疆亘研究

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。液态锂离子电池性能触及天花板，需求升级驱动技术迭代，锂离子固态电池正向我们走来，大规模装车蓄势待发。

摘要

锂电池发展方向是液态电解质比例逐渐减少，直至全固态锂电池；固态电解质主要可分为：聚合物电解质，氧化物电解质，硫化物电解质。聚合物电解质低温性能差，氧化物电导率适中而稳定性好，可率先实现商业化，硫化物理论性能好，但稳定性差制约实际应用。固态电池的挑战主要表现在固-固界面问题是产业化痛点，影响倍率与循环性能，以及产业链尚不成熟，成本高昂。随着技术的进步，以及规模化带来的降本，固态电池市占率有望快速上升。

风险

新能源汽车发展不及预期；固态电池发展不及预期。

正文

01

固态锂离子电池介绍

G A G E

何为固态锂离子电池

固态电池与液态锂电池的核心区别是固态电解质取代隔膜和电解液。传统液态锂离子电池以液态电解质作为离子迁移通道，用隔膜隔绝正极和负极以防止短路，固态电池的基本原理即带电离子在正极和负极之间来回移动实现充放电过程，因此固态电池的正极和负极相比于液态电池没有变化；液态电池中用于传导离子的电解液与隔绝正负极以防止内部短路的隔膜，可由固态电解质实现替换，离子的迁移场所从电解液转到固态电解质中，同时起到隔绝电极的作用。

固态电池：具有更高的能量密度和安全性。液态锂离子电池性能触及天花板，需求升级驱动技术迭代。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。

锂电池技术发展方向：液态电解质比例逐渐减少。根据液态电解质在电池中的质量百分比含量，可将锂电池分为液态电池、半固态电池、准固态电池和全固态电池，其中半固态、准固态和全固态３种统称为固态电池。固态电池与液态电池遵循相同的充放电原理，并以固态电解质取代了液态电池中的液态电解质和隔膜，杜绝了易燃漏液的安全隐患，同时显著提升了电池能量密度，成为学术界、产业界的重点研究方向。

固态电池与液态电池性能对比

固态电池能量密度与安全性能优于液态锂离子电池。在安全性方面，液态锂离子电池电解液可燃，存在热失控风险，固态电池因部分选用金属锂作为负极存在一定风险，但电解质不可燃，总体安全性能较高。固态电池快充、寿命等方面弱于液态锂离子电池。总体来看，在快充、循环寿命等方面，固态电池相比液态锂离子电池仍有明显不足。

02

固态电池技术路线

G A G E

固态电池技术分类

固态电解质技术路线主要可分为：聚合物电解质，氧化物电解质，硫化物电解质。

氧化物电导率适中而稳定性好，受国内企业青睐。氧化物电解质的离子电导率一般在 10-6~10-3 S/cm，致密的形貌使其具有更高的机械强度，在空气中稳定性好，耐受高电压。而形变能力和柔性差，需要高温烧结，是其面临的主要挑战。氧化物固态电解质按照形态可分为晶态和非晶态电解质。晶态氧化物电解质空气和热稳定性较高，因此容易实现大规模生产。研究比较广泛的晶态固态电解质包括石榴石型 LLZO 电解质、钙钛矿型 LLTO 电解质、NASICON 型 LAGP 和 LATP 电解质。其中 LLZO 离子电导率高，对锂金属稳定，尽管烧结温度高带来更高成本，我们认为长期来看应用潜力相对较大。而非晶态固态电解质主要是 LiPON 型固态电解质，离子电导率低，适配薄膜电池，因此在容量需求较低的电子设备上更具应用前景。

硫化物离子电导率最高，但稳定性差制约实际应用。硫化物固态电解质因极高的锂离子电导率 （10–4~10–2 S/cm）受到广泛关注，如 LGPS、LSP-SC 室温下的离子电导率已与传统液态电解质媲美。但它们在化学稳定性和环境稳定性方面存在缺陷，遇水易反应生成有毒的 H2S 气体，因此其开发难度最大，对生产环境要求严苛，量产成本高。在不同类型的硫化物固态电解质中，关注度较高的有非晶态的 LPS 和晶态的 LGPS、LPSCl 等。其中，LGPS 离子电导率最高，但由于含有贵金属锗，原材料成本高；LPSCl 的离子电导率也可达到10 -2 S/cm 水平，且不含贵金属，因此更具成本竞争力。聚合物率先实现商业应用，但常温电导率低限制发展空间。

聚合物固态电解质，低温性能差。由聚合物基体（如聚酯、聚醚和聚胺等）和锂盐（如 LiClO4、LiAsF6、LiPF6 等）构成。聚合物固态电解质的主要优点有柔韧性高以及可加工性高，因此已经具备低成本规模生产的可能。然而聚合物电解质室温下离子电导率低，仅为 10-8~10-6 S/cm，需加热至约 60℃以上才可达到 10-4 S/cm。围绕聚合物的研究多集中在通过化学修饰或复合材料的方法来提高其电导率和热稳定性。

固态电池的挑战

儿童推车是用于运载一名或多名儿童，由人工推行的车辆。消费者购买和使用时应注意以下几点：

固-固界面问题是产业化痛难点，影响倍率与循环性能。电解质的功能在于为锂离子在正负极之间传输搭建通道，决定锂离子运输顺畅情况的指标被称为离子电导率。在电极与电解质界面上，传统液态电解质与正、负极的接触方式为液-固接触，界面润湿性良好，界面之间不会产生大的电阻，而固态电解质与正负极之间以固-固界面接触，接触面积小，紧密性较差，离子电导率通常比液态电解质低两个数量级。这一特性导致了电池的快充性能受限。由于固-固界面是刚性接触，对电极材料体积变化更为敏感，充放电过程中应力堆积也会导致电化学性能衰减，影响电池的循环稳定性。如何兼顾电导率、减少副反应、降低阻抗仍是目前产业仍在攻克的方向。

产业链尚不成熟，成本高昂。固态电池体系通常选用高性能正负极材料，材料本身尚未真正实现规模化商用，价格高于传统电极材料；而核心材料固态电解质技术路线尚不明确，生产过程更为复杂，部分涉及高价稀有金属，原材料成本即远高于液态电池。在制造方面，量产工艺开发更滞后于材料体系，部分电解质体系对于生产环境要求严苛，进一步抬高制造成本。

03

锂离子固态电池展望

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固态电池成本构成

固态电池主要成本以原材料占主导，全固态约比半固态成本高40%。从理论价格上来看，半固态电池考虑良率90%的情况下成本为0.87元/Wh，全固态电池在相同良率下成本为1.23元/Wh， 全固态电池比半固态电池高41%左右，当下实际成本高于理论测算值；从价值量分布上来看，半固态电池中正极材料占比43.5%，电解质占比5.1%，总体原材料成本占比88.6%，全固态电池正极材料占比30.8%，电解质占比36.0%，总体原材料成本占比91.9%，原材料成本占比较高，电解质材料为成本的主要构成部分。

半固态电池或带来高镍三元、硅基负极的增量与隔膜附加值的提升。相比液态电池，半固态电池减少液态电解质的用量，增加氧化物和聚合物的复合电解质，其中氧化物主要以隔膜涂覆和正负极包覆形式添加，聚合物以框架网络形式填充。正负极有向高性能材料迭代的趋势，因此高镍三元、硅基负极需求均有望增长。当升科技先后获卫蓝新能源和清陶能源 2.5 万吨、3万吨固态锂电正极材料订单，据公司披露为超高镍三元材料；容百科技同为卫蓝新能源正极材料供应商，其配套半固态电池装车 ET7 的产品为 Ni90 高镍三元。据卫蓝湖州项目环评，负极采用硅基材料掺杂石墨的方案。隔膜仍保留并涂覆固态电解质涂层，锂盐从 LiPF6 升级为 LITFSI，将分别带来隔膜与电解液锂盐的价值量提升。恩捷股份与北京卫蓝、天目先导成立了专注半固态电池隔膜研发、生产的企业江苏三合，已经实现了对卫蓝新能源的量产供货。

固态电池需求预测

规模化量产有望带动固态电池价格持续降低。固态电池成本价格将从2022年的2.07元/Wh降低至2030年的0.8元/Wh，降幅达到62%。预计国内2022/2025/ 2030年半固态+全固态电池出货量2.9/24.4/251.1GWh，对应期间CAGR为75%。折合2022-2030年将增长接近86倍，对应期间CAGR为75%，增长迅速。

预计2030年全球固态电池渗透率可达8.22%。EVtank预测全球2022/30年锂离子电池出货量分别为957.7/6080.4 GWh；2030年全球固态电池出货量达500GWh，对应渗透率为8.22%，对应液态锂离子电池占比为91.8%。

固态电池落地情况

半固态电池落地能见度高，国内企业布局领先。固态电池的商业化应用之路面临技术与成本两大阻碍，行业普遍认为其产业化时间节点在2030年左右。而半固态电池仍保留隔膜与部分电解液，材料体系较液态电池变化较小，工艺设备与液态电池的重合度较高，可继承现有的成熟产业链，有望率先实现产业化落地。因此，国内较多企业选择半固态电池作为过渡阶段产品，积极进行研发与产能布局，代表企业包括卫蓝新能源、清陶能源、赣锋锂业、辉能科技等。目前经过装车验证的半固态电池能量密度最高可达 368 Wh/kg，相较于成熟高镍三元电池提升 40%左右。据统计，截至 2023 年底，国内公开发布的半固态电池产能规划合计已达 240GWh。

总结

在新能源整体产能过剩的当下，淘汰落后产能仍依赖技术的革新。固态电池技术的进步和大规模商业化网络炒股融资网站，有望对落后产能加速出清，推动产业良性发展。

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