锂电池产业加速变革，固态电池或是主要方向-德讯证券顾问

1.固态电池快速发展、有望成为下一代锂电池技术方向

1.1、固态电池可解决能量密度短板与安全性问题

随着电动车渗透率不断提升，人们对电池安全性和续航里程的要求越来越高。液态锂离子电池作为动力电池主流技术路线，一方面，液态电解质中有机溶剂的易燃性和高腐蚀性、充放电过程中无法避免的锂枝晶问题，引发人们对电池安全性的焦虑；另一方面，液态电池能量密度已逼近材料体系制约下的天花板，向上迭代空间受限。在现阶段同质化产能过剩严重的情况下，摆脱成本导向，探索新技术、寻求安全与性能的突破，成为动力电池产业新的进化之路。

进入 21 世纪后，固态电解质的相关研究进一步得到了发展。凭借着结构设计、物理特征的优势，固态电池可以天然规避液态锂电池的安全和能量密度等问题。因此近年来固态电池快速发展、有望成为下一代锂电池技术方向。

固态电池是一种新技术，使用固态电解质替代了液态锂电池中的电解液和隔膜。传统液态电池的主材是正极、负极、隔膜、电解液四种，在充放电的过程中，电解液一方面供应部分活性锂离子作为导电离子使用，一方面供应离子通道使得锂离子可以自由移动；而隔膜的作用主要是使得电解质离子正常通过，并避免正负极接触导致内部短路。而在固态电池中，由于固态电解质的物理形态可以天然地隔离正极和负极，因此在固态电池中主材为正极、负极、固态电解质三种，隔膜不是必需的。

固态电池结构及工作原理

资料来自：国盛证券

固态电池可以克服锂液电池的缺点，在安全和能量密度方面实现进一步突破。在安全性方面，固态电池使用不可燃的固态电解质，具有无腐蚀、无挥发、无漏液、可抑制锂枝晶形成、天然隔绝正负极等优点，具有较高的安全性。在能量密度方面，固态电池可以使用锂金属等材料作为负极代替石墨，从而提高电池的能量密度。

1.2、全固态电池当前量产尚有难点，半固态电池或成过渡产品。

目前来看，由于全固态电池量产还面临着一系列问题，因此未来固态电池技术的发展和渗透将还需要一定的时间。而半固态电池由于电池的材料体系变化较小，制造工艺和技术也可以沿用液态电池的技术路线，因此短期内可能成为液态电池到全固态电池的过渡产品。预计未来锂电池的技术将遵循液态锂离子电池——半固态电池——全固态电池的发展路径。

电解质材料使得快充弱于液态电池。相比于液态电池，固态电池由于使用固体电解质，因此离子电导率相对较低，从而使得快充能力弱于液态电池。

固体电解质和电极间的界面接触差。液体电池中，液态电解质和电极的接触良好，但是在固体电池中，可能存在着固体电解质和电极之间存在着缝隙的问题，固-固接触界面导致稳定性较差。

固态电池的成本高昂。根据韩国市场研究机构SNE分析，固态电池成本高昂主要受两方面因素影响，一是原材料成本高昂，包括锂硫化合物的成本高；二是制造成本高昂，这是由于固态电池生产对原材料纯度和合成环境的高要求使得制造成本更高。

固态电池和液态电池结构和优劣势对比

资料来自：国盛证券

半固态电池是指同时含有固态和液态电解质的锂电池。对比来看，液态电池和固态电池除电解质外，最主要的差别体现在液体电池的负极为石墨或硅碳，而固体电池的负极则为金属锂。但是半固态电池与现有液态电池体系的差别不大，部分材料可与液态电池通用，包括仍然需要隔膜等，且制造工艺也大部分重叠。

半固态电池和液态电池的区别是仅将电解液的用量降低，而在体系上并没有区别。以卫蓝新能源的原位固态化的混合固液电池制备工艺为例，该技术的核心是注液、原位固化等步骤。工艺核心是通过注液使得电解质和电极之间保持良好的接触，在此基础上在成化工艺之后，通过化学或电化学反应在原位聚合和特殊化成步骤使得电解液固化，从而形成固液混合体系。

半固态电池关键环节技术

资料来自：国盛证券

1.3、固态电池技术核心为固态电解质

固态电池的技术核心是固态电解质，当前主流的技术路线包括有机电解质体系中的聚合物固体电解质，无机电解质体系中的氧化物和硫化物固体电解质。

聚合物固体电解质：主要由聚合物基体和锂盐构成，包括PEO固态聚合物等，目前主流路线是PEO及其衍生材料，未来发展方向主要是将PEO与其他物质共混以提升性能。

氧化物固体电解质：按照物质结构又可以进一步分为晶态和非晶态（玻璃态），其中晶态包括钙钛矿型、石榴石型、NaSICON型、LiSION型等，而非晶态则包括LiPON 型；未来主要通过元素替换和异价元素掺杂来提升电导率。

硫化物固体电解质：未来的主要发展方向则是降低其合成成本，并通过多元素掺杂来提高性能。

固态电池三种电解质体系

资料来自：国盛证券

固态电解质主流三大路线各有优劣。总体来看，当前氧化物固态电解质的进展最快，其次是硫化物体系，而聚合物体系虽已经实现小规模量产，但还需向高能聚合物电解质方向发展，而目前高能聚合物电解质仍处于实验室阶段。

聚合物电解质：具有较好的高温性能，灵活性好、容易大规模制备薄膜等优点。POE 基电解质在60℃以上离子电导率有所提升，但此时聚合物呈现融化状态，其力学特征有所下降。但在室温时，聚合物的缺点在于离子电导率低。

氧化物固态电解质：具有较高的稳定性，且机械性能好，但存在着界面接触差的问题。总体来看具有较综合的性能和成本，相对较低的技术难度。

硫化物固态电介质：由于具有更大的离子通道，因此离子导电性在三种材料中最好，综合性能也在三者中最优。但是硫化物固体电解质容易和空气中的水反应生成硫化氢等有毒气体，因此相对来说容易氧化、对水汽敏感，稳定性较差、对生产环境比较严苛、制造难度和成本更高。

三种固态电解质性能及对比

资料来自：国盛证券

2.固态电池具备广阔成长空间

2.1、多国政策加码明确发展目标

各国对电池能量密度的规划逐渐提高，比如，我国《节能与新能源汽车技术路线图》指出，到2025/2030年，我国动力电池单体能量密度需要分别达到400Wh/kg和500Wh/kg。当前液态锂电池体系较难实现能量密度超过 300Wh/kg，因此各国计划以固态电池为重点发展目标，来提高电池的能量密度并降低其成本。预计2025年后固态电池将全面发展。

各国固态电池主要发展目标

资料来自：国盛证券

2024年，工信部就《锂电池行业规范条件（2024年本）》修订征求意见，新增固态电池相关要求。修订版新增对固态单体电池产品的性能要求，包括单体电池能量密度≥ 300Wh/kg，电池组能量密度≥260Wh/kg。循环寿命≥1000次且容量保持率≥80%。在行业层面，由于固态电池的优势在于安全和续航，预计未来在飞行端、新能源车端、消费电子端以及储能端都会有所应用。

飞行端：对续航和安全需求较高，且对成本较不敏感，所以有可能会成为最先放量的方向。目前NASA表明其所研发成功的固态电池的能量密度已达到500Wh/kg；宁德时表明凝聚态电池正在进行民用电动载人飞机项目合作开发；亿航智能宣布完成对锂金属固态电池公司欣视界的战略投资，二者将合作开展适用于亿航智能自动驾驶飞行器产品的固态锂电池研发与生产。

新能源车端：岚图追光已搭载半固态电池；卫蓝360Wh/kg锂电池半固态电芯已交付与蔚来；Solid Power向宝马交付全固态动力电池A样；智己发布了搭载半固态电池的L6。

消费电子端：vivo发布了搭载半固态电池手机。

储能端：海博思创已联合卫蓝开发了半固态锂电池储能产品。

2.2、国内企业与液态锂电龙头积极布局

海外企业积极布局下一代技术，日韩企业主攻硫化物技术路线。在液态锂电池阶段，通过在电池技术以及低成本供应链建设抢先导入客户端，目前全球主要市场份额主要为中国电池企业所把持。海外企业为在锂电池领域实现弯道超车，积极布局固态电池技术。从目前海外企业布局的技术路线来看，主要集中于聚合物、氧化物以及硫化物路线，其中日韩企业在硫化物技术路线布局较多，LG、三星SDI等电池企业均选择布局锂硫固态电池；车企端，丰田、本田均提出在2030年前将硫化物固态电池装车生产的目标。

欧洲企业偏向聚合物电解质路线，美国多技术路线推进。目前在固态电池领域布局的欧美企业玩家主要包括车企、电池初创企业，诸如福特、通用、大众、宝马、雷诺等主流国际车企，他们主要通过投资固态电池初创企业或自行设立研发中心的方式进行布局。欧美企业固态电池技术路线覆盖硫化物、聚合物以及氧化物等，而欧洲初创型企业布局聚合物电解质路线较多，而美国初创型电池企业则技术多样，在氧化物、硫化物等技术路线均有布局。

目前国内布局固态电池技术的企业中，除了包括清陶能源、卫蓝新能源等初创企业外，亦包括赣锋锂业、孚能科技、国轩高科等液态锂电企业。卫蓝新能源已与蔚来汽车合作，计划基于ET7 车型，推出单次充电续航1000 公里的混合固液电解质电池，电池包达到150度电，能量密度为360Wh/kg。此外，智己汽车于今年3月25日公布的L6则是搭载清陶能源的半固态电池。

国内企业布局固态/半固态电池情况

资料来自：国盛证券

固态电池具备安全性、能量密度优势，为提升新能源汽车产品动力性能表现，车企端导入固态/半固态电池意愿较为旺盛，2023年以来以造车新势力为代表的高端新能源车企加速在产品端导入搭载半固态电池的车型。

蔚来汽车作为造车新势力头部企业，蔚来汽车于2021年发布了150kWh半固态电池，搭载该固态电池的车型可实现超1000km的续航里程。通过从固液电解质、负极、正极材料到制造工艺等进行了全面创新，突破了原位固化、高性能硅碳负极和纳米级包覆超高镍正极等多项核心技术，实现了360Wh/kg 的超高能量密度。

蔚来在材料与制造工艺端导入原位固化固液电解质、无机预锂化硅碳负极以及纳米级包覆超高镍正极三大技术，其中：（1）原位固化固液电解质：在电解质和正负极材料之间建立了安全稳固的界面，相较于蔚来100kWh电池提升了50%能量密度，并提供更优安全保障；（2）纳米级包覆超高镍正极：使用超高镍正极材料正极的能量得以大幅跃升，并利用纳米级包覆技术改善正极材料与固液电解质的界面，从而突破液态电解质电池的能量密度极限；（3）均质包覆、无机预鲤化硅碳复合负极材料：对比传统石墨材料，采用能量密度更高的硅碳复合负极材料，利用创新的均质包覆和无机预锂工艺实现高能量密度。

蔚来ET7

资料来自：蔚来汽车公众号，国盛证券

2022年12月，东风岚图发布首款轿车追光，为岚图首个岚图首个搭载“ESSA+SOA”智能电动仿生体的量产车型，在性能、智能、豪华、安全等各维度表现均达到同级顶尖水平。并采用自研的“云母”电池系统，搭载的82kWh电池包采用了行业首个量产装车的半固态电池，并在行业首个8系三元锂软包电芯针刺试验中，实现不冒烟、不漏液、不起火、不爆炸的优异成绩。

东风岚图固态电池

资料来源：东风岚图官方微信公众号，国盛证券

根据盖世汽车，日产汽车预计将于2025年生产第一批低成本固态电池，并计划于2028年生产一款由固态电池提供动力的全新电动汽车。公司于 2021 年宣布处于电动汽车固态电池开发，并于一年后开始原型电池开发，预计在2025年前实现固态电池的限量试点生产，在2026年前完成初始技术的工程设计，并在 2028 年前推出第一款搭载固态电池的量产版电动汽车。公司预计在2028年推出无钴电池，实现电池成本降低。

日产将于2025年进行固态电池试点生产

资料来源：盖世汽车，国盛证券

携手清陶能源，智己推出行业首个搭载准900V超快充半固态电池的汽车。2024年3月25 日，智己公布旗下L6为行业首个准900V超快充半固态电池，并兼具安全、续航、快充三项特性。其中“安全”为固态电池整包可实现无热蔓延不起火。“续航”为采用纳米尺度固态电解质包覆超高镍正极材料+新一代高比能复合硅碳负极，能实现超 1千公里续航。“快充”为行业首创干法固态电解质层议题成型技术，大大降低了正极和电解质之间的阻抗，能实现准900V超快充。

智己L6搭载行业首个准900V超快充半固态电池

资料来源：智己汽车官方公众号，国盛证券

4 月12日，广汽埃安推出了自研的高全大容量全固态动力电池，计划2026年实现装车搭载。该全固态电池采用了第三代海绵硅负极片技术（新型纳米硅复合负极）、高面容量固态正极、以及高强致密复合电解质膜技术。全固态电池的能量密度可达400Wh/kg 以上，整车续航里程可超过1000km。公司表示全固态电池预计于 2026 年实现装车搭载，率先应用于昊铂车型中，并逐步普及埃安车型。

1）第三代海绵硅负极片技术：通过活性纳米硅的非晶化、高强度3D多孔支撑体、快离子导体包覆等技术的应用，负极可逆容量达到1500mAh/g，为现有石墨材料的4倍；较常规硅负极材料膨胀率下降37.5%，循环稳定性提升140%。

2）高面容量固态正极技术：通过正极材料、极片设计以及制造工艺的三重突破，实现了5mAh/cm2 以上的高面容量。

3）高强致密复合电解质膜技术：降低了负极锂枝晶和机械滥用对电解质膜的破坏，不仅在针刺、裁切、-78°C干冰环境、90°C高温热水浸泡等极端条件下测试中保持性能稳定，甚至在200°C热箱测试中也不会发生爆炸，从本质上解决了电池的安全风险。

（资料来源：国盛证券《聚焦安全与续航，固态电池产业化进程加速》-发布时间：2024/05/04、盖世汽车、智己汽车官方公众号、东风岚图官方微信公众号、蔚来汽车公众号）德讯证顾研究中心整理时间：2024/05/05

风险提示：固态电池技术研发进度不及预期；下游需求不及预期。