固態(tài)電池行業(yè)專(zhuān)題報告：固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化加速，未來(lái)市場(chǎng)空間廣闊
1 固態(tài)電池安全性高，有望突破能量密度上限
1.1 固態(tài)電池概念：固態(tài)電解質(zhì)替代電解液及隔膜
傳統鋰電池主要由正極材料、負極材料、隔膜和電解液四大部分組成。其中，正、負 極材料決定了電池的容量，隔膜用于隔離正負極，同時(shí)允許離子通過(guò)，電解液則是連 接正負極的介質(zhì)，充當鋰離子傳輸的媒介。固態(tài)電池是使用固體電解質(zhì)來(lái)替代傳統鋰 離子電池的電解液和隔膜，實(shí)現離子傳輸和電荷儲存，是一種新型的電池技術(shù)。 傳統液態(tài)鋰電池的兩端為電池的正負兩極，中間為液態(tài)電解質(zhì)。在鋰離子從正極到負 極再到正極的來(lái)回移動(dòng)過(guò)程中，電池的充放電過(guò)程便完成了。固態(tài)電池的工作原理與 之相通，充電時(shí)正極中的鋰離子從活性物質(zhì)的晶格中脫嵌，通過(guò)固態(tài)電解質(zhì)向負極遷 移，電子通過(guò)外電路向負極遷移，兩者在負極處復合成鋰原子、合金化或嵌入到負極 材料中；放電過(guò)程與充電過(guò)程恰好相反。
根據電解液質(zhì)量百分比含量，固態(tài)電池可分為“半固態(tài)電池”、“準固態(tài)電池”和“全 固態(tài)電池”三大類(lèi)。 （1）半固體電池：電解液含量占比在5%-10%，半固態(tài)鋰電池是固液混合電解質(zhì)電池， 其電解質(zhì)采用固液混合方案，固態(tài)電解質(zhì)和液態(tài)電解質(zhì)同時(shí)存在，在電芯構成上也保 留了傳統液態(tài)鋰電池的隔膜結構，為通往全固態(tài)電池路上的“折中方案”。 （2）準固態(tài)電池：電解液含量占比在0%-5%，準固態(tài)電池相較半固體電池電解液含量 更低，保留有傳統液態(tài)鋰電池的隔膜結構。 （3）固態(tài)電池：電解液含量占比為0%，全固態(tài)電池由固態(tài)電解質(zhì)和固態(tài)電極構成， 電池內部正極、負極和電解質(zhì)均采用固體材料，并去掉隔膜的電池類(lèi)型。
1.2 固態(tài)電池優(yōu)勢：具備高安全性能、高能量密度關(guān)鍵優(yōu)勢
1.2.1高安全性：工作溫度范圍寬，耐熱性好
液態(tài)鋰電池過(guò)熱容易失控，產(chǎn)生各類(lèi)安全問(wèn)題。在使用過(guò)程中，過(guò)度充電、撞擊、短 路、泡水等因素會(huì )導致電池熱失控，導致燃燒、爆炸等安全風(fēng)險。當液態(tài)電池溫度上 升至90°C-120°C時(shí)，由于電池過(guò)熱，鋰電池負極表面SEI膜開(kāi)始分解，嵌鋰碳直接 暴露于電解液并反應放熱、產(chǎn)生大量可燃氣體；當電池溫度上升至130°C時(shí)，電池隔 膜會(huì )開(kāi)始熔化，導致電池發(fā)生內短路，釋放大量熱量，導致溫度劇烈上升；電池溫度 上升至200°C后，促進(jìn)電解液氣化分解，電池發(fā)生劇烈燃燒及爆炸。 固態(tài)電池工作溫度范圍更寬，耐熱性更好。固態(tài)電池正常工作溫度范圍為-50℃- 120℃，與普通鋰電池相比具有更廣泛的溫度適應性。同時(shí)，由于固態(tài)電解質(zhì)具有耐 高溫、不可燃、絕緣性好的特性，在受熱過(guò)熱時(shí)，固態(tài)電池不易產(chǎn)生短路問(wèn)題，安全 性能大大提升。
1.2.2高能量密度：兼容高比容量正負極，電池結構優(yōu)化
液態(tài)鋰電池能量密度已經(jīng)接近極限。電池能量密度與電極材料相關(guān)，近年來(lái)，液態(tài)鋰 電池技術(shù)升級加速，正極、負極材料持續迭代，電池能量密度也不斷提升。正極材料 方面，材料體系從磷酸鐵鋰向能量密度更高三元發(fā)展，而三元電池內部，也從333到523，再到811，不斷改善。負極材料方面，早些年鋰電池的負極普遍采用石墨，現在 加入了硅，借助硅碳負極，磷酸鐵鋰電池的能量密度取得了一定提升。目前，液態(tài)鋰 電池技術(shù)已經(jīng)基本成熟，主流的磷酸鐵鋰電池的能量密度在200Wh/kg以下，三元鋰電 池的能量密度在200-300Wh/kg之間，材料的潛能基本被挖掘得接近極限值。 固態(tài)電池能量密度能達到500Wh/kg以上，有望實(shí)現能量密度極限的突破。相較于液態(tài) 鋰電池，固態(tài)電池能量密度極限更高。根據財經(jīng)十一人數據，主流液態(tài)鋰電池的能量 密度范圍約為150-300Wh/kg，半固態(tài)電池約350Wh/kg左右,全固態(tài)電池可以達到 500Wh/kg以上，能量密度有望實(shí)現大幅提升。
固態(tài)電池能量密度的提升主要在于正負極材料和電池結構兩個(gè)方面的升級。 (1)正負極材料：固態(tài)電解質(zhì)本身不能提升能量密度，但是固態(tài)電解質(zhì)能夠兼容高比 容量正負極。傳統電解液在電壓4V以上時(shí)，就會(huì )發(fā)生分解反應，所以液態(tài)鋰電池具有 一定的電壓上限。固態(tài)電解質(zhì)更穩定、更安全、電化學(xué)窗口更寬，能夠承受5V以上電 壓。因此固態(tài)電解質(zhì)可以兼容高比容量的正負極，比如富鋰基正極、硅負極、鋰金屬 負極等材料，進(jìn)而大幅提升電芯能量密度。例如，在負極材料方面，目前主流負極材 料石墨的比容量為365mAh/g，固態(tài)電池負極材料硅碳負極的比容量高達1000- 2000mAh/g，金屬鋰的比容量高達3860mAh/g，比容量是石墨的10倍，硅碳負極、金屬 鋰負極的應用將能夠大幅提升鋰電池能量密度。
(2)電池結構方面：固態(tài)電池具備結構優(yōu)勢，能夠在堆疊，PACK方面實(shí)現能量密度提 升。一方面，傳統液態(tài)鋰離子中，需要隔膜把正負極分隔，防止短路，同時(shí)需要在電 池中注入電解液，連接正負極。固態(tài)電解質(zhì)則將電解液的隔膜功能合二為一，因為沒(méi) 有液體的存在，電芯結構更加緊密，能量密度得到更高。另一方面，傳統液態(tài)鋰離子 電池的電解液具有流動(dòng)性，內部的堆疊串聯(lián)很容易發(fā)生短路，引發(fā)自放電和放熱。固 態(tài)電解質(zhì)不具備流動(dòng)性，固態(tài)電池可以實(shí)現電芯內部的串聯(lián)、升壓，可以降低電芯的 包裝成本，并提升整體的體積能量密度。
1.3 固態(tài)電池主要挑戰：界面、成本問(wèn)題是制約產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵
1.3.1固-固界面：存在阻抗和相容性問(wèn)題，影響循環(huán)和倍率性能
界面問(wèn)題是制約固態(tài)電池性能的關(guān)鍵因素。固態(tài)電池電解質(zhì)-電極界面為“固-固”界 面。與“固-液”界面相比，“固-固”界面存在阻抗大、相容性差的問(wèn)題，繼而造成 固態(tài)鋰電池在循環(huán)性能、倍率性能等方面表現并不理想。 “固-固”界面問(wèn)題主要表現在物理接觸和化學(xué)接觸兩個(gè)方面。在物理接觸上:電極和 電解質(zhì)之間為點(diǎn)接觸，接觸面積小導致界面接觸阻抗高，限制界面處鋰離子傳輸；在 化學(xué)接觸上:固態(tài)電池中金屬鋰負極和固態(tài)電解質(zhì)相互接觸后容易自發(fā)地發(fā)生化學(xué) 副反應，導致“固-固”界面穩定性降低，增大界面阻抗。 目前，在固態(tài)電池研發(fā)中，解決界面的主要方向之一是通過(guò)引入穩定的導電緩沖層消 除或減弱空間電荷效應，抑制界面層的生成，從而降低界面電阻。
1.3.2離子電導率：固態(tài)電解質(zhì)離子電導率低
固態(tài)電解質(zhì)離子電導率低于液態(tài)電解質(zhì)。離子電導率是衡量電解質(zhì)中離子傳導能力 的重要參數，它直接影響到電解質(zhì)的電化學(xué)性能和電化學(xué)反應速率，對電池的充放電 性能有關(guān)鍵影響。電解質(zhì)的電導率越高，電池內的電子運動(dòng)就越快，電池的放電效率 就越高。與液態(tài)電解質(zhì)不同，固態(tài)電解質(zhì)中離子間相工作用力強，其離子遷移能壘是 液體的10倍以上、離子電導率低。 在目前主要的三大固態(tài)電解質(zhì)中，常見(jiàn)的氧化物固態(tài)電解質(zhì)室溫離子電導率約為10- 4 -10-3 S/cm，比液態(tài)電解質(zhì)離子電導率（約為10-2 S/cm）低1-2個(gè)數量級；聚合物固態(tài)電 解質(zhì)室溫離子電導率約為10-7 -10-5 S/cm，是三大固態(tài)電解質(zhì)中最低，比液態(tài)電解質(zhì)低 3-5個(gè)數量級；硫化物固態(tài)電解質(zhì)室溫離子電導率約為10-3 -10-2 S/cm，接近于液態(tài)電解 質(zhì)的室溫離子電導率，但硫化物電解質(zhì)存在許多界面的不穩定性問(wèn)題。 對比各類(lèi)固態(tài)電解質(zhì)，固態(tài)電解質(zhì)的綜合性能與液態(tài)電解質(zhì)還有一定差距，無(wú)法支撐 全固態(tài)電池的實(shí)際應用。因此明確高離子電導率的實(shí)現條件是發(fā)展高性能固態(tài)電解 質(zhì)、提高全固態(tài)電池充放電速度的關(guān)鍵。
1.3.3成本：材料成本、生產(chǎn)工藝和產(chǎn)業(yè)化程度造成成本較高
固態(tài)電池當前成本較高，制約大規模應用。與傳統鋰電池相比，固態(tài)電池成本較高， 主要原因包括材料成本高、制造工藝不成熟、生產(chǎn)規模小和供應鏈不完善等。 （1）材料成本方面：部分固態(tài)電池電解質(zhì)使用了的硫化鋰、氯化鋰等高純度化合物， 或者鋯、鍺等稀有金屬，原材料成本高； （2）生產(chǎn)工藝方面：固態(tài)電池的制造工藝較為復雜，部分技術(shù)路線(xiàn)制備過(guò)程包括高 溫燒結、界面優(yōu)化等步驟，增加了生產(chǎn)成本，對設備和工藝控制也提出了更高要求； （3）產(chǎn)業(yè)化程度方面：目前固態(tài)電池的生產(chǎn)規模較小，尚未形成規模效應，疊加關(guān) 鍵材料供應鏈尚不完善，導致固態(tài)電池單位成本較高。 隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步以及產(chǎn)業(yè)的規?；?，未來(lái)固態(tài)電池成本有望降低。根據Wind數據統 計，截至2024年10月，我國方形動(dòng)力電芯平均價(jià)格在0.35-0.6元/Wh之間，遠低于固 態(tài)電池價(jià)格。根據TrendForce集邦咨詢(xún)預測，到2030年，全固態(tài)電池的電芯價(jià)格有望 降至1元/Wh左右；到2035年，全固態(tài)電池的電芯價(jià)格有望降至0.6-0.7元/Wh，基本與 傳統液體鋰電池價(jià)格接近。
2 材料體系迭代，從半固體向全固態(tài)轉化
2.1 固態(tài)電池發(fā)展路線(xiàn)：半固體電池是過(guò)渡階段
固態(tài)電池技術(shù)研發(fā)難度大，半固體電池是過(guò)渡階段。目前，主流廠(chǎng)商主要是以半固態(tài)、 準固態(tài)形式介入固態(tài)電池領(lǐng)域，所以固態(tài)電池技術(shù)發(fā)展采用逐步轉化策略，通過(guò)“液 態(tài)-半固態(tài)-準固態(tài)-全固態(tài)電池”的發(fā)展路徑，逐步向全固態(tài)電池過(guò)渡。 從材料體系的變化來(lái)分類(lèi)，固態(tài)電池的技術(shù)進(jìn)步路線(xiàn)可以從三個(gè)方向發(fā)展： （1）電解質(zhì)：固態(tài)電解質(zhì)替換液體電解液。通過(guò)固態(tài)電解質(zhì)替換液體電解液，使得 電池內液態(tài)電解質(zhì)含量逐步下降，從液態(tài)鋰電池25%電解液含量向10%、5%、1%電解液 含量發(fā)展。 （2）負極材料：增加負極材料中鋰含量。負極金屬鋰含量逐步升級，從石墨負極向 預鋰化負極、富鋰負極、金屬鋰負極發(fā)展，最終發(fā)展至全固電池的最終形態(tài)。 （2）正極材料：采用更高能量正極材料。固態(tài)電池電解質(zhì)化學(xué)窗口更寬，能夠兼容 硫化物/鎳錳酸鋰/富鋰錳基等能量密度更高的正極材料。
2.2 電解質(zhì)：氧化物進(jìn)展較快，硫化物上限較高
根據電解質(zhì)不同，目前固態(tài)電池主要分為氧化物固態(tài)電解質(zhì)、硫化物固態(tài)電解質(zhì)、聚 合物固態(tài)電解質(zhì)三大主流技術(shù)路線(xiàn)。由于電解質(zhì)的材料特性不同，三大主流技術(shù)路線(xiàn) 分別具備不同的產(chǎn)業(yè)化優(yōu)勢與挑戰。
材料體系和材料特性方面：氧化物電解質(zhì)綜合性能好，硫化物電解質(zhì)發(fā)展上限 更高
(1)聚合物電解質(zhì)：聚合物電解質(zhì)是由聚合物基體和鋰鹽共同組成，其中，鋰鹽 包括LiPF6、LiClO4和LiAsF4等，基體包括聚環(huán)氧丙烷(PPO)、聚偏氯乙烯(PVDC)、 聚環(huán)氧乙烷(PEO)、聚丙烯腈(PAN)、聚偏氟乙烯(PVDF)等。 材料特性方面，聚合物安全性能好、容易制備、機械性能好。但是，聚合物電 解質(zhì)離子電導率偏低，目前主要通過(guò)加入固體塑化劑、陶瓷顆粒等填料或與其 他聚合物單體共聚等方式，提高材料的力學(xué)性能、化學(xué)穩定性，以及離子電導 率。
（2）氧化物電解質(zhì)：氧化物電解質(zhì)包括晶態(tài)和玻璃態(tài)兩類(lèi)。其中，NASICON型、 鈣鈦礦型、石榴石型以及LiSICON型等電解質(zhì)都屬于晶態(tài)電解質(zhì)，而應用在薄 膜電池中的LiPON型電解質(zhì)屬于玻璃態(tài)電解質(zhì)。 材料體系方面，鈣鈦礦型主要包括LLTO體系，目前研究方向主要是通過(guò)改變晶 體結構或將不同物質(zhì)與之摻雜來(lái)提高LLTO的離子電導率；NASICON型固體電解 質(zhì) 主 要 分 為 三 類(lèi) ： LiZr2(PO4)3( 簡(jiǎn) 稱(chēng) LZP) 、 LiTi2(PO4)3( 簡(jiǎn) 稱(chēng) LTP) 和 LiGe2(PO4)3(簡(jiǎn)稱(chēng)LGP)；石榴石型固態(tài)電解質(zhì)主要包括Li7La3Zr2O12(簡(jiǎn)稱(chēng)LLZO)； LiPON是一種非晶態(tài)電解質(zhì)，在0-5.5V電壓下相對于Li/Li+時(shí)是相對穩定的， 從而使得薄膜固態(tài)電池可以使用多種類(lèi)型的電極材料，但由于LiPON型固體電 解質(zhì)室溫離子電導率較低，約為10-6 -10-5 S/cm，因此不適用于大體積固態(tài)電池。 材料特性方面，氧化物電解質(zhì)熱穩定性好、電化學(xué)窗口寬，綜合性能較好，是 目前進(jìn)展較快方向，但氧化物電解質(zhì)具有易碎、加工復雜、界面接觸差、離子 電導率一般等關(guān)鍵問(wèn)題，目前主要研究方向是通過(guò)替換元素或摻雜同種異價(jià)元 素來(lái)提升電導率和穩定性。
（3）硫化物電解質(zhì)：硫化物電解質(zhì)包括玻璃及玻璃陶瓷態(tài)電解質(zhì)和晶態(tài)電解 質(zhì)等。 材料體系方面，硫化物玻璃態(tài)固態(tài)電解質(zhì)主要包括Li2S-P2S5體系，此類(lèi)材料完 全結晶時(shí)離子電導率并不高，目前主要通過(guò)熱處理、球磨加工、摻雜和改性等方式來(lái)提高其化學(xué)穩定性和電導率；晶態(tài)電解質(zhì)主要包括LGPS體系。2011年， 東京工業(yè)大學(xué)Kanno教授發(fā)現了Li10GeP2S12，其在室溫下具有1.2×10-2 S/cm的電 導率，與液體電解液接近，電導率高，發(fā)展潛力大。但LGPS應用了稀有金屬Ge， 生產(chǎn)成本較高。當前研究主要聚焦于通過(guò)Si\Sn替代Ge，來(lái)降低成本并提高化 學(xué)穩定性。 材料特性方面，硫化物電解質(zhì)離子電導率高，發(fā)展潛力大，可以通過(guò)摻雜、包 覆提高穩定性，但硫化物電解質(zhì)制備成本高、穩定性差，目前主要研究方向是 提高電解質(zhì)穩定性及降低生產(chǎn)成本。
產(chǎn)業(yè)化方面：氧化物技術(shù)成熟，硫化物商業(yè)化潛力大
（1）聚合物路線(xiàn)：起步時(shí)間較早，目前已經(jīng)實(shí)現小規模量產(chǎn)，技術(shù)水平較成 熟，但技術(shù)上限突破難度很大。受制于電導率低、性能上限等問(wèn)題，產(chǎn)業(yè)尚未 快速形成規?；?，技術(shù)有待提升。聚合物路線(xiàn)目前在半固態(tài)電池中已有應用， 主要參與企業(yè)和機構集中在歐美國家。 （2）氧化物路線(xiàn)：各方面的性能表現較為均衡，目前技術(shù)已相對成熟，但制備 成本較高，成本優(yōu)化后，將具有較好的發(fā)展潛力。目前國內眾多頭部固態(tài)電池 公司，如北京衛藍、江蘇清陶、臺灣輝能，都是以氧化物材料為基礎的固液混 合技術(shù)路線(xiàn)為主。 （3）硫化物路線(xiàn)：硫化物電解質(zhì)的電導率較高，性能表現最優(yōu)異，商業(yè)化潛力 大，但產(chǎn)業(yè)化研究難度也最大，目前技術(shù)尚不成熟。硫化物體系的主要參與企 業(yè)和機構主要集中在日韓及美國，國內企業(yè)以寧德時(shí)代、比亞迪為代表。
材料體系方面，PEO、LATP技術(shù)成熟度高，LLZO、LLTO達到量產(chǎn)水平。聚合物路線(xiàn)電 解質(zhì)的技術(shù)成熟度最高，目前PEO電解質(zhì)已經(jīng)可以大批量制備，并且廣泛應用于不同 行業(yè)；氧化物路線(xiàn)電解質(zhì)其次，其中，LATP電解質(zhì)技術(shù)成熟度較高，贛鋒鋰業(yè)等均可 以制備噸級以上規模，LLZO、LLTO電解質(zhì)已經(jīng)可以量產(chǎn)；硫化物電解質(zhì)技術(shù)成熟度較 低，目前LGPS、LPSCL等體系電解質(zhì)都還處在試驗階段。
2.3 負極材料：硅基負極是中短期主要方案，金屬鋰是長(cháng)期路線(xiàn)
固態(tài)鋰電池的負極材料體系主要包括金屬鋰負極材料、碳族負極材料和氧化物負極 材料三大類(lèi)。
材料特性方面：金屬鋰具備高容量和低電位的關(guān)鍵優(yōu)勢
（1）金屬鋰負極材料
金屬鋰具備高容量和低電位的優(yōu)點(diǎn)，是全固態(tài)電池負極材料的終極目標。然而，金屬 鋰在充放電過(guò)程中容易形成鋰枝晶，影響循環(huán)穩定性，容易導致電池短路和安全隱患， 限制了其產(chǎn)業(yè)化應用。目前研究方向主要是通過(guò)在鋰金屬表面引入納米涂層或改性 層、將鋰金屬與某些合金材料（如硅、錫等）結合等方式來(lái)改善鋰金屬與電解質(zhì)之間 的界面穩定性，減少鋰枝晶的形成。
（2）碳族負極材料
碳族負極材料包括碳基、硅基和錫基材料。其中，碳基材料以石墨類(lèi)材料為典型代表， 具有價(jià)格低、循環(huán)穩定性好、安全性高等優(yōu)點(diǎn)，然而其理論比容量較低，極限在 400mAh/g左右，目前實(shí)際應用己經(jīng)基本達到理論極限，可開(kāi)發(fā)空間不大。硅基負極材 料，例如Si-C復合材料，是目前負極材料發(fā)展的重要方向之一，其比容量高，理論比 容量高達4000mAh/g，將近碳基材料的10倍。但是硅基材料在充放電過(guò)程中存在體積 膨脹問(wèn)題，導致其循環(huán)性能差，目前主要研究方向為通過(guò)納米化、復合化和表面改性 等技術(shù)手段，改善其循環(huán)穩定性和倍率性能。
（3）氧化物負極材料
氧化物負極材料主要包括金屬氧化物、金屬基復合氧化物和其他氧化物。典型的氧化 負極材料包括Al2O3、Cu2O、SiOx、Ga2O3、Sb2O5、BiO5等。氧化物負極材料均具有較高 的理論比容量，然而在從氧化物中置換金屬單質(zhì)的過(guò)程中，大量的Li被消耗，造成巨 大的容量損失，并且循環(huán)過(guò)程中伴隨著(zhù)巨大的體積變化，造成電池的失效，通過(guò)與碳 基材料的復合可以改善這一問(wèn)題。
產(chǎn)業(yè)化方面：硅基負極是中短期的主要方案，金屬鋰是未來(lái)長(cháng)期的發(fā)展方向。 傳統液 態(tài)鋰電池主要使用碳族材料（如石墨）作為負極，目前技術(shù)成熟，產(chǎn)業(yè)化高，但受限于碳基比容量，其未來(lái)的發(fā)展空間有限。硅基負極材料理論比容量高，可以大幅提升電池性能，是固態(tài)電池負極材料體系迭代的重要方向之一，但硅基材料在充放電過(guò)程 中體積膨脹嚴重，導致循環(huán)性能下降。目前，通過(guò)碳包覆、納米化等技術(shù)手段，硅基 材料的循環(huán)穩定性和體積膨脹問(wèn)題得到了有效改善，硅基負極材料開(kāi)始在高端市場(chǎng) 實(shí)現初步應用。金屬鋰負極材料因其極高的理論比容量（40000mAh/g）和低電位，被 認為是固態(tài)電池負極材料的終極目標，但其面臨鋰枝晶生長(cháng)和化學(xué)穩定性差等挑戰， 目前還處在初期試驗階段，是負極材料體系長(cháng)期的發(fā)展方向。
2.4 正極材料：高電壓、高比容量正極材料是發(fā)展方向
目前，固態(tài)電池正極材料體系開(kāi)發(fā)主要集中在高鎳三元正極、鎳錳酸鋰、富鋰錳基等 路線(xiàn)。
材料特性方面：鎳錳酸鋰工作電壓最高，富鋰錳基綜合性能好
（1）高鎳三元正極材料（簡(jiǎn)稱(chēng)NCM）：高鎳三元材料具有高比容量和較低成本特點(diǎn)， 是目前傳統鋰電池和固態(tài)電池正極材料體系的主要迭代方向。在材料特性上，高鎳三 元正極材料通過(guò)增加鎳的含量，可以顯著(zhù)提高電池的能量密度，然而，高鎳材料存在 循環(huán)穩定性和安全性等方面問(wèn)題。 （2）鎳錳酸鋰（簡(jiǎn)稱(chēng)LNM）：鎳錳酸鋰是一種具有高工作電壓和良好循環(huán)穩定性的正 極材料。其高工作電壓可以達到4.7V，能夠提高電池的整體的能量密度，但鎳錳酸鋰 存在導電性較差的問(wèn)題。 （3）富鋰錳基正極材料（簡(jiǎn)稱(chēng)Li-rich）：富鋰錳基正極材料具有高比容量、高工作 電壓和低成本等優(yōu)點(diǎn)，綜合性能優(yōu)異，被認為是下一代正極材料的重要方向。其比容 量能夠達到250-300mAh/g，與高鎳三元相比有明顯提升。然而，富鋰錳基材料存在首 次充放電效率低和循環(huán)穩定性差的問(wèn)題。
產(chǎn)業(yè)化方面：短期三元材料廠(chǎng)商具備優(yōu)勢，富鋰錳基是未來(lái)迭代方向。固態(tài)電池正極 材料兼容性強，目前主要沿用三元高鎳體系，技術(shù)改動(dòng)較小。當前供應鏈和生產(chǎn)工藝 能夠較好地適應固態(tài)電池的需求，無(wú)需大規模重構，在三元材料體系方面技術(shù)領(lǐng)先的 正極材料廠(chǎng)商具備發(fā)展優(yōu)勢。長(cháng)期來(lái)看，富鋰錳基的高能量密度優(yōu)勢突出，有望成為 未來(lái)的正極材料迭代的主要方向。
3 政策持續發(fā)力，市場(chǎng)空間廣闊
3.1 政策方面：各國政策持續發(fā)力，推動(dòng)固態(tài)電池技術(shù)落地
海外方面：自2020年以來(lái)，各國持續推出固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)相關(guān)政策，把固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化 作為國家的戰略目標之一。 （1）美國：2021年，美國發(fā)布《鋰電池2021—2030年國家藍圖》，提出到2030年實(shí)現 包括固態(tài)電池在內的先進(jìn)電池技術(shù)的規?；a(chǎn)，固態(tài)電池目標能量密度達到 500Wh/kg。 （2）歐洲：2023年，歐盟發(fā)布《歐洲電池研發(fā)創(chuàng )新路線(xiàn)圖》、《電池2030+路線(xiàn)圖》， 繼續將第四代固態(tài)電池材料研發(fā)（交通應用）列為2030年優(yōu)先事項，并實(shí)現電堆成本 控制在75歐元每千瓦時(shí)之內。 （3）日本：2022年8月，日本推出《蓄電池產(chǎn)業(yè)戰略》，提出通過(guò)綠色創(chuàng )新基金等方 式，加快固態(tài)電池為核心的新一代電池、材料創(chuàng )新，提升電池續航，能量密度達到當 前2倍以上水平，到2030年左右實(shí)現全固態(tài)鋰電池的商業(yè)化。 （4）韓國：2021-2022年，韓國相繼通過(guò)《2030二次電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰略》、《二次電池 產(chǎn)業(yè)創(chuàng )新戰略》，提出“到2030年韓國占據全球電池產(chǎn)業(yè)40%市場(chǎng)份額”的發(fā)展目標， 通過(guò)公私合作、投資拉動(dòng)，促進(jìn)企業(yè)科技創(chuàng )新，加速搶占下一代電池技術(shù)的戰略高地， 加快產(chǎn)能和供應鏈體系建設。
國內方面：近年來(lái)，汽車(chē)、儲能政策持續加碼，支持固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。2020年， 我國發(fā)布《新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規劃（2021—2035）》，提出加快固態(tài)動(dòng)力電池技術(shù)研 發(fā)及產(chǎn)業(yè)化，首次把固態(tài)電池研發(fā)列為行業(yè)重點(diǎn)發(fā)展對象；2022年1月，《"十四五"新 型儲能發(fā)展實(shí)施方案》發(fā)布，提出推動(dòng)多元化技術(shù)開(kāi)發(fā)，研發(fā)固態(tài)電池等新一代高能 量密度儲能技術(shù)；2023年1月，我國發(fā)布《關(guān)于推動(dòng)能源電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導意見(jiàn)》， 強調加強固態(tài)電池等新型儲能電池產(chǎn)業(yè)化技術(shù)攻關(guān)，推進(jìn)先進(jìn)儲能技術(shù)及產(chǎn)品規模 化應用，同時(shí)加強固態(tài)電池標準體系研究。
3.2 海外布局：日韓企業(yè)聚焦于硫化物路線(xiàn)，歐美主要投資于初創(chuàng )企業(yè)
從技術(shù)路線(xiàn)來(lái)看： （1）日本：固態(tài)電池技術(shù)研發(fā)起步較早，在硫化物固態(tài)電解質(zhì)具備領(lǐng)先優(yōu)勢。硫化 物電解質(zhì)由于具有較高的離子電導率，良好的機械特性而成為全固態(tài)電池的有力候 選之一。豐田、日產(chǎn)、本田、松下等均將硫化物固態(tài)電池作為主要的研發(fā)方向。其中， 豐田表現尤為突出，擁有超過(guò)1300項固態(tài)電池技術(shù)相關(guān)專(zhuān)利，位居全球首位。 （2）韓國：聚焦于硫化物技術(shù)的同時(shí)，在氧化物和聚合物體系上進(jìn)行技術(shù)研究和儲 備。這種多路線(xiàn)并行的策略，一方面可以避免過(guò)度依賴(lài)單一技術(shù)路徑，另一方面可以 在電池技術(shù)的過(guò)渡階段實(shí)現更好的系統適配。量產(chǎn)計劃方面，三星SDI計劃在2027年 開(kāi)始量產(chǎn)全固態(tài)電池，SK On目標是在2028年實(shí)現固態(tài)電池的商業(yè)化，LG新能源則預 計2030年實(shí)現全固態(tài)電池量產(chǎn)。
（3）美國：固態(tài)電池技術(shù)的發(fā)展主要由初創(chuàng )企業(yè)推動(dòng)。美國固態(tài)電池技術(shù)初創(chuàng )公司 眾多，包括Solid Power、Quantum Scape、Factorial Energy、Ionic Materials等， 在硫化物、氧化物和聚合物路線(xiàn)都有布局，主要通過(guò)與車(chē)企綁定模式發(fā)展。固態(tài)電池 的開(kāi)發(fā)分為初步概念驗證（A樣）、接近最終產(chǎn)品的測試（B樣）和滿(mǎn)足特定要求的客 戶(hù)認可樣品（C樣）三個(gè)階段。Solid Power已在2023年生產(chǎn)出A樣品，并交付給寶馬 進(jìn)行測試，計劃今年進(jìn)入A-2樣階段；Quantum Scape于2023年二季度開(kāi)始向客戶(hù)發(fā)送 A0樣品，Factorial Energy電池產(chǎn)品也進(jìn)入了A樣送樣階段。SES AI Corporation早 在2021年便與車(chē)企簽署鋰金屬電池A樣品協(xié)議，2023年12月還簽署了鋰金屬電池B樣 品協(xié)議。 （4）歐洲:歐洲固態(tài)電池參與者主要為汽車(chē)制造商，通過(guò)投資美國的初創(chuàng )企業(yè)來(lái)加速 固態(tài)電池技術(shù)的發(fā)展。例如，大眾汽車(chē)對Quantum Scape的投資使其成為最大股東； 寶馬和福特投資了Solid Power，后者計劃2025年開(kāi)發(fā)出相應電池配套寶馬原型車(chē)； 奔馳則投資了Factorial Energy，雙方還達成合作，共同開(kāi)發(fā)固態(tài)電池。
3.3 國內布局：多元路線(xiàn)并舉，企業(yè)布局持續加速
固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)參與者眾多，布局趨向多元化。國內固態(tài)電池參與者眾多，涵蓋了整車(chē) 企業(yè)、電池廠(chǎng)商、固態(tài)電池初創(chuàng )企業(yè)、鋰電材料廠(chǎng)商等多個(gè)類(lèi)型，在固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)鏈 各環(huán)節均有布局。目前，各類(lèi)型企業(yè)固態(tài)電池布局持續加速。硫化物路線(xiàn)以電池廠(chǎng)商 為主，寧德時(shí)代、比亞迪計劃到2027年實(shí)現小批量生產(chǎn)，在2030年后實(shí)現規?；a(chǎn)。 氧化物路線(xiàn)以初創(chuàng )公司為主，主要通過(guò)與車(chē)企綁定方式進(jìn)行固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)布局，其中， 衛藍新能源2023年6月正式向蔚來(lái)交付半固態(tài)產(chǎn)品，預計2027年實(shí)現全固態(tài)電池量產(chǎn)； 清陶能源分別與北汽、上汽合作，推動(dòng)固態(tài)電池量產(chǎn)，其臺州固態(tài)電池項目預計2025 年投產(chǎn)；輝能科技與奔馳等企業(yè)綁定， 2024年其全球首條固態(tài)電池生產(chǎn)線(xiàn)正式投產(chǎn)。 另外，欣旺達、廣汽集團、贛鋒鋰業(yè)等企業(yè)分別通過(guò)材料體系迭代實(shí)現固態(tài)電池技術(shù) 升級，并計劃在近年實(shí)現固態(tài)電池商業(yè)化。
3.4 產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程：產(chǎn)業(yè)化轉折點(diǎn)將至，未來(lái)市場(chǎng)空間廣闊
材料體系迭代，固態(tài)電池技術(shù)有望快速突破。2025-2030年，固態(tài)電池技術(shù)預計進(jìn)入 快速突破階段，電解質(zhì)體系預計將從混合固液電解質(zhì)體系向全固態(tài)電解質(zhì)體系突破， 正極材料路線(xiàn)預計將從磷酸鐵鋰、高鎳轉向高鎳固化、富鋰技術(shù)路線(xiàn)轉化，負極材料 路線(xiàn)預計將從石墨烯向氧化硅、金屬鋰技術(shù)路線(xiàn)發(fā)展。隨著(zhù)各類(lèi)新興技術(shù)產(chǎn)業(yè)化應用， 鋰電池的能量密度有望得到快速提升。未來(lái)，固態(tài)電池將有望廣泛應用于無(wú)人機、智 能設備、醫療和長(cháng)續航汽車(chē)等領(lǐng)域，市場(chǎng)規模有望實(shí)現快速增長(cháng)。
從2026年起，固態(tài)電池有望進(jìn)入量產(chǎn)時(shí)代。目前，固態(tài)電池已從實(shí)驗室研發(fā)階段逐步 過(guò)渡到工廠(chǎng)試點(diǎn)階段，搭載固態(tài)電池的車(chē)型發(fā)布也日益頻繁。根據各大廠(chǎng)商公布的計 劃，預計從2026年開(kāi)始，固態(tài)電池市場(chǎng)將正式邁入量產(chǎn)階段，固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程 有望顯著(zhù)提速。國內企業(yè)方面，欣旺達、廣汽、衛藍新能源、清陶能源等企業(yè)計劃在 2026-2027年實(shí)現固態(tài)電池或半固態(tài)電池量產(chǎn)，比亞迪及寧德時(shí)代計劃于2027年實(shí)現 固態(tài)電池小批量生產(chǎn)。海外企業(yè)方面，三星SDI、SKOn、日產(chǎn)、松下、LGES等分別計 劃在2027-2030年陸續實(shí)現固態(tài)電池商業(yè)化。
固態(tài)電池市場(chǎng)空間廣闊，2030年有望達到2500億元。目前固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化還處在初始 階段，出貨規模較小。2023年，固態(tài)電池出貨規模為GWh水平，主要以半固體電池為 主，全固態(tài)電池仍處在實(shí)驗階段?；趯虘B(tài)電池技術(shù)路線(xiàn)和降本路徑的研判，EVTank 預計固態(tài)電池將在2025年開(kāi)始放量，到2030年全球固態(tài)電池的出貨量將有望達到 614.1GWh，在整體鋰電池中的滲透率預計在10%左右，其市場(chǎng)規模將超過(guò)2500億元。 在電池類(lèi)型上，半固體電池為主要類(lèi)型，全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化預計在2030年以后。
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