固態(tài)電池行業(yè)專題報(bào)告：固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化加速，未來市場(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(tǒng)鋰電池主要由正極材料、負(fù)極材料、隔膜和電解液四大部分組成。其中，正、負(fù) 極材料決定了電池的容量，隔膜用于隔離正負(fù)極，同時(shí)允許離子通過，電解液則是連 接正負(fù)極的介質(zhì)，充當(dāng)鋰離子傳輸?shù)拿浇?。固態(tài)電池是使用固體電解質(zhì)來替代傳統(tǒng)鋰 離子電池的電解液和隔膜，實(shí)現(xiàn)離子傳輸和電荷儲(chǔ)存，是一種新型的電池技術(shù)。 傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池的兩端為電池的正負(fù)兩極，中間為液態(tài)電解質(zhì)。在鋰離子從正極到負(fù) 極再到正極的來回移動(dòng)過程中，電池的充放電過程便完成了。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，通過固態(tài)電解質(zhì)向負(fù)極遷 移，電子通過外電路向負(fù)極遷移，兩者在負(fù)極處復(fù)合成鋰原子、合金化或嵌入到負(fù)極 材料中；放電過程與充電過程恰好相反。
根據(jù)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(zhǔn)固態(tài)電池”和“全 固態(tài)電池”三大類。 （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(gòu)成上也保 留了傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池的隔膜結(jié)構(gòu)，為通往全固態(tài)電池路上的“折中方案”。 （2）準(zhǔn)固態(tài)電池：電解液含量占比在0%-5%，準(zhǔn)固態(tài)電池相較半固體電池電解液含量 更低，保留有傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池的隔膜結(jié)構(gòu)。 （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(gòu)成， 電池內(nèi)部正極、負(fù)極和電解質(zhì)均采用固體材料，并去掉隔膜的電池類型。
1.2 固態(tài)電池優(yōu)勢(shì)：具備高安全性能、高能量密度關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)
1.2.1高安全性：工作溫度范圍寬，耐熱性好
液態(tài)鋰電池過熱容易失控，產(chǎn)生各類安全問題。在使用過程中，過度充電、撞擊、短 路、泡水等因素會(huì)導(dǎo)致電池?zé)崾Э兀瑢?dǎo)致燃燒、爆炸等安全風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)液態(tài)電池溫度上 升至90°C-120°C時(shí)，由于電池過熱，鋰電池負(fù)極表面SEI膜開始分解，嵌鋰碳直接 暴露于電解液并反應(yīng)放熱、產(chǎn)生大量可燃?xì)怏w；當(dāng)電池溫度上升至130°C時(shí)，電池隔 膜會(huì)開始熔化，導(dǎo)致電池發(fā)生內(nèi)短路，釋放大量熱量，導(dǎo)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(yīng)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，在受熱過熱時(shí)，固態(tài)電池不易產(chǎn)生短路問題，安全 性能大大提升。
1.2.2高能量密度：兼容高比容量正負(fù)極，電池結(jié)構(gòu)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，液態(tài)鋰 電池技術(shù)升級(jí)加速，正極、負(fù)極材料持續(xù)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(nèi)部，也從333到523，再到811，不斷改善。負(fù)極材料方面，早些年鋰電池的負(fù)極普遍采用石墨，現(xiàn)在 加入了硅，借助硅碳負(fù)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(dá)到500Wh/kg以上，有望實(shí)現(xiàn)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(jù)財(cái)經(jīng)十一人數(shù)據(jù)，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(dá)到 500Wh/kg以上，能量密度有望實(shí)現(xiàn)大幅提升。
固態(tài)電池能量密度的提升主要在于正負(fù)極材料和電池結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面的升級(jí)。 (1)正負(fù)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(fù)極。傳統(tǒng)電解液在電壓4V以上時(shí)，就會(huì)發(fā)生分解反應(yīng)，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(wěn)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(fù)極，比如富鋰基正極、硅負(fù)極、鋰金屬 負(fù)極等材料，進(jìn)而大幅提升電芯能量密度。例如，在負(fù)極材料方面，目前主流負(fù)極材 料石墨的比容量為365mAh/g，固態(tài)電池負(fù)極材料硅碳負(fù)極的比容量高達(dá)1000- 2000mAh/g，金屬鋰的比容量高達(dá)3860mAh/g，比容量是石墨的10倍，硅碳負(fù)極、金屬 鋰負(fù)極的應(yīng)用將能夠大幅提升鋰電池能量密度。
(2)電池結(jié)構(gòu)方面：固態(tài)電池具備結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，能夠在堆疊，PACK方面實(shí)現(xiàn)能量密度提 升。一方面，傳統(tǒng)液態(tài)鋰離子中，需要隔膜把正負(fù)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(fù)極。固態(tài)電解質(zhì)則將電解液的隔膜功能合二為一，因?yàn)闆] 有液體的存在，電芯結(jié)構(gòu)更加緊密，能量密度得到更高。另一方面，傳統(tǒng)液態(tài)鋰離子 電池的電解液具有流動(dòng)性，內(nèi)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(xiàn)電芯內(nèi)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(zhàn)：界面、成本問題是制約產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵
1.3.1固-固界面：存在阻抗和相容性問題，影響循環(huán)和倍率性能
界面問題是制約固態(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(xiàn)并不理想。 “固-固”界面問題主要表現(xiàn)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(dǎo)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(fù)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(yīng)，導(dǎo)致“固-固”界面穩(wěn)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引入穩(wěn)定的導(dǎo)電緩沖層消 除或減弱空間電荷效應(yīng)，抑制界面層的生成，從而降低界面電阻。
1.3.2離子電導(dǎo)率：固態(tài)電解質(zhì)離子電導(dǎo)率低
固態(tài)電解質(zhì)離子電導(dǎo)率低于液態(tài)電解質(zhì)。離子電導(dǎo)率是衡量電解質(zhì)中離子傳導(dǎo)能力 的重要參數(shù)，它直接影響到電解質(zhì)的電化學(xué)性能和電化學(xué)反應(yīng)速率，對(duì)電池的充放電 性能有關(guān)鍵影響。電解質(zhì)的電導(dǎo)率越高，電池內(nèi)的電子運(yùn)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(qiáng)，其離子遷移能壘是 液體的10倍以上、離子電導(dǎo)率低。 在目前主要的三大固態(tài)電解質(zhì)中，常見的氧化物固態(tài)電解質(zhì)室溫離子電導(dǎo)率約為10- 4 -10-3 S/cm，比液態(tài)電解質(zhì)離子電導(dǎo)率（約為10-2 S/cm）低1-2個(gè)數(shù)量級(jí)；聚合物固態(tài)電 解質(zhì)室溫離子電導(dǎo)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(shù)量級(jí)；硫化物固態(tài)電解質(zhì)室溫離子電導(dǎo)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(dǎo)率，但硫化物電解質(zhì)存在許多界面的不穩(wěn)定性問題。 對(duì)比各類固態(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，無法支撐 全固態(tài)電池的實(shí)際應(yīng)用。因此明確高離子電導(dǎo)率的實(shí)現(xiàn)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(dāng)前成本較高，制約大規(guī)模應(yīng)用。與傳統(tǒng)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(guī)模小和供應(yīng)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(fù)雜，部分技術(shù)路線制備過程包括高 溫?zé)Y(jié)、界面優(yōu)化等步驟，增加了生產(chǎn)成本，對(duì)設(shè)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(guī)模較小，尚未形成規(guī)模效應(yīng)，疊加關(guān) 鍵材料供應(yīng)鏈尚不完善，導(dǎo)致固態(tài)電池單位成本較高。 隨著技術(shù)的進(jìn)步以及產(chǎn)業(yè)的規(guī)?；磥砉虘B(tài)電池成本有望降低。根據(jù)Wind數(shù)據(jù)統(tǒng) 計(jì)，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(yuǎn)低于固 態(tài)電池價(jià)格。根據(jù)TrendForce集邦咨詢預(yù)測(cè)，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(tǒng)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(zhuǎn)化
2.1 固態(tài)電池發(fā)展路線：半固體電池是過渡階段
固態(tài)電池技術(shù)研發(fā)難度大，半固體電池是過渡階段。目前，主流廠商主要是以半固態(tài)、 準(zhǔn)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(zhuǎn)化策略，通過“液 態(tài)-半固態(tài)-準(zhǔn)固態(tài)-全固態(tài)電池”的發(fā)展路徑，逐步向全固態(tài)電池過渡。 從材料體系的變化來分類，固態(tài)電池的技術(shù)進(jìn)步路線可以從三個(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。通過固態(tài)電解質(zhì)替換液體電解液，使得 電池內(nèi)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(fù)極材料：增加負(fù)極材料中鋰含量。負(fù)極金屬鋰含量逐步升級(jí)，從石墨負(fù)極向 預(yù)鋰化負(fù)極、富鋰負(fù)極、金屬鋰負(fù)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(jù)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。由于電解質(zhì)的材料特性不同，三大主流技術(shù)路線 分別具備不同的產(chǎn)業(yè)化優(yōu)勢(shì)與挑戰(zhàn)。
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(jī)械性能好。但是，聚合物電 解質(zhì)離子電導(dǎo)率偏低，目前主要通過加入固體塑化劑、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(wěn)定性，以及離子電導(dǎo) 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。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(yīng)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改變晶 體結(jié)構(gòu)或?qū)⒉煌镔|(zhì)與之摻雜來提高LLTO的離子電導(dǎo)率；NASICON型固體電解 質(zhì) 主 要 分 為 三 類 ： LiZr2(PO4)3( 簡(jiǎn) 稱 LZP) 、 LiTi2(PO4)3( 簡(jiǎn) 稱 LTP) 和 LiGe2(PO4)3(簡(jiǎn)稱LGP)；石榴石型固態(tài)電解質(zhì)主要包括Li7La3Zr2O12(簡(jiǎn)稱LLZO)； LiPON是一種非晶態(tài)電解質(zhì)，在0-5.5V電壓下相對(duì)于Li/Li+時(shí)是相對(duì)穩(wěn)定的， 從而使得薄膜固態(tài)電池可以使用多種類型的電極材料，但由于LiPON型固體電 解質(zhì)室溫離子電導(dǎo)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(wěn)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(fù)雜、界面接觸差、離子 電導(dǎo)率一般等關(guān)鍵問題，目前主要研究方向是通過替換元素或摻雜同種異價(jià)元 素來提升電導(dǎo)率和穩(wěn)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，此類材料完 全結(jié)晶時(shí)離子電導(dǎo)率并不高，目前主要通過熱處理、球磨加工、摻雜和改性等方式來提高其化學(xué)穩(wěn)定性和電導(dǎo)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(xiàn)了Li10GeP2S12，其在室溫下具有1.2×10-2 S/cm的電 導(dǎo)率，與液體電解液接近，電導(dǎo)率高，發(fā)展?jié)摿Υ?。但LGPS應(yīng)用了稀有金屬Ge， 生產(chǎn)成本較高。當(dāng)前研究主要聚焦于通過Si\Sn替代Ge，來降低成本并提高化 學(xué)穩(wěn)定性。 材料特性方面，硫化物電解質(zhì)離子電導(dǎo)率高，發(fā)展?jié)摿Υ?，可以通過摻雜、包 覆提高穩(wěn)定性，但硫化物電解質(zhì)制備成本高、穩(wěn)定性差，目前主要研究方向是 提高電解質(zhì)穩(wěn)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：起步時(shí)間較早，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)小規(guī)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(dǎo)率低、性能上限等問題，產(chǎn)業(yè)尚未 快速形成規(guī)?；?，技術(shù)有待提升。聚合物路線目前在半固態(tài)電池中已有應(yīng)用， 主要參與企業(yè)和機(jī)構(gòu)集中在歐美國家。 （2）氧化物路線：各方面的性能表現(xiàn)較為均衡，目前技術(shù)已相對(duì)成熟，但制備 成本較高，成本優(yōu)化后，將具有較好的發(fā)展?jié)摿?。目前國?nèi)眾多頭部固態(tài)電池 公司，如北京衛(wèi)藍(lán)、江蘇清陶、臺(tái)灣輝能，都是以氧化物材料為基礎(chǔ)的固液混 合技術(shù)路線為主。 （3）硫化物路線：硫化物電解質(zhì)的電導(dǎo)率較高，性能表現(xiàn)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(jī)構(gòu)主要集中在日韓及美國，國內(nèi)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(dá)到量產(chǎn)水平。聚合物路線電 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(yīng)用于不同 行業(yè)；氧化物路線電解質(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(jí)以上規(guī)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(yàn)階段。
2.3 負(fù)極材料：硅基負(fù)極是中短期主要方案，金屬鋰是長(zhǎng)期路線
固態(tài)鋰電池的負(fù)極材料體系主要包括金屬鋰負(fù)極材料、碳族負(fù)極材料和氧化物負(fù)極 材料三大類。
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(shì)
（1）金屬鋰負(fù)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(fù)極材料的終極目標(biāo)。然而，金屬 鋰在充放電過程中容易形成鋰枝晶，影響循環(huán)穩(wěn)定性，容易導(dǎo)致電池短路和安全隱患， 限制了其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。目前研究方向主要是通過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(jié)合等方式來改善鋰金屬與電解質(zhì)之間 的界面穩(wěn)定性，減少鋰枝晶的形成。
（2）碳族負(fù)極材料
碳族負(fù)極材料包括碳基、硅基和錫基材料。其中，碳基材料以石墨類材料為典型代表， 具有價(jià)格低、循環(huán)穩(wěn)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(yīng)用己經(jīng)基本達(dá)到理論極限，可開發(fā)空間不大。硅基負(fù)極材 料，例如Si-C復(fù)合材料，是目前負(fù)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(dá)4000mAh/g，將近碳基材料的10倍。但是硅基材料在充放電過程中存在體積 膨脹問題，導(dǎo)致其循環(huán)性能差，目前主要研究方向?yàn)橥ㄟ^納米化、復(fù)合化和表面改性 等技術(shù)手段，改善其循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。
（3）氧化物負(fù)極材料
氧化物負(fù)極材料主要包括金屬氧化物、金屬基復(fù)合氧化物和其他氧化物。典型的氧化 負(fù)極材料包括Al2O3、Cu2O、SiOx、Ga2O3、Sb2O5、BiO5等。氧化物負(fù)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)的過程中，大量的Li被消耗，造成巨 大的容量損失，并且循環(huán)過程中伴隨著巨大的體積變化，造成電池的失效，通過與碳 基材料的復(fù)合可以改善這一問題。
產(chǎn)業(yè)化方面：硅基負(fù)極是中短期的主要方案，金屬鋰是未來長(zhǎng)期的發(fā)展方向。 傳統(tǒng)液 態(tài)鋰電池主要使用碳族材料（如石墨）作為負(fù)極，目前技術(shù)成熟，產(chǎn)業(yè)化高，但受限于碳基比容量，其未來的發(fā)展空間有限。硅基負(fù)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(fù)極材料體系迭代的重要方向之一，但硅基材料在充放電過程 中體積膨脹嚴(yán)重，導(dǎo)致循環(huán)性能下降。目前，通過碳包覆、納米化等技術(shù)手段，硅基 材料的循環(huán)穩(wěn)定性和體積膨脹問題得到了有效改善，硅基負(fù)極材料開始在高端市場(chǎng) 實(shí)現(xiàn)初步應(yīng)用。金屬鋰負(fù)極材料因其極高的理論比容量（40000mAh/g）和低電位，被 認(rèn)為是固態(tài)電池負(fù)極材料的終極目標(biāo)，但其面臨鋰枝晶生長(zhǎng)和化學(xué)穩(wěn)定性差等挑戰(zhàn)， 目前還處在初期試驗(yàn)階段，是負(fù)極材料體系長(zhǎng)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發(fā)主要集中在高鎳三元正極、鎳錳酸鋰、富鋰錳基等 路線。
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(tǒng)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 元正極材料通過增加鎳的含量，可以顯著提高電池的能量密度，然而，高鎳材料存在 循環(huán)穩(wěn)定性和安全性等方面問題。 （2）鎳錳酸鋰（簡(jiǎn)稱LNM）：鎳錳酸鋰是一種具有高工作電壓和良好循環(huán)穩(wěn)定性的正 極材料。其高工作電壓可以達(dá)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(dǎo)電性較差的問題。 （3）富鋰錳基正極材料（簡(jiǎn)稱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(rèn)為是下一代正極材料的重要方向。其比容 量能夠達(dá)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(wěn)定性差的問題。
產(chǎn)業(yè)化方面：短期三元材料廠商具備優(yōu)勢(shì)，富鋰錳基是未來迭代方向。固態(tài)電池正極 材料兼容性強(qiáng)，目前主要沿用三元高鎳體系，技術(shù)改動(dòng)較小。當(dāng)前供應(yīng)鏈和生產(chǎn)工藝 能夠較好地適應(yīng)固態(tài)電池的需求，無需大規(guī)模重構(gòu)，在三元材料體系方面技術(shù)領(lǐng)先的 正極材料廠商具備發(fā)展優(yōu)勢(shì)。長(zhǎng)期來看，富鋰錳基的高能量密度優(yōu)勢(shì)突出，有望成為 未來的正極材料迭代的主要方向。
3 政策持續(xù)發(fā)力，市場(chǎng)空間廣闊
3.1 政策方面：各國政策持續(xù)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，各國持續(xù)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(zhàn)略目標(biāo)之一。 （1）美國：2021年，美國發(fā)布《鋰電池2021—2030年國家藍(lán)圖》，提出到2030年實(shí)現(xiàn) 包括固態(tài)電池在內(nèi)的先進(jìn)電池技術(shù)的規(guī)?；a(chǎn)，固態(tài)電池目標(biāo)能量密度達(dá)到 500Wh/kg。 （2）歐洲：2023年，歐盟發(fā)布《歐洲電池研發(fā)創(chuàng)新路線圖》、《電池2030+路線圖》， 繼續(xù)將第四代固態(tài)電池材料研發(fā)（交通應(yīng)用）列為2030年優(yōu)先事項(xiàng)，并實(shí)現(xiàn)電堆成本 控制在75歐元每千瓦時(shí)之內(nèi)。 （3）日本：2022年8月，日本推出《蓄電池產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略》，提出通過綠色創(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(xù)航，能量密度達(dá)到當(dāng) 前2倍以上水平，到2030年左右實(shí)現(xiàn)全固態(tài)鋰電池的商業(yè)化。 （4）韓國：2021-2022年，韓國相繼通過《2030二次電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略》、《二次電池 產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新戰(zhàn)略》，提出“到2030年韓國占據(jù)全球電池產(chǎn)業(yè)40%市場(chǎng)份額”的發(fā)展目標(biāo)， 通過公私合作、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(zhàn)略高地， 加快產(chǎn)能和供應(yīng)鏈體系建設(shè)。
國內(nèi)方面：近年來，汽車、儲(chǔ)能政策持續(xù)加碼，支持固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。2020年， 我國發(fā)布《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)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(duì)象；2022年1月，《"十四五"新 型儲(chǔ)能發(fā)展實(shí)施方案》發(fā)布，提出推動(dòng)多元化技術(shù)開發(fā)，研發(fā)固態(tài)電池等新一代高能 量密度儲(chǔ)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(dǎo)意見》， 強(qiáng)調(diào)加強(qiáng)固態(tài)電池等新型儲(chǔ)能電池產(chǎn)業(yè)化技術(shù)攻關(guān)，推進(jìn)先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)及產(chǎn)品規(guī)模 化應(yīng)用，同時(shí)加強(qiáng)固態(tài)電池標(biāo)準(zhǔn)體系研究。
3.2 海外布局：日韓企業(yè)聚焦于硫化物路線，歐美主要投資于初創(chuàng)企業(yè)
從技術(shù)路線來看： （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(shì)。硫化 物電解質(zhì)由于具有較高的離子電導(dǎo)率，良好的機(jī)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(xiàn)尤為突出，擁有超過1300項(xiàng)固態(tài)電池技術(shù)相關(guān)專利，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(chǔ) 備。這種多路線并行的策略，一方面可以避免過度依賴單一技術(shù)路徑，另一方面可以 在電池技術(shù)的過渡階段實(shí)現(xiàn)更好的系統(tǒng)適配。量產(chǎn)計(jì)劃方面，三星SDI計(jì)劃在2027年 開始量產(chǎn)全固態(tài)電池，SK On目標(biāo)是在2028年實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池的商業(yè)化，LG新能源則預(yù) 計(jì)2030年實(shí)現(xiàn)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都有布局，主要通過與車企綁定模式發(fā)展。固態(tài)電池 的開發(fā)分為初步概念驗(yàn)證（A樣）、接近最終產(chǎn)品的測(cè)試（B樣）和滿足特定要求的客 戶認(rèn)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(cè)試，計(jì)劃今年進(jìn)入A-2樣階段；Quantum Scape于2023年二季度開始向客戶發(fā)送 A0樣品，F(xiàn)actorial 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制造商，通過投資美國的初創(chuàng)企業(yè)來加速 固態(tài)電池技術(shù)的發(fā)展。例如，大眾汽車對(duì)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(jì)劃2025年開發(fā)出相應(yīng)電池配套寶馬原型車； 奔馳則投資了Factorial Energy，雙方還達(dá)成合作，共同開發(fā)固態(tài)電池。
3.3 國內(nèi)布局：多元路線并舉，企業(yè)布局持續(xù)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(nèi)固態(tài)電池參與者眾多，涵蓋了整車 企業(yè)、電池廠商、固態(tài)電池初創(chuàng)企業(yè)、鋰電材料廠商等多個(gè)類型，在固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)鏈 各環(huán)節(jié)均有布局。目前，各類型企業(yè)固態(tài)電池布局持續(xù)加速。硫化物路線以電池廠商 為主，寧德時(shí)代、比亞迪計(jì)劃到2027年實(shí)現(xiàn)小批量生產(chǎn)，在2030年后實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。 氧化物路線以初創(chuàng)公司為主，主要通過與車企綁定方式進(jìn)行固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)布局，其中， 衛(wèi)藍(lán)新能源2023年6月正式向蔚來交付半固態(tài)產(chǎn)品，預(yù)計(jì)2027年實(shí)現(xiàn)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(tái)州固態(tài)電池項(xiàng)目預(yù)計(jì)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)線正式投產(chǎn)。 另外，欣旺達(dá)、廣汽集團(tuán)、贛鋒鋰業(yè)等企業(yè)分別通過材料體系迭代實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池技術(shù) 升級(jí)，并計(jì)劃在近年實(shí)現(xiàn)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(zhuǎn)折點(diǎn)將至，未來市場(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(yù)計(jì)進(jìn)入 快速突破階段，電解質(zhì)體系預(yù)計(jì)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， 正極材料路線預(yù)計(jì)將從磷酸鐵鋰、高鎳轉(zhuǎn)向高鎳固化、富鋰技術(shù)路線轉(zhuǎn)化，負(fù)極材料 路線預(yù)計(jì)將從石墨烯向氧化硅、金屬鋰技術(shù)路線發(fā)展。隨著各類新興技術(shù)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用， 鋰電池的能量密度有望得到快速提升。未來，固態(tài)電池將有望廣泛應(yīng)用于無人機(jī)、智 能設(shè)備、醫(yī)療和長(zhǎng)續(xù)航汽車等領(lǐng)域，市場(chǎng)規(guī)模有望實(shí)現(xiàn)快速增長(zhǎng)。
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(yàn)室研發(fā)階段逐步 過渡到工廠試點(diǎn)階段，搭載固態(tài)電池的車型發(fā)布也日益頻繁。根據(jù)各大廠商公布的計(jì) 劃，預(yù)計(jì)從2026年開始，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 有望顯著提速。國內(nèi)企業(yè)方面，欣旺達(dá)、廣汽、衛(wèi)藍(lán)新能源、清陶能源等企業(yè)計(jì)劃在 2026-2027年實(shí)現(xiàn)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(jì)劃于2027年實(shí)現(xiàn) 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(jì) 劃在2027-2030年陸續(xù)實(shí)現(xiàn)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(dá)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(guī)模較小。2023年，固態(tài)電池出貨規(guī)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(yàn)階段?；趯?duì)固態(tài)電池技術(shù)路線和降本路徑的研判，EVTank 預(yù)計(jì)固態(tài)電池將在2025年開始放量，到2030年全球固態(tài)電池的出貨量將有望達(dá)到 614.1GWh，在整體鋰電池中的滲透率預(yù)計(jì)在10%左右，其市場(chǎng)規(guī)模將超過2500億元。 在電池類型上，半固體電池為主要類型，全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化預(yù)計(jì)在2030年以后。
免責(zé)聲明：本文轉(zhuǎn)自行業(yè)報(bào)告研究院，僅供參考、交流。轉(zhuǎn)載的稿件及圖片、字體等版權(quán)歸原作者和機(jī)構(gòu)所有，如有侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系我們刪除。