固态电池：下一代终极电池，龙头强者恒强

当前液态锂电池已接近能量密度上限，并且仍存在热失控风险。而固态电池大幅提升电池的安全性，兼容高比容量正负极，打开能量密度天花板，因此成为动力电池下一轮技术竞赛中的关键，行业向固态电池发展趋势明显。

但是全固态电池工艺并不成熟，仍处于研发阶段，存在离子电导率低、循环寿命差、倍率性能差、成本高昂等问题，制约了商业化进程。

半固态电池作为液态电池和全固态电池的过渡方案，兼具安全性、能量密度和经济性，因此率先进入产业化阶段，已率先切入无人机等高端消费领域。

根据固态电池企业的布局进度，已有多家企业2023年正在进行产能建设，半固态电池处于量产前夕；全固态电池仍处于研发阶段，预计2030年后实现商业化。

根据EVTank的预测，至2030年全球固态电池渗透率为10%，需求达到276.8GWh。2023-2030年，全球固态电池需求增长的CAGR为63.7%。

资料来源：EVTANK、光大证券

固态电池行业概览

现有的液态锂电池存在易挥发、易燃、锂枝晶刺穿隔膜造成短路起火等缺陷，安全性问题难以解决，自燃事件时有发生，同时能量密度也接近天花板，而固态锂电池采用固体电解质替代传统电解液体系和隔膜，有望显著提升电池安全性、能量密度和使用寿命，被公认为是下一代锂电池技术。

固态电池使用固体电极和固体电解质，其有望取代以往传统的液态锂离子电池，大大提升电池能量密度达到400 Wh/kg，锂硫/锂空电池有望实现500Wh/Kg。

固态电池的发展历史可追溯到1972年，当时SCROSATI B等首次报道了一种采用LiI为电解质的固态锂离子一次电池。

随后在1983年，日本东芝公司宣布开发一款可实用的Li/TiS2薄膜全固态电池。

1987年，中国科技部将固态电池列为第一个“863”计划重大专题，是我国固态电池发展历史上的重要事件。

2021年，中国科学技术大学研发出的新材料氯化锆锂，突破了锂电池固态电解质材料生产成本和综合性能难以兼得的重大瓶颈。

哈佛大学研究团队在《Nature》上发表的论文表示新型固态电池可重复使用1万次，充电速度最快达3分钟，这标志着固态电池的寿命和充电速度完成了历史性飞跃。

固态锂电池主要由正极、负极、固态电解质构成，相对于液态锂电池，固态电池的优势：

（1）使用固态电解质替代液体电解质和隔膜，固态电解质燃点非常高，提高电池热稳定性能；

（2）固态电池的电压平台是5V，高于液态电池的4.3V，能够匹配高压电极材料，电池能量密度和比容量优于液态电池；

（3）固态电解质不具有流动性，因此不存在漏液现象，简化电池成组设计，降低电池的重量和体积，能量密度有望突破300Wh/kg。

固态电池产业链

资料来源：行行查

电解质为固态电池的核心

固体电池的技术核心在于电解质的革新，最终目标是实现电解质的全固化，在过程中不断减少对液态电解质的应用，从液态逐步实现到半固态、准固态，最终实现全固态电解质的目标。

依据电解质分类，锂电池可分为液态、半固态、准固态和全固态四大类，其中半固态、准固态和全固态三种统称为固态电池。

半固态电池为液态电池迭代版本，电芯中固态电解质和液态电解质均存在。

固态电解质大多耐高温、不可燃，电池自燃或者爆炸的风险明显减小，安全性较高。

资料来源：新能源汽车行业研究

根据所用固态电解质不同，固态电池又可分为聚合物固态电池、硫化物固态电池、氧化物固态电池。

聚合物电解质主要由聚合物基体与锂盐构成，具有高温时离子电导率高、易于加工、电解质/电极的界面阻抗可控等优点，是最早产业化的技术路线，其主要缺点在于低温时离子电导率低。

氧化物电解质室温电导率相对较高、电化学稳定性好、循环性能良好，但电解质与正负极材料界面接触差导致界面阻抗高.

硫化物电解质的室温电导率最高，但电解质与电极材料界面稳定性较差，电解质易氧化。

整体来看，氧化物进展较快，硫化物发展潜力大。

另外，固态电池还可以按照正极材料的不同，分为固态锂离子电池与固态锂金属电池。

其中固态锂离子电池沿用当前锂离子电池材料体系，使用石墨或硅碳材料作为负极、使用复合材料作为正极，而固态锂金属电池则以金属锂为负极。

固态电池市场格局

固态电池市场格局方面来看，日韩企业相对领先，国内部分企业也拥有核心技术。

当前产业链龙头加大布局，正在推动半固态电池落地。

电池端企业主要有宁德时代、比亚迪、卫蓝新能源、清陶能源、亿纬锂能、赣锋锂业、辉能科技、国轩高科、孚能科技、蜂巢能源等。

宁德时代推出凝聚态电池，兼顾安全性、能量密度和量产难度，同时布局硫化物全固态路线；比亚迪全路线布局，后续或升级固态+短刀+CTC体系。

我国半固态电池主要为氧化物电解质，布局氧化物电解质的企业包括卫蓝新能源、赣锋锂业、清陶能源等。

卫蓝新能源是中科院物理所固态电池技术产业化的平台，其主要基于原位固化技术，聚焦氧化物与聚合物电解质复合的混合固液和全固态锂电池。

清陶能源技术源于清华大学南策文院士团队，主要聚焦氧化物固态电解质和固态电池的开发。

固态电解质端看，天目先导、蓝固新能源绑定卫蓝新能源，性能指标优异，上海洗霸、金龙羽也在加速布局，奥克股份从原料端延伸聚合物电解质，瑞泰新材实现原位固化锂盐LiTFSI规模量产。

固态电解质前驱体锆源/锗源企业有东方锆业、三祥新材、云南锗业、驰宏锌锗等。

负极端看，兰溪致德、贝特瑞、翔丰华硅基负极进度较快。

正极端看，容百科技、当升科技超高镍正极布局领先。

隔膜企业有恩捷股份等。恩捷股份21年与卫蓝新能源、天目先导共设合资公司江苏三合（恩捷/卫蓝/天目分别持股51%/25%/24%），实施恩捷固态电解质涂层隔膜项目，工艺采用基础水性浆料（PVDF、AI2O3）/固态电解质浆料（LATP）分别进行一次/二次涂布。项目规划产能一期3.6亿平米，预计24年5月投产，二期2.4亿平米，预计26年5月投产。

截止23年3月，产线已部分建成，送样多家主流电池厂，实现小批量供货。公司具备高质量基膜供应保证、专业涂布设备及涂布技术，研发基础良好，产品预计率先供货卫蓝新能源。

此外整车企业以自研或增资入股等方式积极入局，代表公司有丰田、日产、本田等。

丰田、松下、三星、LG化学、美国Solid Power公司等选择了硫化物固态电解质路线。

其中丰田是是全球拥有固态电池相关专利数量最多的企业。欧洲在聚合物电池领域布局较早，但产业化进展在较慢，法国博洛雷集团在聚合物固态电池领域起步较早，也是首个实现聚合物电解质固态电池商业化的公司。

2022年开始，国内部分车企开始搭载半固态电池。

如分别搭载卫蓝新能源、赣锋锂业半固态电池的，搭载半固态电池的赛力斯纯电动SUV、东风追光轿车均于2022-2023年已经/计划交付。

此外，清陶能源、国轩高科、孚能科技生产的半固态电池也于2022-2023年已经或计划装车。

安全性高、能量密度高是车用固态电池产业化发展的主要驱动力，政府、车企及电池企业都大力投入。海外固态电池多为全固态电池，暂无可靠量产计划。全固态电池制造仍有众多难题未解，产业端预计2030年开始规模化量产。华泰证券认为，国内企业主要采取固液混合路线，固液混合电池已进入规模量产的工程化阶段，3-5年后可能成为中高端市场主流技术，在新能源汽车、消费电子、航空航天等领域得到应用。

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