固態電池：下一代終極電池，龍頭強者恆強

當前液態鋰電池已接近能量密度上限，並且仍存在熱失控風險。而固態電池大幅提升電池的安全性，兼容高比容量正負極，打開能量密度天花板，因此成為動力電池下一輪技術競賽中的關鍵，行業向固態電池發展趨勢明顯。

但是全固態電池工藝並不成熟，仍處於研發階段，存在離子電導率低、循環壽命差、倍率性能差、成本高昂等問題，制約了商業化進程。

半固態電池作為液態電池和全固態電池的過渡方案，兼具安全性、能量密度和經濟性，因此率先進入產業化階段，已率先切入無人機等高端消費領域。

根據固態電池企業的布局進度，已有多家企業2023年正在進行產能建設，半固態電池處於量產前夕；全固態電池仍處於研發階段，預計2030年後實現商業化。

根據EVTank的預測，至2030年全球固態電池滲透率為10%，需求達到276.8GWh。2023-2030年，全球固態電池需求增長的CAGR為63.7%。

資料來源：EVTANK、光大證券

固態電池行業概覽

現有的液態鋰電池存在易揮發、易燃、鋰枝晶刺穿隔膜造成短路起火等缺陷，安全性問題難以解決，自燃事件時有發生，同時能量密度也接近天花板，而固態鋰電池採用固體電解質替代傳統電解液體系和隔膜，有望顯著提升電池安全性、能量密度和使用壽命，被公認為是下一代鋰電池技術。

固態電池使用固體電極和固體電解質，其有望取代以往傳統的液態鋰離子電池，大大提升電池能量密度達到400 Wh/kg，鋰硫/鋰空電池有望實現500Wh/Kg。

固態電池的發展歷史可追溯到1972年，當時SCROSATI B等首次報道了一種採用LiI為電解質的固態鋰離子一次電池。

隨後在1983年，日本東芝公司宣布開發一款可實用的Li/TiS2薄膜全固態電池。

1987年，中國科技部將固態電池列為第一個「863」計劃重大專題，是我國固態電池發展歷史上的重要事件。

2021年，中國科學技術大學研發出的新材料氯化鋯鋰，突破了鋰電池固態電解質材料生產成本和綜合性能難以兼得的重大瓶頸。

哈佛大學研究團隊在《Nature》上發表的論文表示新型固態電池可重複使用1萬次，充電速度最快達3分鐘，這標誌着固態電池的壽命和充電速度完成了歷史性飛躍。

固態鋰電池主要由正極、負極、固態電解質構成，相對於液態鋰電池，固態電池的優勢：

（1）使用固態電解質替代液體電解質和隔膜，固態電解質燃點非常高，提高電池熱穩定性能；

（2）固態電池的電壓平台是5V，高於液態電池的4.3V，能夠匹配高壓電極材料，電池能量密度和比容量優於液態電池；

（3）固態電解質不具有流動性，因此不存在漏液現象，簡化電池成組設計，降低電池的重量和體積，能量密度有望突破300Wh/kg。

固態電池產業鏈

資料來源：行行查

電解質為固態電池的核心

固體電池的技術核心在於電解質的革新，最終目標是實現電解質的全固化，在過程中不斷減少對液態電解質的應用，從液態逐步實現到半固態、准固態，最終實現全固態電解質的目標。

依據電解質分類，鋰電池可分為液態、半固態、准固態和全固態四大類，其中半固態、准固態和全固態三種統稱為固態電池。

半固態電池為液態電池迭代版本，電芯中固態電解質和液態電解質均存在。

固態電解質大多耐高溫、不可燃，電池自燃或者爆炸的風險明顯減小，安全性較高。

資料來源：新能源汽車行業研究

根據所用固態電解質不同，固態電池又可分為聚合物固態電池、硫化物固態電池、氧化物固態電池。

聚合物電解質主要由聚合物基體與鋰鹽構成，具有高溫時離子電導率高、易於加工、電解質/電極的界面阻抗可控等優點，是最早產業化的技術路線，其主要缺點在於低溫時離子電導率低。

氧化物電解質室溫電導率相對較高、電化學穩定性好、循環性能良好，但電解質與正負極材料界面接觸差導致界面阻抗高.

硫化物電解質的室溫電導率最高，但電解質與電極材料界面穩定性較差，電解質易氧化。

整體來看，氧化物進展較快，硫化物發展潛力大。

另外，固態電池還可以按照正極材料的不同，分為固態鋰離子電池與固態鋰金屬電池。

其中固態鋰離子電池沿用當前鋰離子電池材料體系，使用石墨或硅碳材料作為負極、使用複合材料作為正極，而固態鋰金屬電池則以金屬鋰為負極。

固態電池市場格局

固態電池市場格局方面來看，日韓企業相對領先，國內部分企業也擁有核心技術。

當前產業鏈龍頭加大布局，正在推動半固態電池落地。

電池端企業主要有寧德時代、比亞迪、衛藍新能源、清陶能源、億緯鋰能、贛鋒鋰業、輝能科技、國軒高科、孚能科技、蜂巢能源等。

寧德時代推出凝聚態電池，兼顧安全性、能量密度和量產難度，同時布局硫化物全固態路線；比亞迪全路線布局，後續或升級固態+短刀+CTC體系。

我國半固態電池主要為氧化物電解質，布局氧化物電解質的企業包括衛藍新能源、贛鋒鋰業、清陶能源等。

衛藍新能源是中科院物理所固態電池技術產業化的平台，其主要基於原位固化技術，聚焦氧化物與聚合物電解質複合的混合固液和全固態鋰電池。

清陶能源技術源於清華大學南策文院士團隊，主要聚焦氧化物固態電解質和固態電池的開發。

固態電解質端看，天目先導、藍固新能源綁定衛藍新能源，性能指標優異，上海洗霸、金龍羽也在加速布局，奧克股份從原料端延伸聚合物電解質，瑞泰新材實現原位固化鋰鹽LiTFSI規模量產。

固態電解質前驅體鋯源/鍺源企業有東方鋯業、三祥新材、雲南鍺業、馳宏鋅鍺等。

負極端看，蘭溪致德、貝特瑞、翔豐華硅基負極進度較快。

正極端看，容百科技、當升科技超高鎳正極布局領先。

隔膜企業有恩捷股份等。恩捷股份21年與衛藍新能源、天目先導共設合資公司江蘇三合（恩捷/衛藍/天目分別持股51%/25%/24%），實施恩捷固態電解質塗層隔膜項目，工藝採用基礎水性漿料（PVDF、AI2O3）/固態電解質漿料（LATP）分別進行一次/二次塗布。項目規劃產能一期3.6億平米，預計24年5月投產，二期2.4億平米，預計26年5月投產。

截止23年3月，產線已部分建成，送樣多家主流電池廠，實現小批量供貨。公司具備高質量基膜供應保證、專業塗布設備及塗布技術，研發基礎良好，產品預計率先供貨衛藍新能源。

此外整車企業以自研或增資入股等方式積極入局，代表公司有豐田、日產、本田等。

豐田、松下、三星、LG化學、美國Solid Power公司等選擇了硫化物固態電解質路線。

其中豐田是是全球擁有固態電池相關專利數量最多的企業。歐洲在聚合物電池領域布局較早，但產業化進展在較慢，法國博洛雷集團在聚合物固態電池領域起步較早，也是首個實現聚合物電解質固態電池商業化的公司。

2022年開始，國內部分車企開始搭載半固態電池。

如分別搭載衛藍新能源、贛鋒鋰業半固態電池的，搭載半固態電池的賽力斯純電動SUV、東風追光轎車均於2022-2023年已經/計劃交付。

此外，清陶能源、國軒高科、孚能科技生產的半固態電池也於2022-2023年已經或計劃裝車。

安全性高、能量密度高是車用固態電池產業化發展的主要驅動力，政府、車企及電池企業都大力投入。海外固態電池多為全固態電池，暫無可靠量產計劃。全固態電池製造仍有眾多難題未解，產業端預計2030年開始規模化量產。華泰證券認為，國內企業主要採取固液混合路線，固液混合電池已進入規模量產的工程化階段，3-5年後可能成為中高端市場主流技術，在新能源汽車、消費電子、航空航天等領域得到應用。

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