固态电池凭借高能量密度、高安全性等优势,被视为下一代
动力电池的发展方向。目前主流技术路线包括硫化物固态电池和氧化物固态电池,二者各有优劣,尚未形成绝对领先的技术方案。以下从技术性能、成本与经济性、量产与装车、企业布局等维度进行对比分析。
技术性能对比
- 离子电导率:硫化物固态电池的离子电导率极高,可达10⁻³ S/cm,接近甚至超过传统液态电解质,这使得电池能够实现更高的充放电速度,例如可以支持6-10分钟充至80%。而氧化物固态电池的离子电导率相对较低,约为1-5 mS/cm,这导致其充放电性能受限,倍率性能较弱。
- 能量密度:硫化物固态电池与电极材料的界面阻抗较低,有利于提升电池能量密度,理论值可超过500Wh/kg,实验室已达600Wh/kg。氧化物固态电池由于与电极材料的界面接触性不佳,能量密度提升受限,
半固态电池能量密度可达360Wh/kg左右,全固态电池潜力为450Wh/kg。
- 安全性:氧化物固态电池以陶瓷材料为电解质,具有较高的安全性和稳定性,耐高温性能好,不易燃烧和爆炸,能通过针刺、热箱等极端安全测试。硫化物固态电池化学稳定性差,易与空气、水分反应,可能产生剧毒气体硫化氢,对生产环境要求极高,需在干燥、无氧的手套箱内生产,增加了安全风险。
成本与经济性对比
- 材料成本:硫化物固态电池的核心原料硫化
锂价格昂贵,每吨超过100万元,导致材料成本极高。氧化物固态电池的LLZO电解质价格约为4.65万元/吨,材料成本相对较低。
- 生产成本:硫化物固态电池的生产需要无水无氧环境,设备投资大,单GWh成本为500-600美元,是液态电池的2-3倍。氧化物固态电池生产成本相对较低,单GWh成本为400-500美元,且兼容现有产线,有利于降低生产成本。
量产与装车进展对比
- 硫化物路线:
宁德时代计划2027年小批量生产硫化物固态电池,实验室能量密度达500Wh/km;丰田、三星SDI计划2030年量产。宝马i7全固态测试车已在2025年进行路测,奔驰EQG计划搭载硫化物电池。
- 氧化物路线:氧化物半固态电池已实现装车,如蔚来ET7、智己L6等。上汽集团计划2026年量产聚合物-氧化物复合电池。2024年中国半固态装车量为2154.7MWh,预计2030年目标占比全球市场60%。
企业布局情况对比
- 硫化物阵营:国际巨头有丰田、三星SDI、松下等,其中丰田专利全球第一。国内龙头企业包括宁德时代,其硫化物专利占国内60%,比亚迪的弗迪电池硫化物
电芯可达400Wh/kg,国轩高科也已贯通0.2GWh中试线。
- 氧化物阵营:技术主导者有清陶能源、卫蓝新能源、太蓝新能源等。清陶能源的半固态电池已装车,全固态500Wh/kg正在研发中;卫蓝新能源的360Wh/kg半固态电池已应用于蔚来ET7。车企方面,蔚来、智己、广汽等优先选择氧化物半固态路线。
从近期发展来看,氧化物半固态电池因生产成本低廉、安全性能优异,且能适配现有生产线,将率先实现商业化应用。相比之下,硫化物固态电池由于制备工艺复杂、生产成本居高不下,在现阶段主要处于技术研发阶段。但从更长远的角度看,随着制造工艺的持续优化和规模效应的显现,硫化物固态电池将凭借其优异的能量密度和快速充放电性能,在高端电动汽车等细分市场占据重要地位。值得注意的是,未来技术发展很可能会呈现出两种路线融合的趋势,比如开发硫化物-氧化物复合电解质材料,既保持高离子传导率又增强结构稳定性,或者通过界面工程优化等技术手段,改善硫化物的化学稳定性,最终推动两种技术路线的协同发展。