质凭借自身的优势,率先在半固态电池领域实现了装车应用,成为固态电池发展进程中的先锋。氧化物电解质具有良好的化学稳定性和较宽的电化学窗口,能够在较为复杂的电化学环境中保持稳定,不易发生化学反应而导致性能下降。其单吨物料成本仅 4.65 万元,相较于硫化物电解质,成本优势明显,这使得氧化物电解质的量产门槛较低,更容易实现大规模生产。目前,国内的蔚来、上汽智己、东风岚图、赛力斯等众多车企,都已经实现了半固态电池装车,而这些半固态电池大多采用的是氧化物路线。上海洗霸作为国内唯一实现 LLZO(锂镧锆氧)氧化物电解质吨级量产的企业,良品率超 98%,2025 年产能将扩至 2000 吨 / 年,还独家供货比亚迪刀片固态电池项目,在氧化物电解质的产业化应用方面取得了显著成果 。
不过,当氧化物电解质朝着全固态化方向发展时,却遭遇了界面阻抗难题。由于氧化物电解质与电极材料的物理和化学性质存在差异,在二者的界面处容易形成较大的阻抗,这会阻碍锂离子在电极和电解质之间的传输,导致电池的充放电性能下降,容量衰减加快。目前仅有少数企业坚持全固态氧化物路线,大多数企业还在努力探索解决界面阻抗问题的有效方法,如通过优化电极与电解质的界面结构、采用界面修饰技术等,但这些方法在实际应用中仍存在一定的局限性,需要进一步的研究和改进。
(三)卤化物电解质:崭露头角的潜力股
卤化物电解质作为固态电池电解质领域的新兴力量,正凭借其独特的优势崭露头角,成为全固态电池降本的重要方向。卤化物电解质的一大显著优势在于其成本优势,特别是锆基卤化物电解质,单吨物料成本仅为 10.78 万元 / 吨,远低于硫化物路线(约 50 万元 / 吨) 。在性能方面,卤化物电解质的电导率接近硫化物,能够满足电池对离子传导效率的要求,其化学稳定性更优,能够在更广泛的条件下保持稳定,不易发生化学反应导致性能劣化。卤化物电解质还具有优异的热稳定性和机械强度,能够适配高电压正极材料,有助于提升电池的能量密度,满足现代电子设备和电动汽车对高能量密度电池的需求 。
目前,全球最大的四氯化锆产能集中在三祥新材,其 10 万吨氧氯化锆项目可对应约 8 万吨四氯化锆产能,为卤化物电解质的规模化发展提供了有力的原材料支撑。四氯化锆是卤化物固态电解质的关键前驱体材料,用于合成含锆的氯化物电解质(如 Li₂ZrCl₆、Li₃ZrCl₈等),随着卤化物电解质技术的不断发展和应用,锆基材料的战略地位也将进一步凸显。尽管卤化物电解质展现出了巨大的潜力,但要实现大规模的商业化应用,还需要突破规模化制备技术等一系列难题,未来的发展道路依然任重道远。
(一)市场规模与增长态势
固态电池市场近年来呈现出迅猛的发展态势,展现出巨大的增长潜力。VMResearch数据显示,2023 年中国固态电池的市场空间达到约 10 亿元,预计 2024 年将达到 17 亿元,2025 年更是有望飙升至 29 亿元,同比增长 70% 。出货量方面同样成绩斐然,2023 年中国固态电池出货量约 2.50GWh,2024 年增长至 7.00GWh,2025 年预计达到 10.00GWh 。EVTank 预计,全固态电池将在 2027 年实现小规模量产,到 2030 年将实现较大规模的出货,预计到 2030 年全球固态电池出货量将达到 614.1GWh,在整体锂电池市场的渗透率约为 10% 。这一系列数据表明,固态电池市场正处于高速增长阶段,随着技术的不断进步和应用场景的不断拓展,未来市场规模有望持续扩大。
作为固态电池的核心组成部分,固态电池电解质市场也随之水涨船高。研究机构 EVTank 联合伊维经济研究院发布的《中国固态电解质行业发展白皮书(2025 年)》显示,2024 年全球固态电解质出货量约 0.17 万吨,主要来自于中国市场。随着半固态电池和固态电池的逐步产业化,预计到 2030 年全球固态电解质的出货量将达到 21 万吨,总体市场规模将达到 366.2 亿元 。从不同技术路线占比来看,聚合物电解质和氧化物电解质主要用于当前半固态电池,硫化物和卤化物主要用于未来全固态电池,少部分用于半固态电池掺杂使用。2024 年中国聚合物和氧化物电解质出货量占比超过 98%,少量使用硫化物和卤化物。预计随着全固态电池的逐步产业化,硫化物电解质的出货量占比会逐步提升,预计到 2030 年,硫化物电解质的总体出货量占比将达到 29.5%,其中在全固态电池电解质中,硫化物电解质的市场份额将达到 65% 。
(二)企业布局与竞争格局
在固态电池电解质领域,众多企业纷纷抢滩布局,竞争格局逐渐明晰。宁德时代作为全球动力电池的龙头企业,在固态电池电解质领域的布局堪称全面而深入。在硫化物电解质方面,宁德时代积极投入研发,力求突破其制备成本高、稳定性差等技术瓶颈,致力于实现硫化物电解质的大规模商业化应用,其凝聚态电池(半固态)已经实现商业化,计划 2025 年实现硫化物全固态电池量产 。在氧化物电解质领域,宁德时代也持续发力,不断优化其性能和制备工艺,以提升电池的整体性能。
赣锋锂业作为全球锂行业的领军企业,凭借其在锂资源领域的深厚底蕴和技术积累,在固态电池电解质领域占据着重要地位。赣锋锂业是全球唯一覆盖氧化物 / 硫化物 / 聚合物三条技术路线的锂资源龙头企业,其硫化物电解质能量密度突破 500Wh/kg,目前重庆基地一期 5GWh 混合固液电池已投产,全固态电池正在装车测试中 。天赐材料则在硫化物电解质前驱体领域独占鳌头,市占率超 60%。2024 年,天赐材料的硫化物电解质量产线成功投产,成本较日企低 40%,展现出强大的成本优势和市场竞争力,已完成公斤级生产,2025 年规划实现百公斤级量产 。
除了这些国内企业,国外企业也在固态电池电解质领域积极布局。日本的丰田公司在硫化物电解质方面拥有众多专利,技术实力雄厚,计划 2025 年推出搭载硫化物固态电池的混动车型,续航提升 50%,并于 2030 年实现全固态电池商业化 。美国的 QuantumScape 也在固态电池领域取得了重要进展,2024 年已交付首批固态电池样品予大众汽车,计划 2026 年实现量产 。
从竞争格局来看,目前固态电池电解质市场尚未形成完全垄断的局面,不同技术路线的企业都在凭借自身优势争夺市场份额。硫化物电解质路线的企业凭借其高能量密度等优势,在高端市场占据主导地位;氧化物电解质路线的企业则因成本相对较低,在中低端市场和半固态电池领域具有一定的竞争优势 。未来,随着技术的不断成熟和市场的逐步扩大,固态电池电解质市场的竞争将愈发激烈,企业需要不断加大研发投入,提升技术水平,降低生产成本,才能在激烈的市场竞争中立于不败之地。
(一)面临的挑战
固态电池电解质在发展过程中,面临着诸多挑战,这些挑战犹如一道道关卡,阻碍着其大规模商业化应用的进程。成本问题是首当其冲的难题,目前固态电池电解质的制备成本普遍较高,这主要是由于原材料价格昂贵以及制备工艺复杂所致。以硫化物电解质为例,其关键原料硫化锂依赖进口,价格高达百万元 / 吨,使得硫化物电解质的制备成本居高不下,占据了总成本的 80% 。氧化物电解质虽然在成本上相对硫化物电解质具有一定优势,但其单吨物料成本也达到了 4.65 万元,这对于大规模应用来说,仍然是一笔不小的开支。
技术难题同样不容忽视。固态电池电解质的离子电导率、稳定性和界面兼容性等性能仍有待进一步提升。在离子电导率方面,尽管一些固态电解质的室温离子电导率已经取得了一定的进展,但与液态电解质相比,仍存在较大差距,这会导致电池的充放电效率降低,影响电池的使用性能 。在稳定性方面,硫化物电解质容易与水分反应产生有毒的硫化氢气体,对生产环境和使用安全造成威胁;氧化物电解质在与电极材料的界面处容易形成较大的阻抗,阻碍锂离子的传输,降低电池的循环寿命。聚合物电解质虽然加工性能好,但离子电导率低,高温易分解,也限制了其应用范围 。
产业链不完善也是制约固态电池电解质发展的重要因素。目前,固态电池电解质的上下游产业链尚未完全成熟,原材料供应不稳定,生产设备和工艺有待进一步优化,这使得固态电池电解质的生产规模难以扩大,成本难以降低 。同时,由于缺乏统一的行业标准和规范,不同企业生产的固态电池电解质在性能和质量上存在较大差异,这也给市场的推广和应用带来了一定的困难。
(二)发展机遇
尽管面临着诸多挑战,但固态电池电解质行业也迎来了前所未有的发展机遇。随着全球对新能源的需求不断增长,新能源汽车、储能等领域对高性能电池的需求日益迫切,这为固态电池电解质的发展提供了广阔的市场空间。新能源汽车市场的快速扩张,对电池的能量密度、安全性和续航里程提出了更高的要求,固态电池电解质凭借其高能量密度、高安全性等优势,成为解决这些问题的关键技术,有望在新能源汽车领域得到广泛应用 。在储能领域,固态电池电解质能够提升储能系统的效率和安全性,满足可再生能源大规模存储和利用的需求,具有广阔的应用前景。
政策支持也为固态电池电解质行业的发展注入了强大动力。各国政府纷纷出台一系列政策,鼓励新能源产业的发展,推动先进锂电池和固态电池的示范应用 。中国政府高度重视新能源汽车和储能产业的发展,将固态电池作为重点研发方向之一,给予了大量的资金支持和政策优惠,为固态电池电解质行业的发展创造了良好的政策环境 。这些政策的出台,不仅有助于降低企业的研发成本和市场风险,还能够吸引更多的资本和人才进入该领域,加速固态电池电解质技术的研发和产业化进程。
技术创新也为固态电池电解质行业带来了新的机遇。随着材料科学、化学工程等领域的不断进步,新型固态电池电解质材料和制备工艺不断涌现,为解决固态电池电解质面临的技术难题提供了新的思路和方法 。一些科研机构和企业在硫化物电解质的掺杂改性、氧化物电解质的界面修饰、聚合物电解质的复合增强等方面取得了重要进展,有效提升了固态电池电解质的性能。随着人工智能、大数据等新兴技术在电池研发中的应用,固态电池电解质的研发效率和性能优化能力将得到进一步提升,加速其商业化应用的进程。
本报告关注全球与中国市场固态电池电解质的产能、产出、销量、销售额、价格以及发展前景。主要探讨全球和中国市场上主要竞争者的产品特性、规格、价格、销量、销售收益以及他们在全球和中国市场的占有率。历史数据覆盖2020至2024年,预测数据则涵盖2025至2031年。