锂电池的新浪潮：固态电池的突破与创新 2024-10-17 能源 87℃ 0 动力锂电池作为新能源产品的重要零部件，发展空间巨大。 专题序： 每一次能源变革，都是一次全新的发展机遇。 TMT、半导体之后，发展新能源产业是中国弯道超车之路上前所未有的战略级机遇。 走入2022年，新能源赛道正式开启新掘金航海时代。 围绕新能源发电、输电到用电端的上下游，诞生了风电、光伏、氢能、 核电、新能源汽车、动力电池、可再生能源等诸多细分领域，皆是价值万亿级的蓝海市场。 新能源从乏人问津的小众行业，变成了厮杀竞赛激烈白热化的风口赛道。 为此，维犀财经旗下「投资人说」、「科创最前线」联合启动新能源专题，挖掘新能源赛道中的先锋项目及投资人，并评选出三大专业榜单，在2022 WISH CHINA 新能源产业发展与投资峰会中，为新能源产业价值创造者、行业推动者加冕。 来源 |松禾资本 出品 |投资人说（touzirenshuo） 目前全球对绿色环保、可持续发展问题高度关注，各国大幅上调碳减排远景目标，中国明确提出“2030年碳达峰，2060年碳中和”的绿色发展目标。 得益于全球减碳行动和中国“双碳”计划实施，新能源行业高速发展，动力锂电池作为新能源产品的重要零部件，发展空间巨大。 随着下游应用领域的不断扩展和需求增长，对锂电池行业提出了愈来愈高的要求，锂电池技术不断进步，向更高性能及安全性进发。 固态电池符合锂电池技术发展趋势，或将成为锂电池的下一代形态。 固态电池，即采用固态电解质的锂离子电池。 优势其一是固态电解质具有不易燃、无腐蚀、无挥发等特性，在安全性方面远优于液态电池； 其二是能量密度更高，理论上固态电池的能量密度可以达到400-500Wh/kg，进而提升电动车辆的续航能力； 此外，由于固态电解质取代正负极之间的隔膜电解液，使得电池更薄、体积更小，全固态电池技术也是电池小型化、薄膜化的必经之路。 因此，固态电池也被广泛认为是下一代锂电池的发展方向。 全球各大电池厂商和整车厂逐步转型布局固态电池领域。 与此同时，资本市场也看好固态电池，对固态电池领域相关企业高度关注。 如何顺应全球能源结构转型趋势，响应国家号召，大力发展新能源新兴产业？ 如何发展固态电池行业以及如何投资布局？ 本篇报告将针对以上问题进行详细分析阐述。 01 行业概况 当前锂离子电池的体系下，依赖高镍三元正极、硅碳负极和电解液的组合，即将达到350Wh／kg的理论极限。 此外，在动力电池安全性及成本方面，传统液态体系也面临诸多挑战。 本节中我们分别从锂电池正负极材料演进的角度回顾了锂电池的发展历程。 随着锂电池正极材料继续向高镍方向发展，负极材料向硅碳、金属锂方向演化，固态电解质能够更好地匹配这些高性能的电极材料。 因此，固态电解质凭借其更高的能量密度及优异的安全性能，被业界广泛认为是锂电池的终极形态。 一、锂电池发展历程简述 纵观锂电池的发展历史，从上世纪70年代末开始，随着锂离子电池的一系列创新理念（如“摇椅理论”）的提出，锂电池实现了初步应用，但是锂二次电池由于安全性问题等原因，一直未能推广，发展处于停顿状态。直到 1991 年，日本的索尼公司才推出第一块商品化的可充电锂电池。至上世纪末，锂电池一直保持着高速发展的态势。然而进入本世纪，消费类锂离子电池几乎无重大创新。我们分别从锂电池上游核心材料，正极材料、负极材料、电解质的角度阐述锂电池的发展历程。 正极材料方面，锂电池正极材料经历了三个发展阶段。第一阶段，受消费电池驱动，正极材料以钴酸锂为代表；第二阶段，随着新能源汽车市场放量，磷酸铁锂快速增长；第三阶段，受新能源乘用车对长里程需求与国家政策的推动，三元材料已成为市场需求主导。 钴酸锂：20世纪 90年代sony公司率先生产出第一块商业化的锂离子电池，选用的正极材料就是钴酸锂，从而掀开了钴酸锂在锂离子电池应用的篇章。钴酸锂正极材料作为第一代商品化的锂电池正极材料，具有较好的电化学性能和加工性能，以及比容量相对较高，在小型充电电池中应用广泛但钴酸锂材料成本高（金属钴价格昂贵）、循环寿命低、安全性能差，近年来被三元正极材料替代部分市场份额。钴酸锂的能量密度发展到当前在现有的化学体系及工艺装备下其压实密度已基本到极限由于当前整体的化学体系限制，尤其是电解液在高电压的体系下很容易分解；故通过提高充电截止电压提升比容量的方法受到了一定的限制，后续一旦电解液技术得到突破，其能量密度还会有提升的空间。 锰酸锂：锰酸锂是除钴酸锂之外研究最早的锂电池正极材料，相比钴酸锂，具有资源丰富、成本低、无污染、安全性能好、倍率性能好等优点； 但其较低的比容量、较差的循环性能，特别是高温循环性能使其应用受到了较大的限制。 锰酸锂电池将主要在物流车，以及在注重成本、对续航里程要求相对低的微型乘用车领域具有一定市场份额。 磷酸铁锂：磷酸铁锂的出现是锂电池正极材料的一项重大突破，低廉的价格、环境友好、较高的安全性能、较好的结构稳定性与循环性能，使其已形成了较广泛的市场应用。 但其能量密度较低、低温性能较差，目前主要使用在商用车（客车）领域。 三元材料：三元材料中三种元素的不同配比使得三元正极材料产生不同的性能，满足多样化的应用需求。 镍钴锰三元材料综合了钴酸锂、镍酸锂和锰酸锂三类材料的优点，存在明显的三元协同效应。 相较于磷酸铁锂、锰酸锂等正极材料，三元材料的能量密度更高、续航里程更长。 然而，在现有的技术路线下，如果三元锂电池还想进一步提高能量密度，只能继续提高镍材料。 但高镍的热稳定性很差，在提高能力密度的同时，也意味着其稳定性的下降，安全隐患也会从而变成更大的问题。 负极材料方面，2000 年以前，日本企业垄断负极材料生产，主要应用材料先后从 Sony 公司研发的石油针状焦、HONDA 公司研发的中间相碳微球发展到三菱化学研发的改性天然石墨。 2000年之后，随着贝特瑞掌握天然鳞片石墨的球形化技术，实现了天然石墨国产化，全球的负极产业逐步向国内转移。 到了 2018 年，中国负极材料市占率已提升至 73.4%。 从锂电池负极材料的发展历程来看，人造石墨是当下主流，硅碳负极是发展方向。 石墨负极工艺成熟，高端天然和人造石墨均能做到 360mAh/g 以上容量，比能量已经接近理论极限。 而硅基负极材料和金属锂负极材料凭借 400-4000mAh/g 的超高容量成为未来发展方向。 二、固态电池的发展驱动力从固态电池本身来说，其在能量密度及安全性方面具有独特的核心优势。一方面是固态电池的能量密度更高。相比三元电池在 4.2-4.5V的电化学稳定窗口，固态电池的电化学稳定窗口能达到 5V以上，因此固态电池能匹配高性能电极材料，可使用超高镍三元材料或搭载 LCO及富锂材料，且能兼容液态体系难以实现的金属锂负极。据估计固态电池单体能量密度最高能达到900Wh/kg以上，有望彻底解决里程焦虑问题；另一方面，固态电池的安全性更高。许多无机固体电解质材料不可燃，聚合物固体电解质即使存在一定可燃风险，但相较于电解液的风险，安全性也大幅提高。从国家战略层面看，中国计划2030年达到能量密度目标500 Wh/kg，而液态锂电池能量密度低（<300 Wh/kg）,无法满足战略需求，因此未来10年着眼于固态电池具有解决目前液态锂离子电池技术瓶颈、达成战略目标的发展潜力。 从整体业内环境来说，动力电池行业对安全性的要求将逐步提升，基于三个方面来讲：从需求端出发，电池安全已成为车企除续航和快充之外的新一轮宣传点；从供给端来看，电池企业为抢占市场份额并避免后期高额赔偿，因此开发高安全电池已成为业内共识；另外，从政策端来看，安全国标升级，行业监管趋严，安全性俨然成为整体行业的基本要求。而固态电池的研发方向恰好吻合行业宏观发展趋势。 除此以外，固态电池的研究方向分别放眼于正负极材料和电解质，以及其他小型零部件。 正极材料主要决定电池的成本和续航里程，而负极材料主要决定电池的充电速度。 提升电解质技术是为了提高安全性和配适更高能量密度的正负极，电解质材料很大程度上决定了固态锂电池的各项性能参数， 如功率密度、循环稳定性、安全性能、高低温 性能 以及使用寿命。 三、固态电池的技术原理锂电池的研发成功，开启了蓄电池的新时代。锂是化学元素周期表中原子量最小的金属元素 (6.94)，也是密度最小(0.534 g/cm3，20 ℃)、电化学当量最小(0.26 g/Ah)及电极电势最低(－3.045 V)的金属。具体来讲，锂电池具有以下优点：(1)比能量高。在质量比能量和体积比能量方面，锂电池均比铅酸蓄电池高出三倍以上。由此可以确定相同容量下，锂电池具有更小的体积，更小的质量，适用范围更加广阔；(2)循环寿命长。锰酸锂电池的循环次数在 500 次以上，而磷酸铁锂电池的循环次数在 2 000 次以上，一般铅酸蓄电池循环次数在 400～600次左右，远低于锂电池；(3)充电功率范围较宽。可以 1 C～3 C进行快速充电，充电效率在 85%以上。(4)倍率放电性能好。锂电池的倍率放电要高于铅酸蓄电池，普通锂电池可实现 2 C～3 C 放电，一些具有高倍率放电能力的锂电池甚至可以实现 20 C～30 C 放电。这一特性对于电动汽车的智能控制技术非常有利。固态电池的工作原理与传统锂电类似，金属被用作为电极材料，离子通过电解质在正负极之间移动，从而产生电的流动。核心关键为锂离子移动时所在介质的形态差异。传统电池在充放电过程中存在电势差，在电势差的驱动下通过锂离子以电解液作为介质在电池内部正负极之间移动产生电流的过程，就是锂电池的应用原理。而固态电池，锂离子主要以固态电解质作为介质，在正负极之间移动，产生电流。 固态电池的结构：固态电池的本质仍是锂电池，区别于液态锂电池的电解质为固态而非液态：从组成部分来讲，传统锂电池由正极、负极、隔膜电解液构成，正负极和隔膜均浸泡在液态电解液中。而固态电池仅将电解液与隔膜替换为固态电池质，隔膜更新为固态的锂离子导电陶瓷，锂金属和铜板组成新的电池负极，全新的固态电解质和铝板组成电池正极；使用固态电解质替代液体电解质和隔膜，固态电解质燃点非常高，提高电池热稳定性能；固态电池的电压平台是5V，高于液态电池的4.3V，能够匹配高压电极材料，电池能量密度和比容量都要优于液态电池；固态电解质不具有流动性，因此不存在漏液现象。固态电池的结构特点简化了电池成组设计，降低电池的重量和体积，使得能量密度得到进一步提升。由于全固态电池无需使用隔膜，内部本身为串联结构，在系统集成端无需外部线束进行串联。同时因其较高的安全性，可以简化冷却系统，在 PACK 层面成组效率优于现有体系，液态锂离子电池以并联结构相接，封装复杂且体积庞大； 固态电池无漏液风险，可简化冷却系统，电池以多电芯串联结构相接，优化电池封装，电池的体积能量密度大幅提升。 02 行业现状及趋势 在新能源汽车、汽车电动化的大趋势浪潮之下，国家政策层面对于固态电池的重视程度与日俱增，核心规划层和高层次专家都认为固态电池将是未来的发展趋势。 固态电池应用场景主要为消费电子、储能领域和动力电池。 并最先向性能要求较低的消费电子领域渗透，根据伍德麦肯兹（Wood Mackenzie）、GGII、Bloomberg等机构预测，2030年固态电池出货量约150GWh，市场规模预计达到1500亿元人民币，至2030年，固态电池出货量复合增速将高达到80%。 一、行业政策1）鼓励新能源汽车行业发展各国政府近年来陆续出台政策措施，扶持新能源汽车行业发展。电动车的发展主要受政策和补贴驱动，各国出台的电动车鼓励措施涵盖了生产、购置、 使用、基础设施、产业化支持等多个环节。 主要国家推广新能源汽车措施 2）节能减排目标 中国在“双碳”目标和锂电相关行业政策和法规标准陆续出台的大环境下，推动传统锂电升级，加速固态电池行业发展。 《2030年前碳达峰行动方案》中指出： 将碳达峰贯穿于经济社会发展全过程和各方面，重点实施能源绿色低碳转型行动、节能降碳增效行动、工业领域碳达峰行动、城乡建设碳达峰行动、交通运输绿色低碳行动、循环经济助力降碳行动、绿色低碳科技创新行动、碳汇能力巩固提升行动、绿色低碳全民行动、各地区梯次有序碳达峰行动等“碳达峰十大行动”，并就开展国际合作和加强政策保障作出相应部署。 其他国家为实现节能减排目标，国家乘用车碳排放政策不断收紧，促使车企电动化转型。 欧盟提出了严苛的要求，2025 年后欧盟新登记汽车碳排放量比 2021年减少15%，2030 年要求比2021年减少37.5%。 严苛的碳排放标准驱动车企进一步转型，电动车升级势在必行。 3）明确固态电池发展目标 国家政策层面对于固态电池的重视程度与日俱增，核心规划层和高层次专家都认为固态电池将是未来的发展趋势。 2 019年12月， 我国发布了《新能源汽车产业发展规划(2021-2035)》(征求意见稿)， 提出了 加强 固态电池研发和产业化进程的要求，首次将固态电池上升到了国家层面。 2022年2月，国家科技部高新司发布了，该计划成为十四五的开局之年国家最重要的布局指南。 这一规划很大程度上 反映了国家高层次专家和核心的战略规划层对于未来技术和发展趋势的一个判断。 在这18个重点专项当中，有三个专项都和固态电池相关。 此外，多个国家也明确固态电池发展目标和产业技术规划，现阶段发展思路明晰： 2020-2025年着力提升电池能量密度并向固态电池转变，2030 年研发出可商业化使用的全固态电池。 主要国家固态电池研究目标 资料来源:各国政府网站，光大证券研究所整理 二市场规模及预测 固态电池应用场景主要为消费电子、储能领域和动力电池。固态电池市场空间的增长主要体现在这三大主要细分市场的增长以及渗透率的提升。根据《2020年中国固态电池行业研究报告》引用高工锂电（GGII）、Bloomberg和中关村储能产业技术联盟（CNESA）等机构统计数据整理预测：到2025年消费电子领域渗透率将达到10%，动力电池达到5%，储能达到5%；2030年渗透率分别为35%、20%和20%。 根据伍德麦肯兹（Wood Mackenzie）、GGII、Bloomberg等机构初步预测：2025-2030年，中国固态电池平均成本约0.8-1元/Wh；2030年固态电池出货量约150GWh，市场规模预计达到1500亿元人民币；2020-2030年全球固态电池出货量CAGR将达到80%。 03 固态电池的技术路线及产业化进程 尽管固态电池体系相较于现有的液态电池体系有诸多后者无法比拟的优势，但全固态体系的电解质材料研究目前尚处于探索阶段，技术尚未成熟，短期内难以实现大规模的商业化。相比之下，半固态电池作为传统锂离子电池向全固态电池的过渡形态，有望在短期内实现产业化落地。从固态电池技术路径角度分析，无论是目前技术最为成熟的聚合物路线还是更具发展潜力的硫化物路线，技术和成本仍是阻碍固态电池商业化进程的核心因素。一、固态电池的技术路线 根据电解质中电解液的含量，目前固态电池主要可分为半固态（电解液含量<10%），准固态（电解液含量<5%），全固态（不含有电解液）三类。 作为传统锂离子电池向全固态电池的过渡技术，以混合固液电池为桥梁，固态电池的发展路径基本遵循逐步降低电解质中液体含量、由半固态向全固态进步的大方向。 从技术路径角度分析，主要可根据电解质材料种类划分为聚合物固态电解质、氧化物固态电解质和硫化物固态电解质三大主流技术路径。 配合固态电解质，固态锂电可以使用高电压和高容量正负极材料，将电池容量大幅提升。 在生产工艺上，也可借鉴传统生产锂电池工艺，低成本生产固态锂电有望实现。 二、聚合物电解质 目前较容易量产的是有机聚合物路径的固态锂电。 主流聚合物体系主要分为环氧聚乙烯（PEO）、聚碳酸酯、聚烷氧基和聚合物锂单离子导体基体几大类。具体到电解质材料，PEO、PVDF（聚偏氟乙烯）和LiTFSI（双三氟甲基磺酰亚胺锂）等则是目前关注度较高的材料。目前聚合物电解质基体的研究以PEO及其衍生物为主。相较其他聚合物固态电解质，PE类聚合物电解质的优点在于高温下离子电导率高，容易成膜，易于加工，与正极复合后可以形成连续的离子导电通道，正极面电阻较小；缺点在于PEO的氧化电位在3.8 V，难以与钴酸锂、层状氧化物、尖晶石氧化物等高能量密度正极匹配，需要对其改性；其次，PEO基电解质由于结晶度高，导致室温下导电率低，因此工作温度通常需要维持在60～85℃，电池系统需装配专门的热管理系统。目前PEO体系的聚合物固态电池已有应用的实例：法国Bellore公司以磷酸铁锂为正极，金属锂为负极，PEO聚合物为电解质生产的固态电池已在4000多辆电动车上投入使用。但其工作温度在60-80℃，同时能量密度较低，仅与目前的动力电池相当。相较于传统液态有机电解质体系，聚合物固态体系现阶段存在电导率低、电化学参数不达标、低温性能差以及生产设备匹配性较差等缺点。其中，低电导率问题尤为突出，是制约该类体系普及应用的重要原因，也是未来聚合物电解质体系发展的关键。预计未来可能会通过共混、共聚、交联等材料学手段优化材料结构，通过加入新的基团/官能团/框架结构材料，提升电化学性能或采用其他新型技术改善固态聚合物电解质。三、氧化物固态电解质氧化物电解质的电导率较高、环境稳定性好，与金属锂的化学相容性较好。一般的氧化物体系离子电导率介于硫化物和聚合物之间，制备工艺对技术和设备要求相对较低，较硫化物量产可行性较高。 从物理形态区分，氧化物电解质包含晶态和非晶态两类，但主流材料仍在探索中。 其中，晶态代表技术有钙钛矿型的锂镧钛氧（LLTO）和石榴石型的锂镧锆氧（LLZO）； 非晶态代表有薄膜型的锂磷氧氮电解质（LiPON）和陶瓷型电解质（LCB）。 以目前的生产进展来看，氧化物电解质路径中能够实现量产的是以 LiPON 为电解质的薄膜固态锂电池。 四、LLTO/LLZO（晶态） 作为晶态氧化物固态电解质的代表类型，LLTO和LLZO受到高度关注，均获得部分企业的深度研究和商业化布局，业已取得一定技术突破。 LLTO和LLZO基固体电解质室温下离子电导率能够达到10-3S/cm、与金属锂接触稳定性好，电化学窗口宽，结构稳定，具备成为理想固体电解质并广泛应用于固态锂电池的潜力。 LiPON（非晶态） LiPON是最早开发成功的氧化物固态电解质，是一种非晶态微米级的薄膜。 其对锂的稳定性较好，可以直接与锂接触，循环次数可观。 此外，LiPON电化学窗口相较传统锂电更宽，和电极材料相性较好，可有效降低电池设计难度，目前LiPON已成功应用在固态电池上。 但LiPON室温下离子电导率偏低，处于10-8 ~10-6S/cm之间，导致LiPON型电池应用场景较局限。 同时，该类电池复杂的制作工艺和高昂的生产成本也制约了严重其量产、推广能力。 硫化物电解质硫化物固态电解质是氧化物固态电解质的衍生，主要区别在于硫元素取代氧化物中氧元素，形成了硫化物固态电解质。硫化物相较氧化物具有更高的离子电导率，Li+更容易在硫化物电解质体系内发生迁移，一般维持在10-4 ~10-2S/cm，接近传统液态电解液。目前硫化物电解质仍处于研发探索阶段，存在离子电导率仍然较低、活化能较高、化学稳定性较弱，易与水汽反应生成H2S气体等问题。同时硫化物电解质生产环境要求苛刻，制备成本较高，距离商业化量产仍有段距离。Li10GeP2S12（LGPS）是现阶段性能最优的硫化物电解质，实验数据室温离子电导率高达1.2x10-2S/cm，获得丰田等头部玩家深度布局。未来预计研究者将通过利用Sn元素替代Ge元素，较低LGPS电解质成本；同时改进合成工艺优化电解质性能。 五、制约固态电池产业化的瓶颈相较于传统锂电池，固态电池在安全性、能量密度等方面具备无与伦比的优势，是未来锂电行业发展的重要方向。然而，现阶段而言，技术和成本依然是横亘在固态电池商业化道路中的巨大阻碍，严重制约了行业的商业化速度和固态电池的推广普及。瓶颈一：技术阻碍虽然固态电池的构想早在1972年便被提出，吸引无数学者、企业对该领域进行不间断的探索。但目前固态电池设计、制造技术尚未成熟，技术瓶颈依然存在，具体涉及界面问题、锂枝晶问题和电解质性能差等方面挑战。界面问题：固-固界面相容性、稳定性差，体现为高界面阻抗 不同于传统锂电池，电极与电解质间属于固-液接触，材料润湿性好、接触面大；固态电池电极与电解质间属于固-固接触，材料润湿性较差，未经修饰的固-固界面接触面积有限。此外，电池充放电过程中部分电池材料膨胀、收缩导致固-固接触面部分脱离，界面稳定性弱，电极与电解质间形成微小空腔，接触面积进一步下降。较弱的材料润湿性和界面稳定性，叠加电极与电解质间界面反应、空间电荷层、元素互扩散的消极影响，直接导致固态电池界面阻抗上升，限制了固态电池包括高倍率放电性能在内的核心性能指标。 针对固态电池的固-固界面问题，学界多采用电极包覆的方法加以控制，即在电极与固态电解质间添加一层柔性缓冲层，将固-固界面的刚性接触转换为软接触，增大界面接触面积。此外，亦有电池厂商通过在电极两端施加压力的方法改善界面接触效果。但总体而言，固态电池的界面问题仍需进一步探索，短期内与固-液体系间差距尚存。锂枝晶问题：本质是锂离子沉积速率不一致，严重时或导致电池内短路锂枝晶的形成主要发生电池放电阶段，生长于负极表面，自锂电池发明以来就成为回荡在锂电行业头顶的幽灵，是制约锂金属负极应用的关键阻碍。锂枝晶形成原因：电池充电阶段，（嵌入）负极的锂金属失去电子并以锂离子的形式经电解质移动至正极材料内；而放电阶段，锂离子则逆向放回负极，得电子沉积与负极表面。在理想的沉积模型中，负极表面锂离子沉积速率一致，沉积形成表面平整；但锂离子沉积受温度、电场分布等因素影响，实际情况中经常出现局部锂离子沉积速率显著高于电极其他区域的情况，形成沟壑纵横、高低起伏的沉积表面。在多次循环中，突起处不断生长，直至刺穿电解质隔膜与正极接触造成电池短路。传统锂离子电池采用易燃有机物电解液，锂枝晶的生长导致的电池短路是造成电池起火的元凶之一。虽然（全）固态电池的电解质不易燃，从根源上消除了起火风险，但锂枝晶的生长导致的短路的可能性依然存在，影响电池循环寿命。同时，学界、业界对固态电解质对锂枝晶生长的影响机理尚未明确固态电解质的机械性能是否能有效抑制其生长未成定论，导致高能量密度锂金属负极的应用相对局限。 目前，抑制锂枝晶生长的主流方法为负极包覆，通过在负极表面包覆一层刚性的SEI保护层，迟滞锂枝晶的生长速度，削减其影响，但更有效的抑制方法尚待探索。 电解质性能不尽人意：电导率、稳定性、加工性能难以兼得。 如前文所述，聚合物、氧化物和硫化物固态电解质体系性能各有优劣，但对比传统液态电解质体系，固态电解质离子电导率指标依然不尽人意。商业化电解质要求材料离子电导率在3×10-3~2×10-2S/cm 之间，固态体系中表现最优的硫化物体系电导率范围为10-7~10-2S/cm性能上限仅勉强达标，且硫化物化学稳定性差，容易与空气中的氧、水汽等成分反应，造成电池劣化，如何保证其稳定性是硫化物固态电池开发的一大难题。化学性质稳定的氧化物电解质虽然综合性能好，但存在加工性能差、离子电导率偏低、界面阻抗大、界面反应等问题。以良好加工性能和化学稳定性率先获得应用的聚合物电解质，如PEO，则面临极低离子电导率的致命缺点，且电化学稳定窗口不具优势，长远来看并非电解质体系的第一选择。综上，现阶段除了安全性指标，固态电解质体系的性能相较于液态体系依然不具优势。产业界尝试通过复合多类电解质的方法以达到较好的综合性能，例如在聚合物电解质体系中融入氧化物电解质，以提升电解质离子电导率指标，同时使其具备良好的机械性能。但以上方法的实际效果和商业化进度仍需观察。瓶颈二：成本阻碍成本亦是阻碍固态电池推广的重要因素，高昂的成本和有限的产量使得现阶段（半）固态电池主要应用于高端消费电子、高端电动车等少数领域，而固态电池渗透到一般动力电池领域距离尚远。其高昂的成本主要源于电解质材料变化、工艺改变以及良品率低等方面。现阶段全固态电池基本未量产，半固态电池是目前固态电池推广的前沿阵地。据兴业证券调研，以NCM811液体电芯和NCM811混合固液电芯为例，后者成本较前者陡增约80%，新增成本主要源于电解质成本（物料成本）。电解质预计将成为半固态电池成本最大组成部分，占比超50%，地位类似于现阶段液态锂电池中的正极材料。对于未来的全固态电池，预计固态电解质用料将进一步增加，成本价格进一步偏向电解质。据此，固态电解质或将成为未来固态电池材料体系中的核心环节，值得进一步关注。此外，相较于液态锂电，固态电池制造成本也将有所提升。一方面，固态电池生产环境更为苛刻，部分原材料化学性质活泼需配置高等级干燥间；另一方面，新工艺需引入新设备，装备研发、采购成本，以及相应的折旧摊销或推升固态电池综合成本。同时，鉴于固态电池的量产尚处于起步阶段，行业生产经验缺乏，可以推测短期内产线良品率不会太高，短期内单位产品价格或居高不下。 六、固态电池生产工艺及与传统锂电行业的衔接难度如前文所述，固态电池的发展整体遵循逐步降低电解质液体含量改进路径。据中金资本调研，混合固液电池基本兼容传统液态电池产线；全固态电池部分兼容传统产线整体衔接顺畅。1）混合固液电池生产工艺行业实践表明，混合固液电池的生产工艺与传统液态锂离子电池基本一致，只是增加了部分特有工序。以卫蓝新能源的聚合物+氧化物电解质体系固态电池为例，该电池将传统液体有机电解液替换为聚合物液体电解液。采用原位固化技术，与传统工艺差别主要在于陈化阶段后新增原位聚合和特殊化成工序，通过紫外照射等手段使聚合物电解液固化，形成固液混合体系。生产过程兼容大部分传统设备和生产流程。 2）全固态电池生产工艺全固态电池的生产工艺可分为湿法和创新工艺两类，其中湿法较传统工艺变化较小，预计约80%传统设备可以沿用至固态电池生产，但需配备更高水平的干燥间以满足更加苛刻（特别是硫化物体系）的生产环境要求。而以干电极技术为代表的创新工艺则抛弃了传统溶剂，直接以粘合剂为媒介，通过挤压成型工艺生产电池极片；德国RWTH PEM公司则引入了高频溅射法、电子束蒸发法等创新工艺生产实体电芯，与传统锂电工艺存在明显差异。3）固态电池的产业化路径及时间表虽然固态电池概念起源较早，部分企业也很早在固态电池领域持续布局，但目前行业仍然面临前述的诸多挑战，现阶段全固态电池产业化举步维艰。从行业发展策略分析，预计固态电池的发展路径基本遵循逐步降低电解质中液体含量、由半固态向全固态进步的大方向。届时，电解质体系中的液体含量将逐步从25%降至0%，而负极材料将同步从现有的石墨负极逐步向锂金属负极过度，能量密度大幅提升，安全性能有效改善。短期之内，由于半固态电池与现有锂电制作工艺基本兼容，对现有产业链冲击较小，预计未来2~3年其有望伴随超长续航电动车的推出实现量产。例如，蔚来汽车规划于2022年末推出装备版固态电池的车型。长期来看，由于全固态电池尚处于研发阶段，技术障碍尚未全面打破且电化学体系尚未明确，叠加产业链重塑和持续降本所需时间。预计全固态电池的量产应用需等待到2025年以后，届时将首先应用于无人机、军工、高端车型等对成本不敏感的应用领域。 从技术路径分析，短期内，以PEO体系为代表的聚合物固态电解质是目前最适合大规模量产的技术路径，其生产工艺基本借鉴大部分传统锂电池生产工艺，且业界已有部分应用案例，如法国Bellore 公司推出磷酸铁锂-锂金属聚合物固态电池。然而，由于聚合物体系固有的缺陷（低离子电导率等），长期来看氧化物和硫化物体系面临的技术难点得到突破后，二者有望后来居上成为固态电池应用的主流选择。 04 产业链现状 固态电池产业链整体情况和传统锂电相似。主要分为上游矿石原材料、精炼原材料/电池材料前驱体；中游电极材料、电解质、隔膜、铜箔和电芯设计、加工生产；下游电池集成组装、BMS/EMS设计，消费电子、动力电池和储能等终端应用。由于目前固态电池行业处于发展阶段，需要关注以下几个问题。1. 固态电池行业产业链仍未完全成型；2. 上游原材料需求发生变化；3. 仅部分传统锂电工序可沿用至固态电池领域；4. 电极、电解质和电池集成技术需要再投资。近年，各大企业对产业链进行战略布局，中游逐渐向上游延伸，上游逐渐向下游渗透的趋势越发明显。比亚迪作为国内新能源领军企业，其业务基本覆盖产业全链条赣锋锂业、华友钴业等原材料企业向下渗透电池及电池原材料，如赣锋锂业的半固态电池，华友钴业和LG化学合作三元正极材料；宁德时代作为全球市占率最高的电池厂商近年也布局上游矿石原材料，在全球范围内争夺锂矿；车企方面Tesla、日本丰田以及国内“三驾马车”也向电池及集成技术延伸，像Tesla的4680圆柱电池和CTC/CTV技术，丰田的固态电池等；下游早期做快充、电池生态和智能汽车领域的企业如华为，也在2021年推出首款鸿蒙汽车AITO。 上游：矿石原材料、精炼原材料固态电池产业链上游将基本沿用传统锂电行业，为矿石原材料的开采、精炼。基于固态电池的发展策略分析，虽然固态电池电极材料和电解质体系技术路线尚未明确，但长期来看，为追求更高的能量密度，锂金属负极和富锂正极的逐步落地将带动锂盐产品的需求增长；同时，固态电池的安全性提升和稳定电化学窗口拓宽将分别加速三元正极体系向高镍方向进化以及镍锰酸锂高压正极材料的应用，持续提振镍盐需求自2021年，新能源汽车的爆发增长推动锂矿原料的价格暴涨，成本上升传导至电池厂、整车厂，下游新能源汽车价格均存在不同幅度的上调。短期来看锂盐产品供给偏紧，锂矿争夺激烈。 从锂元素来源看，锂电原材料中锂元素的来源主要包括锂辉石、盐湖提取和回收利用，产量分别各占比约54%、45%和1%。从产业竞争格局看，锂矿开采行业高度集中。据罗兰贝格统计，国际Top5玩家占据约70%的全球产能，其中锂矿巨头Albemarle和SQM长期占有全球主要锂矿。近年来，赣锋锂业、天齐锂业等国内厂商逐步加强锂矿布局，大举收购、持股海外锂矿，中国企业在锂矿行业地位举足轻重。从地区分布看，锂矿出货量约55亿吨，开采主要集中于澳洲、中国和南美地区，分别贡献约33%，31%和26%的锂矿产量。 综上，锂、镍等固态电池原料行业布局值得资方关注。 中上游：电池零部件及加工生产基于电芯拆解，（半）固态电池电芯主要由正极、负极和（半）固态电解质三大主要部分组成，技术路线和电芯材料选择对电池成本结构有显著影响。根据2021年英国皇家化学学会公开报告显示，液态锂电的电芯成本结构已不适用于固态电池领域。除传统石墨负极方案，新型负极方案（富锂、锂金属负极）中负极成本将成为固态电池电芯的成本大头，紧接着是电解质成本，而后是正极成本和其他。 根据光大证券预测，固态电池整体成本占比将呈现负极、电解质、正极和其他排序。 一、固态电解质固态电解质是固态电池的核心，材料选型和制备工艺将成为核心壁垒。不同于正负极材料发展方向相对确定、现阶段主流的三元材料和磷酸锂铁亦可沿用至固态电池体系全固态体系的电解质材料研究尚处于探索阶段，技术尚未成熟，性能暂未达商业化要求，已投产或小规模商业化电解质多为半固态或准固态，远非终极形态。能否在固态电解质开发领域快人一步，是固态电池厂商实现弯道超车的核心环节，也是传统电解液厂商的转型重点。因此应着重关注企业在电解质领域的技术积淀和开发进度，以及电解质行业技术瓶颈（界面、稳定性、电导率等）突破进程。中国是国际电解液市场的主导玩家，市场份额自2019年以来节节攀升。根据Credit Suisse和GGII数据，2021年中国在国际成品电解液、溶质（以六氟磷酸锂（LiPF6）为数据口径）和溶剂细分市场出货量和全球占比分别约为50万吨，占比71%、4.8万吨，占比69%和39万吨，占比达到90%，具备全链条生产能力。随着固态电池成为锂电池下一阶段发展的确定性方向，电解液产业面临巨大的转型压力。 在固态电解质研发领域，初创企业和传统锂电巨头均开展深度布局并提出相应的量产时间计划。初创企业以卫蓝新能源（氧化物）、清陶能源（氧化物）、恩能新能源（硫化物）为代表；传统锂电巨头包括宁德时代（硫化物）、比亚迪（硫化物）、赣锋锂业（氧化物）。但值得关注的是，现阶段成熟的全固态电解质方案尚未落地，以上企业的布局成效和未来全固态时代的主流路线仍存在巨大不确定性。二、正极材料正极材料在传统锂电行业电芯性能中起到关键作用，在固态领域也依然是重要的零部件。固态电池正极材料主要为三元系、氧化物系和硫化物系。其中三元系材料技术成熟，高镍化趋势明显，且已伴随半固态电池的推出实现应用落地。着眼于现阶段的锂电行业，主流正极材料市场仍是NMC和LFP的竞争，伴随着新能源汽车行业的爆发，单价快速上涨，按照2022年市场价格预估，全球NMC+LFP正极市场超6000亿。全球范围内，三元材料仍为行业主流。但2019年以来磷酸铁锂全球出货量增长迅猛，市场占比正逐年提升，且在中国已经实现对三元材料的超越，未来两者大有长期分庭抗礼的趋势。 相较于三元材料，磷酸铁锂具备安全性强、循环寿命长的优势然而，在固态电池领域，磷酸铁锂的安全性优势不再突出。同时，磷酸铁锂理论能量密度天花板低，且现阶段对理论上限的开发程度已达到92%，增长空间不大，难以适应固态电池高能量密度的发展愿景。三元材料能量密度上限更高，开发空间大；配合固态电解质安全风险大幅降低，高镍化技术亦可进一步提升其天花板；同时固态电池初期应用领域对成本并不敏感，长期来看在固态电池领域可有效压制磷酸铁锂，高镍三元材料在固态电池领域的应用前景要优于磷酸铁锂。而在新型正极材料领域，高压镍锰酸锂、富锂锰基材料、磷酸锰铁锂等新型材料，以及硫化物、氧化物系正极材料或将在固态领域得到应用，但确定性弱于高镍三元体系。三、负极材料负极材料的重要性在固态电池领域得到进一步提升，成为拉开电化学窗口的核心。负极材料主要分为两个大类，碳基和非碳基。传统锂电大部分采用碳基，也就是常见的石墨。石墨负极也分为两种，天然石墨和人造石墨，其中人造石墨为传统锂电行业主流负极方案。近年，学术界及行业专家也在探索新式负极材料或其他种类负极以提升电池能量密度，如硅基负极、富锂负极、金属锂和钙钛矿等。 全球负极市场随新能源行业爆发高速增长，根据GGII数据显示，2021年全球负极材料出货量90.5万吨，中国出货量约78万吨，占比达到86%。 其中全球天然石墨出货量占比约17%，人造石墨占比约80%，中国负极材料中内接近90%为人造石墨。 配合固态电池的发展策略，锂电领域以石墨负极为主导负极材料格局或将发生改变，预计负极材料的选用将逐步从碳基材料过渡到高密度非碳基材料。 具体而言，负极材料伴随技术突破将从传统石墨转向碳硅负极，最终抵达金属锂负极的终极形态。 业界的产品规划亦符合以上推测，蔚来推出半固态电池配备预锂化碳硅负极，预计2022年量产；天齐锂业则和卫蓝新能源合作开发锂金属负极应用布局负极领域。 中游：电池厂除了电池原材料开发，电池设计制造革新亦是固态电池商业化进程中的重要一环电池厂商需根据固态电池特质，改进生产工艺和产品形态，以达到最优性能。 电芯的物化参数较大程度决定固态电池整体的性能，但电芯的堆叠/集成技术是否成熟也是固态电池能否商业化应用的重要因素。一方面，优化堆叠和集成技术可以提升电池空间利用效率；另一方面，固态电池耐高温特性缓解BMS热控方面的压力，抛弃大部分散热模块，使得固态电池相较传统锂电重量更轻，体积更小，可以有效提升电池重量/体积能量密度。目前动力电池CTC、MTV、CTV和刀片电池等无模组Pack技术逐渐成熟，将进一步加强电池厂和下游应用厂商的合作，在产品设计上针对实际应用场景进行优化，定制化趋势逐步形成。下游：消费电子、动力电池、储能、回收利用固态电池带来的主要是对产业链中游环节价值链的重塑，其与传统锂电在下游的应用领域基本一致，主要应用场景为消费电子、动力电池和储能。如前文所述，根据《2020年中国固态电池行业研究报告》引用高工锂电（GGII）、Bloomberg和中关村储能产业技术联盟（CNESA）等机构统计数据整理预测：（半）固态电池在以上行业渗透率将分别达到10%、5%和5%，2025年全球和中国的固态电池市场空间约为960亿和480亿元。 四、消费电子随固态电池技术进步和3C行业高速发展，固态电池将逐渐向TWS、AR/VR、植入式医疗设备、微型传感器等领域渗透。预计2025年消费电子锂电市场规模约2000亿元，假设固态电池在2025年渗透率约10%进行测算，消费电子侧全球固态电池市场规模约200亿元，中国约120亿元。 五、动力电池 新能源汽车市场从2014年开始高速发展，2016~2017年遇骗补事件及补贴收紧影响，出货量增速放缓。 随低碳减排“双碳”目标刺激下，新能源汽车行业增速逐渐平稳 ，预计2025年全球动力电池市场规模约1.4万亿。 假设固态点池在2025年渗透率约5%进行测算，动力电池侧全球固态电池市场规模约600亿元，中国约300亿元。 六、储能风光水等可再生能源发电不稳定，弃光率约2%、弃风率约3.5%，随着能源结构转型，通过电化学储能解决电网消纳、调峰能力不足和传输容量问题的需求日显，预计未来储能市场将快速发展。现阶段锂电储能占比约11%，预计2025年全球储能电池市场规模约3200亿，假设固态电池在2025年渗透率约5%进行测算，储能侧全球固态电池市场规模约160亿元中国约60亿元； 锂电池回收金属部分市场规模预计2025年接近200亿。铅酸类电池回收率达98%，主流湿法回收行业平均回收率可达到80-85%，回收电池中约15-20%可用于梯次利用，主要针对2016-2017年使用周期超过5年的电池。综合以上分析，固态电池行业的发展对传统锂电上游锂、镍矿开采行业和下游锂电应用行业影响相对有限或影响积极。但固态电池将重塑锂电池产业链中游价值分布：其一，以正极为主导的传统电池成本结构不再适应全固态时代负极和电解质将成为电池最主要的两块成本,合计占比超3/4,瓜分大部分产业链价值；其二，非碳基负极的逐步应用将冲击目前以人造石墨为主导的负极材料行业，高能量密度碳硅、锂金属将成为未来中短期和长期内固态电池的主流选择其三，固态电解质逐步取代传统电解液、隔膜行业，行业转型压力巨大固态电解质将成为未来固态电池行业的核心环节，材料选型和制备工艺，应重点关注具备固态电解质研发、生产能力的行业玩家。 05 产业链现状 国内固态电池玩家涵盖了科研院所、锂电巨头、新能源车企及初创企业。其中参与者具体包括中科院化学所、中科院青岛能源所、中科院宁波材料所等研究机构；赣锋锂业、宁德时代等锂电巨头；以及一些汽车零部件厂商和新能源车企，如万向集团、比亚迪等企业。以上企业布局范围广泛，涉及固态电池材料开发、电池体系研发、生产制造工艺设计和下游锂电应用等众多领域。通过梳理固态电池厂商的技术路线选择及产业化进程，我们发现，氧化物电解质路线是目前固态电池厂商押注最多的技术路线，有望在近期实现商业化。 一、行业玩家路线选择及产业化进程如前文所述，就技术路线而言，固态电池的主流技术路线主要包括聚合物、氧化物和硫化物固态电池三类。各个路线各具优劣，成熟程度差异较大，但均有初创公司和传统锂电车企巨头下场深度布局。1）聚合物路线聚合物固态电池的布局玩家包括蜂巢能源等创新锂电产商。聚合物路线是目前固态电池技术路线中最为成熟的一条。蜂巢能源已经实现（半）固态电池量产。公司生产的“果冻电池”采用凝胶电解质，具有高耐热、自愈合的特点，可以快速量产，并拥有广泛电化学适应性，可以适配高镍、无钴、中镍等不同体系。2）氧化物路线氧化物固态电解质是中国企业布局最多的技术路线，涉及企业众多，包括卫蓝新能源、清陶能源、太蓝新能源、金羽新能和台湾辉能科技等众多创新锂电产商，赣锋锂电、比亚迪、蔚来汽车等锂电车企巨头。其中，清陶能源和卫蓝新能源是中国固态电池领域的顶尖玩家，在固态电池电解质生产、界面问题等瓶颈突破方面均有深厚技术积淀，并逐步尝试实现固态电池量产。清陶能源于2018年完成了全国首条固态锂电池产线建设并正式投产，产能达0.1GWh，产品主要用于特种电源、高端数码等领域。随后2019年、2022年分别开工建设年产10GWh的固态电池产线。卫蓝新能源也于2020开始计划建设年产0.1GWh的固态电池产线。3）硫化物路线国内厂商布局硫化物路线的企业亦不在少数，其中代表为传统锂电巨头宁德时代和恩能动力，高能时代等创新锂电产商。以上企业主要涉及硫化物电解质的研发、改性、生产和硫化物固态电池的生产。宁德时代在2016年正式宣布在硫化物固态电池上的研发路径。恩能动力则于2021年推出520Wh/kg 能量密度的固态电池样品，并确立了从半固态向全固态、从三元正极向硫化物正极发展的产品迭代路径。4）行业玩家的产业链布局固态电池产业尚处于起步阶段，与传统锂电行业相比，行业分工较不明确，初创公司往往涉及正极、负极、电解质等多种材料的研发、生产，电池设计、制造、组装等多个环节。传统锂电上游、下游向中游渗透也使得行业玩家呈现踏足链条较长的行业特征。固态电池的负极计划趋势相对明晰，锂金属负极是明确性的发展方向，大部分固液电池厂商都在锂金属领域进行尝试，差异化相对有限；5）电解质电解质是固态电池行业的核心环节，布局企业既有初创企业也有传统巨头。恩能动力、高能时代宁德时代等企业主要布局硫化物固态电解质；清陶新能源、太蓝新能源和比亚迪等企业主要掌握氧化物固态电解质的研发制备技术。 以清陶新能源为例，公司已经逐步解决了固态电解质材料量产、固态电解质膜成型技术，极片与电解质膜间固-固界面等一系列核心问题，申报专利已近100项，全球专利346件。 而太蓝新能源的锂电科技研发团队在氧化物固态电解质材料体系研发和导入工艺上取得重大突破，已解决市场上同类产品研发生产过程中存在的诸多疑难关键点，克服了行业面临的电解质内阻高、界面阻抗大、生产环境要求高等困难，特别是解决了同类产品倍率性能、循环使用寿命低以及生产成本高的问题，使得半固态锂离子电池的大规模、低成本量产得以快速实现，同时该技术路线可平滑演进至全固态锂离子电池。6）正极材料正极材料的改进也是提升固态电池性能的关键环节。以容百科技和当升科技为代表的传统正极产家专注于高镍三元正极材料的研发，均已与卫蓝新能源达成合作，未来作为卫蓝新能源的固态电池用正极供应商；车企巨头比亚迪已经申请固态电池正极材料相关专利，公司预计五年内推出固态电池产品；动力、储能行业新秀蜂巢能源践行多元化发展战略，在稳固三元高镍和磷酸铁锂基本盘的同时，在NCMA、NMx无钴等新型正极材料方面深度布局。 06 总结 1.固态电池已成为锂电池下一阶段发展的确定性方向，是锂电池的终极形态相较于传统锂电池，固态电池在安全性、能量密度、环境适应性等方面具备突出优势，受到国家政策的高度支持、初创企业和传统巨头的持续追捧，是锂电行业清晰的发展方向。 从产品性能角度分析，固态电池具备突出优势。通过采用非可燃固态电解质代替传统电解液，从根源消除锂电池自燃风险，提升锂电安全性能；固态电解质的应用拓宽电池的稳定电化学窗口，使得高镍三元和锂金属等高能正负极材料落地应用成为可能，固态特性带来的高效封装可行方式也为厂商进一步提升锂电池能量密度打开空间。从政策面分析，固态电池受到国家政策的持续鼓励支持。固态电池是中国国家级发展战略，政策要求加强固态电池研发和产业化进程，提出了动力电池能量密度到2025年、2030年分别达到400、500Wh/kg的发展目标，仅依靠传统锂电无法实现，固态电池是唯一选择。在节能减排压力日渐增长、碳中和目标期限日渐临近的情况下，多国政府强调新能源汽车在实现双碳目标中的重要地位，持续提出政策鼓励新能源汽车普及推广。作为新能源汽车的动力来源，电池行业有望持续受益，同时在厂商续航焦虑和新能源汽车补贴倾向高航程BEV的不断推动下，高能量密度的固态电池有望得到业界的持续关注，成为行业焦点。此外，固态电池还受益于政策对光伏、风能等新能源产业的持续支持，该类能源发电功率不稳定，带来电化学储能需求增长。2. 固态电池行业投资机会展望作为被业界广泛认可的下一代锂电池发展方向，固态电池在消费电子、储能领域和动力电池等领域有着巨大的市场潜力。 根据伍德麦肯兹（Wood Mackenzie）、GGII、Bloomberg等机构预测，2030年固态电池出货量约150GWh，市场规模预计达到1500亿元人民币，至2030年，固态电池出货量复合增速将高达到80%。至2030年消费电子、储能、动力电池领域的渗透率将分别达到35%、20%和20%。短期来看，受限于技术瓶颈和成本限制，全固态电池大规模落地应用难度较大，短期内半固态电池大规模应用希望较大，有望率先应用于高端消费电子、动力电池等非成本敏感领域。长期来看，锂电行业的固态化转型将以技术相对成熟的半固态电池为桥梁，伴随着固态电解质的技术进步，电解质体系液体含量逐步降低，分阶段实现液态电池向半固态乃至全固态的演化。同时，非碳基负极逐步渗透、锂金属负极实现落地应用，锂电池能量密度有望大幅提升。从技术路线角度，全固态体系的电解质材料研究目前尚处于探索阶段，技术尚未成熟，短期内难以实现大规模的商业化。具体来说，聚合物体系是目前技术相对成熟的一条路线，但仍存在电导率低、电化学参数不达标、低温性能差等问题，制约了该体系电解质材料进一步普及和推广。而硫化物体系目前仍处于探索阶段，离产业化距离较远。相比之下，氧化物体系的离子电导率介于硫化物和聚合物之间，制备工艺对技术和设备要求相对较低，较硫化物量产可行性较高。 也是目前众多固态电池厂商发力的重点方向。我们发现，氧化物电解质路线是目前固态电池厂商押注最多的技术路线。在短期内有望实现商业化，同时也建议关注在硫化物路线上具有技术储备的公司和团队。3. 固态电池行业相关标的介绍正如前文的分析，固态电池成为业内广泛认可的下一代锂电池发展方向，因此现在对这一赛道进行投资布局正当其时。前文中，我们从技术路线和产业链的角度对固态电池行业进行了分析。我们认为，氧化物路线是当前更为切实可行的路径选择，同时也应适当关注在硫化物路线上具备较强技术储备的厂商。另一方面，由于电解质将成为固态电池产业链的核心环节，在这一环节具备核心竞争力的企业值得重点关注。基于以上判断，我们根据公开信息，从团队，技术路线，商业化进展等维度，梳理了行业内较为知名的固态电池企业信息如下。 4、清陶能源清陶能源成立于2014年，由清华大学博士李峥与其博士生导师南策文教授、同学冯玉川创办。在技术路线的选择上清陶能源的固态电池技术以氧化物技术路线为主，2017年开发出固态电池样品，2018年建成全国首条0.1GWh的固态电池量产线。2019年在特种安全领域实现了批量供货。2020年，其宜春一期1GWh固态电池产线投产。清陶能源先后获得北汽、上汽、广汽等车企投资。2020年，搭载清陶固态电池系统的纯电动样车在北汽新能源完成调试，成功下线。这台样车是国内首次公开的可行驶的固态电池样车。搭载苏州清陶生产的第I代固态电池系统，在系统能量密度、-5℃工况放电能量保持率、充放电能量效率、0%-80%SOC快充时间等指标上已经优于常规设计的液态三元电池。2020年，清陶成为浙江合众新能源汽车唯一的固态动力电池合作伙伴，双方进行了近两年的联合研发和测试。搭载清陶固态动力锂电池的哪吒U汽车申报进入工信部《道路机动车辆生产企业及产品公告》，并将在宜春试运营。在合众宜春基地首批下线的哪吒U汽车计划批量搭载清陶固态锂电池，成为在全球范围内率先批量推出基于固态动力电池技术的高安全新能源汽车。5、卫蓝新能源北京卫蓝新能源科技有限公司于2016年08月11日成立，总部位于北京，在北京房山和江苏溧阳拥有两大生产基地。是一家专注于混合固液电解质锂离子电池与全固态锂电池研发与生产的国家高新技术企业，是中国科学院物理研究所固态电池技术唯一的产业化平台。公司拥有以陈立泉院士为技术带头人，中科院物理所研究员李泓为首席科学家，北汽新能源前总工程师俞会根为总经理的强大创始人团队。在技术路线方面，北京卫蓝走的是氧化物+聚合物固态电解质路线。据了解，北京卫蓝已经掌握了包括金属锂表面处理、原位形成SEI膜技术、固态电解质、锂离子快导体制备技术以及高电压电池集成技术、陶瓷膜优化技术和集流体解决方案等多项技术。卫蓝新能源已开发出一系列产品，包括150Wh/kg针对大规模储能的混合固液储能电池、270Wh/kg针对无人机的高比能混合固液电池和300Wh/kg混合固液动力电池。在此基础上，该公司还进一步开发了360Wh/kg混合固液动力电池，该款产品可以通过针刺、过充、挤压等安全性测试，满足电动汽车的要求。产能布局方面2020-2022卫蓝计划推动关键材料全部实现量产；关键装备自主研发，形成整体解决方案；GWh级自动化产线投产。2023-2025年计划实现产品在高端3C、高端动力等领域规模应用； 掌握数字化工厂技术。2026年以后推进技术和技术经济性同时领先的系列产品；成为行业标准和标杆企业，进入各主流领域。目前，它处于中试线建设阶段、一期项目总投资5亿元，将于2020年3月投产，建成后预计形成年产100MWh固态电池的生产规模。卫蓝和许多企业达成了战略合作协议：卫蓝新能源正在与蔚来汽车合作，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。同时，小米集团、锂电正极材料龙头当升科技、高镍正极材料龙头容百科技宣布和卫蓝新能源合作。6、太蓝新能源太蓝新能源成立于2018年，是一家专注于新型固态锂电池及关键锂电材料技术开发和产业化的初创公司，由国家高层次海外人才项目引进的锂电研发专家和国内资深产业化团队联合创办，研发团队具备近二十年国际国内固态电池研发技术积淀。公司采用氧化物固态电解质技术路线，其独有的固态电解质纳米膜和界面柔化技术，可以有效提升离子导电率。其位于重庆的首条0.2GWh半固态动力电池产线计划于今年10月投产。主要面向新能源汽车并兼顾如电动单车、智能机器人等应用场景，届时太蓝新能源会自己做电池包封装，然后给到合作客户进行产品性能验证。随着半固态电池的验证通过，公司将于今年底或明年初启动1GWh的产线，届时自动化程度会有所提升。10GWh的产能明年也将于明年开始建设。7、辉能科技辉能科技成立于2006年，是一家专注于研发、制造固态锂陶瓷电池（Lithium Ceramic Batteries, LCB）的国际型企业，现总部设于台湾，创始人及其团队深耕固态氧化物路线超过13年，先后克服了材料瓶颈与量产工艺制备的挑战。 在技术路线方面，辉能选择的是氧化物厚膜的技术路线。 其对自身固态电池的产品规划是，2018年至2023年，第一代类固态电池沿用液态电池正负极，同时正极从NCM622升级到NCM811，负极从石墨转向高SiOX含量（14%以上）的石墨复合物。 2023年后为第二代固态电池，减少活性材料的使用量，正极为HNCA/HNMC，负极为金属锂或纯硅。 目前其PLCB和BLCB固态电池均为第一代产品。 产能布局方面，辉能科技自动化卷式固态电池试产线于2017年投产，为全球最早启动量产的固态电池厂，至今已出货超过百万片固态电池芯至各应用市场，具有较高的产品成熟度。 在台湾，辉能科技已经于2017年建成了40MWh的中试线，并实现自动化的卷式生产。 22年预计完成1GWh固态电池产线的试车，明年开始量产。 在大陆，辉能的思路是，结合车企和零部件企业在产业链上的价值分工、与地方政府的政策和资金支持、再搭配辉能的电池技术，可以筹划建立固态电池产业集群。 预计到2025年将建成35GWh固态电池产能。 此外，还将进一步规划全球产能布局。 配合支持固态电池大规模量产，辉能已经建立形成一套中试线量产指标，在工程能力上，可以达到2907个质量控制点，产线全线良率可以达到92%。 产品一致性达到95%，电压偏移率达0.05%。目前产品主要用于消费电子领域和新能源汽车领域。 同时，辉能正和许多企业联动合作： 与韩国钢铁集团浦项制铁（Posco）、蔚来、VinFast和梅赛德斯－奔驰、换电技术暨电动机车制造商 Gogoro都宣布和辉能科技在不同领域的战略协议。 上一篇 超威电动车电瓶48v12ah 下一篇 福田时代骑士 相关推荐 资金连续十一个月净流入，中证A50ETF易方达（563080）、沪深300ETF易方达（510310）等产品受关注 6月以来，多家银行宣布调整代销公募基金风险等级，近90款产品被调整至“中高风险” 空中出租车来了！御风未来M1亮相进博会：续航250公里 15分钟跨市飞行 妈妈充值3万玩游戏竟甩锅女儿要求退款 法院：不予支持 游戏职业技能认定平台正式上线：包含6项职业技能考试项目 我国新一代人造太阳最新进展：首次使用自研数字孪生系统
动力锂电池作为新能源产品的重要零部件，发展空间巨大。 专题序： 每一次能源变革，都是一次全新的发展机遇。 TMT、半导体之后，发展新能源产业是中国弯道超车之路上前所未有的战略级机遇。 走入2022年，新能源赛道正式开启新掘金航海时代。 围绕新能源发电、输电到用电端的上下游，诞生了风电、光伏、氢能、 核电、新能源汽车、动力电池、可再生能源等诸多细分领域，皆是价值万亿级的蓝海市场。 新能源从乏人问津的小众行业，变成了厮杀竞赛激烈白热化的风口赛道。 为此，维犀财经旗下「投资人说」、「科创最前线」联合启动新能源专题，挖掘新能源赛道中的先锋项目及投资人，并评选出三大专业榜单，在2022 WISH CHINA 新能源产业发展与投资峰会中，为新能源产业价值创造者、行业推动者加冕。 来源 |松禾资本 出品 |投资人说（touzirenshuo） 目前全球对绿色环保、可持续发展问题高度关注，各国大幅上调碳减排远景目标，中国明确提出“2030年碳达峰，2060年碳中和”的绿色发展目标。 得益于全球减碳行动和中国“双碳”计划实施，新能源行业高速发展，动力锂电池作为新能源产品的重要零部件，发展空间巨大。 随着下游应用领域的不断扩展和需求增长，对锂电池行业提出了愈来愈高的要求，锂电池技术不断进步，向更高性能及安全性进发。 固态电池符合锂电池技术发展趋势，或将成为锂电池的下一代形态。 固态电池，即采用固态电解质的锂离子电池。 优势其一是固态电解质具有不易燃、无腐蚀、无挥发等特性，在安全性方面远优于液态电池； 其二是能量密度更高，理论上固态电池的能量密度可以达到400-500Wh/kg，进而提升电动车辆的续航能力； 此外，由于固态电解质取代正负极之间的隔膜电解液，使得电池更薄、体积更小，全固态电池技术也是电池小型化、薄膜化的必经之路。 因此，固态电池也被广泛认为是下一代锂电池的发展方向。 全球各大电池厂商和整车厂逐步转型布局固态电池领域。 与此同时，资本市场也看好固态电池，对固态电池领域相关企业高度关注。 如何顺应全球能源结构转型趋势，响应国家号召，大力发展新能源新兴产业？ 如何发展固态电池行业以及如何投资布局？ 本篇报告将针对以上问题进行详细分析阐述。 01 行业概况 当前锂离子电池的体系下，依赖高镍三元正极、硅碳负极和电解液的组合，即将达到350Wh／kg的理论极限。 此外，在动力电池安全性及成本方面，传统液态体系也面临诸多挑战。 本节中我们分别从锂电池正负极材料演进的角度回顾了锂电池的发展历程。 随着锂电池正极材料继续向高镍方向发展，负极材料向硅碳、金属锂方向演化，固态电解质能够更好地匹配这些高性能的电极材料。 因此，固态电解质凭借其更高的能量密度及优异的安全性能，被业界广泛认为是锂电池的终极形态。 一、锂电池发展历程简述 纵观锂电池的发展历史，从上世纪70年代末开始，随着锂离子电池的一系列创新理念（如“摇椅理论”）的提出，锂电池实现了初步应用，但是锂二次电池由于安全性问题等原因，一直未能推广，发展处于停顿状态。直到 1991 年，日本的索尼公司才推出第一块商品化的可充电锂电池。至上世纪末，锂电池一直保持着高速发展的态势。然而进入本世纪，消费类锂离子电池几乎无重大创新。我们分别从锂电池上游核心材料，正极材料、负极材料、电解质的角度阐述锂电池的发展历程。 正极材料方面，锂电池正极材料经历了三个发展阶段。第一阶段，受消费电池驱动，正极材料以钴酸锂为代表；第二阶段，随着新能源汽车市场放量，磷酸铁锂快速增长；第三阶段，受新能源乘用车对长里程需求与国家政策的推动，三元材料已成为市场需求主导。 钴酸锂：20世纪 90年代sony公司率先生产出第一块商业化的锂离子电池，选用的正极材料就是钴酸锂，从而掀开了钴酸锂在锂离子电池应用的篇章。钴酸锂正极材料作为第一代商品化的锂电池正极材料，具有较好的电化学性能和加工性能，以及比容量相对较高，在小型充电电池中应用广泛但钴酸锂材料成本高（金属钴价格昂贵）、循环寿命低、安全性能差，近年来被三元正极材料替代部分市场份额。钴酸锂的能量密度发展到当前在现有的化学体系及工艺装备下其压实密度已基本到极限由于当前整体的化学体系限制，尤其是电解液在高电压的体系下很容易分解；故通过提高充电截止电压提升比容量的方法受到了一定的限制，后续一旦电解液技术得到突破，其能量密度还会有提升的空间。 锰酸锂：锰酸锂是除钴酸锂之外研究最早的锂电池正极材料，相比钴酸锂，具有资源丰富、成本低、无污染、安全性能好、倍率性能好等优点； 但其较低的比容量、较差的循环性能，特别是高温循环性能使其应用受到了较大的限制。 锰酸锂电池将主要在物流车，以及在注重成本、对续航里程要求相对低的微型乘用车领域具有一定市场份额。 磷酸铁锂：磷酸铁锂的出现是锂电池正极材料的一项重大突破，低廉的价格、环境友好、较高的安全性能、较好的结构稳定性与循环性能，使其已形成了较广泛的市场应用。 但其能量密度较低、低温性能较差，目前主要使用在商用车（客车）领域。 三元材料：三元材料中三种元素的不同配比使得三元正极材料产生不同的性能，满足多样化的应用需求。 镍钴锰三元材料综合了钴酸锂、镍酸锂和锰酸锂三类材料的优点，存在明显的三元协同效应。 相较于磷酸铁锂、锰酸锂等正极材料，三元材料的能量密度更高、续航里程更长。 然而，在现有的技术路线下，如果三元锂电池还想进一步提高能量密度，只能继续提高镍材料。 但高镍的热稳定性很差，在提高能力密度的同时，也意味着其稳定性的下降，安全隐患也会从而变成更大的问题。 负极材料方面，2000 年以前，日本企业垄断负极材料生产，主要应用材料先后从 Sony 公司研发的石油针状焦、HONDA 公司研发的中间相碳微球发展到三菱化学研发的改性天然石墨。 2000年之后，随着贝特瑞掌握天然鳞片石墨的球形化技术，实现了天然石墨国产化，全球的负极产业逐步向国内转移。 到了 2018 年，中国负极材料市占率已提升至 73.4%。 从锂电池负极材料的发展历程来看，人造石墨是当下主流，硅碳负极是发展方向。 石墨负极工艺成熟，高端天然和人造石墨均能做到 360mAh/g 以上容量，比能量已经接近理论极限。 而硅基负极材料和金属锂负极材料凭借 400-4000mAh/g 的超高容量成为未来发展方向。 二、固态电池的发展驱动力从固态电池本身来说，其在能量密度及安全性方面具有独特的核心优势。一方面是固态电池的能量密度更高。相比三元电池在 4.2-4.5V的电化学稳定窗口，固态电池的电化学稳定窗口能达到 5V以上，因此固态电池能匹配高性能电极材料，可使用超高镍三元材料或搭载 LCO及富锂材料，且能兼容液态体系难以实现的金属锂负极。据估计固态电池单体能量密度最高能达到900Wh/kg以上，有望彻底解决里程焦虑问题；另一方面，固态电池的安全性更高。许多无机固体电解质材料不可燃，聚合物固体电解质即使存在一定可燃风险，但相较于电解液的风险，安全性也大幅提高。从国家战略层面看，中国计划2030年达到能量密度目标500 Wh/kg，而液态锂电池能量密度低（<300 Wh/kg）,无法满足战略需求，因此未来10年着眼于固态电池具有解决目前液态锂离子电池技术瓶颈、达成战略目标的发展潜力。 从整体业内环境来说，动力电池行业对安全性的要求将逐步提升，基于三个方面来讲：从需求端出发，电池安全已成为车企除续航和快充之外的新一轮宣传点；从供给端来看，电池企业为抢占市场份额并避免后期高额赔偿，因此开发高安全电池已成为业内共识；另外，从政策端来看，安全国标升级，行业监管趋严，安全性俨然成为整体行业的基本要求。而固态电池的研发方向恰好吻合行业宏观发展趋势。 除此以外，固态电池的研究方向分别放眼于正负极材料和电解质，以及其他小型零部件。 正极材料主要决定电池的成本和续航里程，而负极材料主要决定电池的充电速度。 提升电解质技术是为了提高安全性和配适更高能量密度的正负极，电解质材料很大程度上决定了固态锂电池的各项性能参数， 如功率密度、循环稳定性、安全性能、高低温 性能 以及使用寿命。 三、固态电池的技术原理锂电池的研发成功，开启了蓄电池的新时代。锂是化学元素周期表中原子量最小的金属元素 (6.94)，也是密度最小(0.534 g/cm3，20 ℃)、电化学当量最小(0.26 g/Ah)及电极电势最低(－3.045 V)的金属。具体来讲，锂电池具有以下优点：(1)比能量高。在质量比能量和体积比能量方面，锂电池均比铅酸蓄电池高出三倍以上。由此可以确定相同容量下，锂电池具有更小的体积，更小的质量，适用范围更加广阔；(2)循环寿命长。锰酸锂电池的循环次数在 500 次以上，而磷酸铁锂电池的循环次数在 2 000 次以上，一般铅酸蓄电池循环次数在 400～600次左右，远低于锂电池；(3)充电功率范围较宽。可以 1 C～3 C进行快速充电，充电效率在 85%以上。(4)倍率放电性能好。锂电池的倍率放电要高于铅酸蓄电池，普通锂电池可实现 2 C～3 C 放电，一些具有高倍率放电能力的锂电池甚至可以实现 20 C～30 C 放电。这一特性对于电动汽车的智能控制技术非常有利。固态电池的工作原理与传统锂电类似，金属被用作为电极材料，离子通过电解质在正负极之间移动，从而产生电的流动。核心关键为锂离子移动时所在介质的形态差异。传统电池在充放电过程中存在电势差，在电势差的驱动下通过锂离子以电解液作为介质在电池内部正负极之间移动产生电流的过程，就是锂电池的应用原理。而固态电池，锂离子主要以固态电解质作为介质，在正负极之间移动，产生电流。 固态电池的结构：固态电池的本质仍是锂电池，区别于液态锂电池的电解质为固态而非液态：从组成部分来讲，传统锂电池由正极、负极、隔膜电解液构成，正负极和隔膜均浸泡在液态电解液中。而固态电池仅将电解液与隔膜替换为固态电池质，隔膜更新为固态的锂离子导电陶瓷，锂金属和铜板组成新的电池负极，全新的固态电解质和铝板组成电池正极；使用固态电解质替代液体电解质和隔膜，固态电解质燃点非常高，提高电池热稳定性能；固态电池的电压平台是5V，高于液态电池的4.3V，能够匹配高压电极材料，电池能量密度和比容量都要优于液态电池；固态电解质不具有流动性，因此不存在漏液现象。固态电池的结构特点简化了电池成组设计，降低电池的重量和体积，使得能量密度得到进一步提升。由于全固态电池无需使用隔膜，内部本身为串联结构，在系统集成端无需外部线束进行串联。同时因其较高的安全性，可以简化冷却系统，在 PACK 层面成组效率优于现有体系，液态锂离子电池以并联结构相接，封装复杂且体积庞大； 固态电池无漏液风险，可简化冷却系统，电池以多电芯串联结构相接，优化电池封装，电池的体积能量密度大幅提升。 02 行业现状及趋势 在新能源汽车、汽车电动化的大趋势浪潮之下，国家政策层面对于固态电池的重视程度与日俱增，核心规划层和高层次专家都认为固态电池将是未来的发展趋势。 固态电池应用场景主要为消费电子、储能领域和动力电池。 并最先向性能要求较低的消费电子领域渗透，根据伍德麦肯兹（Wood Mackenzie）、GGII、Bloomberg等机构预测，2030年固态电池出货量约150GWh，市场规模预计达到1500亿元人民币，至2030年，固态电池出货量复合增速将高达到80%。 一、行业政策1）鼓励新能源汽车行业发展各国政府近年来陆续出台政策措施，扶持新能源汽车行业发展。电动车的发展主要受政策和补贴驱动，各国出台的电动车鼓励措施涵盖了生产、购置、 使用、基础设施、产业化支持等多个环节。 主要国家推广新能源汽车措施 2）节能减排目标 中国在“双碳”目标和锂电相关行业政策和法规标准陆续出台的大环境下，推动传统锂电升级，加速固态电池行业发展。 《2030年前碳达峰行动方案》中指出： 将碳达峰贯穿于经济社会发展全过程和各方面，重点实施能源绿色低碳转型行动、节能降碳增效行动、工业领域碳达峰行动、城乡建设碳达峰行动、交通运输绿色低碳行动、循环经济助力降碳行动、绿色低碳科技创新行动、碳汇能力巩固提升行动、绿色低碳全民行动、各地区梯次有序碳达峰行动等“碳达峰十大行动”，并就开展国际合作和加强政策保障作出相应部署。 其他国家为实现节能减排目标，国家乘用车碳排放政策不断收紧，促使车企电动化转型。 欧盟提出了严苛的要求，2025 年后欧盟新登记汽车碳排放量比 2021年减少15%，2030 年要求比2021年减少37.5%。 严苛的碳排放标准驱动车企进一步转型，电动车升级势在必行。 3）明确固态电池发展目标 国家政策层面对于固态电池的重视程度与日俱增，核心规划层和高层次专家都认为固态电池将是未来的发展趋势。 2 019年12月， 我国发布了《新能源汽车产业发展规划(2021-2035)》(征求意见稿)， 提出了 加强 固态电池研发和产业化进程的要求，首次将固态电池上升到了国家层面。 2022年2月，国家科技部高新司发布了，该计划成为十四五的开局之年国家最重要的布局指南。 这一规划很大程度上 反映了国家高层次专家和核心的战略规划层对于未来技术和发展趋势的一个判断。 在这18个重点专项当中，有三个专项都和固态电池相关。 此外，多个国家也明确固态电池发展目标和产业技术规划，现阶段发展思路明晰： 2020-2025年着力提升电池能量密度并向固态电池转变，2030 年研发出可商业化使用的全固态电池。 主要国家固态电池研究目标 资料来源:各国政府网站，光大证券研究所整理 二市场规模及预测 固态电池应用场景主要为消费电子、储能领域和动力电池。固态电池市场空间的增长主要体现在这三大主要细分市场的增长以及渗透率的提升。根据《2020年中国固态电池行业研究报告》引用高工锂电（GGII）、Bloomberg和中关村储能产业技术联盟（CNESA）等机构统计数据整理预测：到2025年消费电子领域渗透率将达到10%，动力电池达到5%，储能达到5%；2030年渗透率分别为35%、20%和20%。 根据伍德麦肯兹（Wood Mackenzie）、GGII、Bloomberg等机构初步预测：2025-2030年，中国固态电池平均成本约0.8-1元/Wh；2030年固态电池出货量约150GWh，市场规模预计达到1500亿元人民币；2020-2030年全球固态电池出货量CAGR将达到80%。 03 固态电池的技术路线及产业化进程 尽管固态电池体系相较于现有的液态电池体系有诸多后者无法比拟的优势，但全固态体系的电解质材料研究目前尚处于探索阶段，技术尚未成熟，短期内难以实现大规模的商业化。相比之下，半固态电池作为传统锂离子电池向全固态电池的过渡形态，有望在短期内实现产业化落地。从固态电池技术路径角度分析，无论是目前技术最为成熟的聚合物路线还是更具发展潜力的硫化物路线，技术和成本仍是阻碍固态电池商业化进程的核心因素。一、固态电池的技术路线 根据电解质中电解液的含量，目前固态电池主要可分为半固态（电解液含量<10%），准固态（电解液含量<5%），全固态（不含有电解液）三类。 作为传统锂离子电池向全固态电池的过渡技术，以混合固液电池为桥梁，固态电池的发展路径基本遵循逐步降低电解质中液体含量、由半固态向全固态进步的大方向。 从技术路径角度分析，主要可根据电解质材料种类划分为聚合物固态电解质、氧化物固态电解质和硫化物固态电解质三大主流技术路径。 配合固态电解质，固态锂电可以使用高电压和高容量正负极材料，将电池容量大幅提升。 在生产工艺上，也可借鉴传统生产锂电池工艺，低成本生产固态锂电有望实现。 二、聚合物电解质 目前较容易量产的是有机聚合物路径的固态锂电。 主流聚合物体系主要分为环氧聚乙烯（PEO）、聚碳酸酯、聚烷氧基和聚合物锂单离子导体基体几大类。具体到电解质材料，PEO、PVDF（聚偏氟乙烯）和LiTFSI（双三氟甲基磺酰亚胺锂）等则是目前关注度较高的材料。目前聚合物电解质基体的研究以PEO及其衍生物为主。相较其他聚合物固态电解质，PE类聚合物电解质的优点在于高温下离子电导率高，容易成膜，易于加工，与正极复合后可以形成连续的离子导电通道，正极面电阻较小；缺点在于PEO的氧化电位在3.8 V，难以与钴酸锂、层状氧化物、尖晶石氧化物等高能量密度正极匹配，需要对其改性；其次，PEO基电解质由于结晶度高，导致室温下导电率低，因此工作温度通常需要维持在60～85℃，电池系统需装配专门的热管理系统。目前PEO体系的聚合物固态电池已有应用的实例：法国Bellore公司以磷酸铁锂为正极，金属锂为负极，PEO聚合物为电解质生产的固态电池已在4000多辆电动车上投入使用。但其工作温度在60-80℃，同时能量密度较低，仅与目前的动力电池相当。相较于传统液态有机电解质体系，聚合物固态体系现阶段存在电导率低、电化学参数不达标、低温性能差以及生产设备匹配性较差等缺点。其中，低电导率问题尤为突出，是制约该类体系普及应用的重要原因，也是未来聚合物电解质体系发展的关键。预计未来可能会通过共混、共聚、交联等材料学手段优化材料结构，通过加入新的基团/官能团/框架结构材料，提升电化学性能或采用其他新型技术改善固态聚合物电解质。三、氧化物固态电解质氧化物电解质的电导率较高、环境稳定性好，与金属锂的化学相容性较好。一般的氧化物体系离子电导率介于硫化物和聚合物之间，制备工艺对技术和设备要求相对较低，较硫化物量产可行性较高。 从物理形态区分，氧化物电解质包含晶态和非晶态两类，但主流材料仍在探索中。 其中，晶态代表技术有钙钛矿型的锂镧钛氧（LLTO）和石榴石型的锂镧锆氧（LLZO）； 非晶态代表有薄膜型的锂磷氧氮电解质（LiPON）和陶瓷型电解质（LCB）。 以目前的生产进展来看，氧化物电解质路径中能够实现量产的是以 LiPON 为电解质的薄膜固态锂电池。 四、LLTO/LLZO（晶态） 作为晶态氧化物固态电解质的代表类型，LLTO和LLZO受到高度关注，均获得部分企业的深度研究和商业化布局，业已取得一定技术突破。 LLTO和LLZO基固体电解质室温下离子电导率能够达到10-3S/cm、与金属锂接触稳定性好，电化学窗口宽，结构稳定，具备成为理想固体电解质并广泛应用于固态锂电池的潜力。 LiPON（非晶态） LiPON是最早开发成功的氧化物固态电解质，是一种非晶态微米级的薄膜。 其对锂的稳定性较好，可以直接与锂接触，循环次数可观。 此外，LiPON电化学窗口相较传统锂电更宽，和电极材料相性较好，可有效降低电池设计难度，目前LiPON已成功应用在固态电池上。 但LiPON室温下离子电导率偏低，处于10-8 ~10-6S/cm之间，导致LiPON型电池应用场景较局限。 同时，该类电池复杂的制作工艺和高昂的生产成本也制约了严重其量产、推广能力。 硫化物电解质硫化物固态电解质是氧化物固态电解质的衍生，主要区别在于硫元素取代氧化物中氧元素，形成了硫化物固态电解质。硫化物相较氧化物具有更高的离子电导率，Li+更容易在硫化物电解质体系内发生迁移，一般维持在10-4 ~10-2S/cm，接近传统液态电解液。目前硫化物电解质仍处于研发探索阶段，存在离子电导率仍然较低、活化能较高、化学稳定性较弱，易与水汽反应生成H2S气体等问题。同时硫化物电解质生产环境要求苛刻，制备成本较高，距离商业化量产仍有段距离。Li10GeP2S12（LGPS）是现阶段性能最优的硫化物电解质，实验数据室温离子电导率高达1.2x10-2S/cm，获得丰田等头部玩家深度布局。未来预计研究者将通过利用Sn元素替代Ge元素，较低LGPS电解质成本；同时改进合成工艺优化电解质性能。 五、制约固态电池产业化的瓶颈相较于传统锂电池，固态电池在安全性、能量密度等方面具备无与伦比的优势，是未来锂电行业发展的重要方向。然而，现阶段而言，技术和成本依然是横亘在固态电池商业化道路中的巨大阻碍，严重制约了行业的商业化速度和固态电池的推广普及。瓶颈一：技术阻碍虽然固态电池的构想早在1972年便被提出，吸引无数学者、企业对该领域进行不间断的探索。但目前固态电池设计、制造技术尚未成熟，技术瓶颈依然存在，具体涉及界面问题、锂枝晶问题和电解质性能差等方面挑战。界面问题：固-固界面相容性、稳定性差，体现为高界面阻抗 不同于传统锂电池，电极与电解质间属于固-液接触，材料润湿性好、接触面大；固态电池电极与电解质间属于固-固接触，材料润湿性较差，未经修饰的固-固界面接触面积有限。此外，电池充放电过程中部分电池材料膨胀、收缩导致固-固接触面部分脱离，界面稳定性弱，电极与电解质间形成微小空腔，接触面积进一步下降。较弱的材料润湿性和界面稳定性，叠加电极与电解质间界面反应、空间电荷层、元素互扩散的消极影响，直接导致固态电池界面阻抗上升，限制了固态电池包括高倍率放电性能在内的核心性能指标。 针对固态电池的固-固界面问题，学界多采用电极包覆的方法加以控制，即在电极与固态电解质间添加一层柔性缓冲层，将固-固界面的刚性接触转换为软接触，增大界面接触面积。此外，亦有电池厂商通过在电极两端施加压力的方法改善界面接触效果。但总体而言，固态电池的界面问题仍需进一步探索，短期内与固-液体系间差距尚存。锂枝晶问题：本质是锂离子沉积速率不一致，严重时或导致电池内短路锂枝晶的形成主要发生电池放电阶段，生长于负极表面，自锂电池发明以来就成为回荡在锂电行业头顶的幽灵，是制约锂金属负极应用的关键阻碍。锂枝晶形成原因：电池充电阶段，（嵌入）负极的锂金属失去电子并以锂离子的形式经电解质移动至正极材料内；而放电阶段，锂离子则逆向放回负极，得电子沉积与负极表面。在理想的沉积模型中，负极表面锂离子沉积速率一致，沉积形成表面平整；但锂离子沉积受温度、电场分布等因素影响，实际情况中经常出现局部锂离子沉积速率显著高于电极其他区域的情况，形成沟壑纵横、高低起伏的沉积表面。在多次循环中，突起处不断生长，直至刺穿电解质隔膜与正极接触造成电池短路。传统锂离子电池采用易燃有机物电解液，锂枝晶的生长导致的电池短路是造成电池起火的元凶之一。虽然（全）固态电池的电解质不易燃，从根源上消除了起火风险，但锂枝晶的生长导致的短路的可能性依然存在，影响电池循环寿命。同时，学界、业界对固态电解质对锂枝晶生长的影响机理尚未明确固态电解质的机械性能是否能有效抑制其生长未成定论，导致高能量密度锂金属负极的应用相对局限。 目前，抑制锂枝晶生长的主流方法为负极包覆，通过在负极表面包覆一层刚性的SEI保护层，迟滞锂枝晶的生长速度，削减其影响，但更有效的抑制方法尚待探索。 电解质性能不尽人意：电导率、稳定性、加工性能难以兼得。 如前文所述，聚合物、氧化物和硫化物固态电解质体系性能各有优劣，但对比传统液态电解质体系，固态电解质离子电导率指标依然不尽人意。商业化电解质要求材料离子电导率在3×10-3~2×10-2S/cm 之间，固态体系中表现最优的硫化物体系电导率范围为10-7~10-2S/cm性能上限仅勉强达标，且硫化物化学稳定性差，容易与空气中的氧、水汽等成分反应，造成电池劣化，如何保证其稳定性是硫化物固态电池开发的一大难题。化学性质稳定的氧化物电解质虽然综合性能好，但存在加工性能差、离子电导率偏低、界面阻抗大、界面反应等问题。以良好加工性能和化学稳定性率先获得应用的聚合物电解质，如PEO，则面临极低离子电导率的致命缺点，且电化学稳定窗口不具优势，长远来看并非电解质体系的第一选择。综上，现阶段除了安全性指标，固态电解质体系的性能相较于液态体系依然不具优势。产业界尝试通过复合多类电解质的方法以达到较好的综合性能，例如在聚合物电解质体系中融入氧化物电解质，以提升电解质离子电导率指标，同时使其具备良好的机械性能。但以上方法的实际效果和商业化进度仍需观察。瓶颈二：成本阻碍成本亦是阻碍固态电池推广的重要因素，高昂的成本和有限的产量使得现阶段（半）固态电池主要应用于高端消费电子、高端电动车等少数领域，而固态电池渗透到一般动力电池领域距离尚远。其高昂的成本主要源于电解质材料变化、工艺改变以及良品率低等方面。现阶段全固态电池基本未量产，半固态电池是目前固态电池推广的前沿阵地。据兴业证券调研，以NCM811液体电芯和NCM811混合固液电芯为例，后者成本较前者陡增约80%，新增成本主要源于电解质成本（物料成本）。电解质预计将成为半固态电池成本最大组成部分，占比超50%，地位类似于现阶段液态锂电池中的正极材料。对于未来的全固态电池，预计固态电解质用料将进一步增加，成本价格进一步偏向电解质。据此，固态电解质或将成为未来固态电池材料体系中的核心环节，值得进一步关注。此外，相较于液态锂电，固态电池制造成本也将有所提升。一方面，固态电池生产环境更为苛刻，部分原材料化学性质活泼需配置高等级干燥间；另一方面，新工艺需引入新设备，装备研发、采购成本，以及相应的折旧摊销或推升固态电池综合成本。同时，鉴于固态电池的量产尚处于起步阶段，行业生产经验缺乏，可以推测短期内产线良品率不会太高，短期内单位产品价格或居高不下。 六、固态电池生产工艺及与传统锂电行业的衔接难度如前文所述，固态电池的发展整体遵循逐步降低电解质液体含量改进路径。据中金资本调研，混合固液电池基本兼容传统液态电池产线；全固态电池部分兼容传统产线整体衔接顺畅。1）混合固液电池生产工艺行业实践表明，混合固液电池的生产工艺与传统液态锂离子电池基本一致，只是增加了部分特有工序。以卫蓝新能源的聚合物+氧化物电解质体系固态电池为例，该电池将传统液体有机电解液替换为聚合物液体电解液。采用原位固化技术，与传统工艺差别主要在于陈化阶段后新增原位聚合和特殊化成工序，通过紫外照射等手段使聚合物电解液固化，形成固液混合体系。生产过程兼容大部分传统设备和生产流程。 2）全固态电池生产工艺全固态电池的生产工艺可分为湿法和创新工艺两类，其中湿法较传统工艺变化较小，预计约80%传统设备可以沿用至固态电池生产，但需配备更高水平的干燥间以满足更加苛刻（特别是硫化物体系）的生产环境要求。而以干电极技术为代表的创新工艺则抛弃了传统溶剂，直接以粘合剂为媒介，通过挤压成型工艺生产电池极片；德国RWTH PEM公司则引入了高频溅射法、电子束蒸发法等创新工艺生产实体电芯，与传统锂电工艺存在明显差异。3）固态电池的产业化路径及时间表虽然固态电池概念起源较早，部分企业也很早在固态电池领域持续布局，但目前行业仍然面临前述的诸多挑战，现阶段全固态电池产业化举步维艰。从行业发展策略分析，预计固态电池的发展路径基本遵循逐步降低电解质中液体含量、由半固态向全固态进步的大方向。届时，电解质体系中的液体含量将逐步从25%降至0%，而负极材料将同步从现有的石墨负极逐步向锂金属负极过度，能量密度大幅提升，安全性能有效改善。短期之内，由于半固态电池与现有锂电制作工艺基本兼容，对现有产业链冲击较小，预计未来2~3年其有望伴随超长续航电动车的推出实现量产。例如，蔚来汽车规划于2022年末推出装备版固态电池的车型。长期来看，由于全固态电池尚处于研发阶段，技术障碍尚未全面打破且电化学体系尚未明确，叠加产业链重塑和持续降本所需时间。预计全固态电池的量产应用需等待到2025年以后，届时将首先应用于无人机、军工、高端车型等对成本不敏感的应用领域。 从技术路径分析，短期内，以PEO体系为代表的聚合物固态电解质是目前最适合大规模量产的技术路径，其生产工艺基本借鉴大部分传统锂电池生产工艺，且业界已有部分应用案例，如法国Bellore 公司推出磷酸铁锂-锂金属聚合物固态电池。然而，由于聚合物体系固有的缺陷（低离子电导率等），长期来看氧化物和硫化物体系面临的技术难点得到突破后，二者有望后来居上成为固态电池应用的主流选择。 04 产业链现状 固态电池产业链整体情况和传统锂电相似。主要分为上游矿石原材料、精炼原材料/电池材料前驱体；中游电极材料、电解质、隔膜、铜箔和电芯设计、加工生产；下游电池集成组装、BMS/EMS设计，消费电子、动力电池和储能等终端应用。由于目前固态电池行业处于发展阶段，需要关注以下几个问题。1. 固态电池行业产业链仍未完全成型；2. 上游原材料需求发生变化；3. 仅部分传统锂电工序可沿用至固态电池领域；4. 电极、电解质和电池集成技术需要再投资。近年，各大企业对产业链进行战略布局，中游逐渐向上游延伸，上游逐渐向下游渗透的趋势越发明显。比亚迪作为国内新能源领军企业，其业务基本覆盖产业全链条赣锋锂业、华友钴业等原材料企业向下渗透电池及电池原材料，如赣锋锂业的半固态电池，华友钴业和LG化学合作三元正极材料；宁德时代作为全球市占率最高的电池厂商近年也布局上游矿石原材料，在全球范围内争夺锂矿；车企方面Tesla、日本丰田以及国内“三驾马车”也向电池及集成技术延伸，像Tesla的4680圆柱电池和CTC/CTV技术，丰田的固态电池等；下游早期做快充、电池生态和智能汽车领域的企业如华为，也在2021年推出首款鸿蒙汽车AITO。 上游：矿石原材料、精炼原材料固态电池产业链上游将基本沿用传统锂电行业，为矿石原材料的开采、精炼。基于固态电池的发展策略分析，虽然固态电池电极材料和电解质体系技术路线尚未明确，但长期来看，为追求更高的能量密度，锂金属负极和富锂正极的逐步落地将带动锂盐产品的需求增长；同时，固态电池的安全性提升和稳定电化学窗口拓宽将分别加速三元正极体系向高镍方向进化以及镍锰酸锂高压正极材料的应用，持续提振镍盐需求自2021年，新能源汽车的爆发增长推动锂矿原料的价格暴涨，成本上升传导至电池厂、整车厂，下游新能源汽车价格均存在不同幅度的上调。短期来看锂盐产品供给偏紧，锂矿争夺激烈。 从锂元素来源看，锂电原材料中锂元素的来源主要包括锂辉石、盐湖提取和回收利用，产量分别各占比约54%、45%和1%。从产业竞争格局看，锂矿开采行业高度集中。据罗兰贝格统计，国际Top5玩家占据约70%的全球产能，其中锂矿巨头Albemarle和SQM长期占有全球主要锂矿。近年来，赣锋锂业、天齐锂业等国内厂商逐步加强锂矿布局，大举收购、持股海外锂矿，中国企业在锂矿行业地位举足轻重。从地区分布看，锂矿出货量约55亿吨，开采主要集中于澳洲、中国和南美地区，分别贡献约33%，31%和26%的锂矿产量。 综上，锂、镍等固态电池原料行业布局值得资方关注。 中上游：电池零部件及加工生产基于电芯拆解，（半）固态电池电芯主要由正极、负极和（半）固态电解质三大主要部分组成，技术路线和电芯材料选择对电池成本结构有显著影响。根据2021年英国皇家化学学会公开报告显示，液态锂电的电芯成本结构已不适用于固态电池领域。除传统石墨负极方案，新型负极方案（富锂、锂金属负极）中负极成本将成为固态电池电芯的成本大头，紧接着是电解质成本，而后是正极成本和其他。 根据光大证券预测，固态电池整体成本占比将呈现负极、电解质、正极和其他排序。 一、固态电解质固态电解质是固态电池的核心，材料选型和制备工艺将成为核心壁垒。不同于正负极材料发展方向相对确定、现阶段主流的三元材料和磷酸锂铁亦可沿用至固态电池体系全固态体系的电解质材料研究尚处于探索阶段，技术尚未成熟，性能暂未达商业化要求，已投产或小规模商业化电解质多为半固态或准固态，远非终极形态。能否在固态电解质开发领域快人一步，是固态电池厂商实现弯道超车的核心环节，也是传统电解液厂商的转型重点。因此应着重关注企业在电解质领域的技术积淀和开发进度，以及电解质行业技术瓶颈（界面、稳定性、电导率等）突破进程。中国是国际电解液市场的主导玩家，市场份额自2019年以来节节攀升。根据Credit Suisse和GGII数据，2021年中国在国际成品电解液、溶质（以六氟磷酸锂（LiPF6）为数据口径）和溶剂细分市场出货量和全球占比分别约为50万吨，占比71%、4.8万吨，占比69%和39万吨，占比达到90%，具备全链条生产能力。随着固态电池成为锂电池下一阶段发展的确定性方向，电解液产业面临巨大的转型压力。 在固态电解质研发领域，初创企业和传统锂电巨头均开展深度布局并提出相应的量产时间计划。初创企业以卫蓝新能源（氧化物）、清陶能源（氧化物）、恩能新能源（硫化物）为代表；传统锂电巨头包括宁德时代（硫化物）、比亚迪（硫化物）、赣锋锂业（氧化物）。但值得关注的是，现阶段成熟的全固态电解质方案尚未落地，以上企业的布局成效和未来全固态时代的主流路线仍存在巨大不确定性。二、正极材料正极材料在传统锂电行业电芯性能中起到关键作用，在固态领域也依然是重要的零部件。固态电池正极材料主要为三元系、氧化物系和硫化物系。其中三元系材料技术成熟，高镍化趋势明显，且已伴随半固态电池的推出实现应用落地。着眼于现阶段的锂电行业，主流正极材料市场仍是NMC和LFP的竞争，伴随着新能源汽车行业的爆发，单价快速上涨，按照2022年市场价格预估，全球NMC+LFP正极市场超6000亿。全球范围内，三元材料仍为行业主流。但2019年以来磷酸铁锂全球出货量增长迅猛，市场占比正逐年提升，且在中国已经实现对三元材料的超越，未来两者大有长期分庭抗礼的趋势。 相较于三元材料，磷酸铁锂具备安全性强、循环寿命长的优势然而，在固态电池领域，磷酸铁锂的安全性优势不再突出。同时，磷酸铁锂理论能量密度天花板低，且现阶段对理论上限的开发程度已达到92%，增长空间不大，难以适应固态电池高能量密度的发展愿景。三元材料能量密度上限更高，开发空间大；配合固态电解质安全风险大幅降低，高镍化技术亦可进一步提升其天花板；同时固态电池初期应用领域对成本并不敏感，长期来看在固态电池领域可有效压制磷酸铁锂，高镍三元材料在固态电池领域的应用前景要优于磷酸铁锂。而在新型正极材料领域，高压镍锰酸锂、富锂锰基材料、磷酸锰铁锂等新型材料，以及硫化物、氧化物系正极材料或将在固态领域得到应用，但确定性弱于高镍三元体系。三、负极材料负极材料的重要性在固态电池领域得到进一步提升，成为拉开电化学窗口的核心。负极材料主要分为两个大类，碳基和非碳基。传统锂电大部分采用碳基，也就是常见的石墨。石墨负极也分为两种，天然石墨和人造石墨，其中人造石墨为传统锂电行业主流负极方案。近年，学术界及行业专家也在探索新式负极材料或其他种类负极以提升电池能量密度，如硅基负极、富锂负极、金属锂和钙钛矿等。 全球负极市场随新能源行业爆发高速增长，根据GGII数据显示，2021年全球负极材料出货量90.5万吨，中国出货量约78万吨，占比达到86%。 其中全球天然石墨出货量占比约17%，人造石墨占比约80%，中国负极材料中内接近90%为人造石墨。 配合固态电池的发展策略，锂电领域以石墨负极为主导负极材料格局或将发生改变，预计负极材料的选用将逐步从碳基材料过渡到高密度非碳基材料。 具体而言，负极材料伴随技术突破将从传统石墨转向碳硅负极，最终抵达金属锂负极的终极形态。 业界的产品规划亦符合以上推测，蔚来推出半固态电池配备预锂化碳硅负极，预计2022年量产；天齐锂业则和卫蓝新能源合作开发锂金属负极应用布局负极领域。 中游：电池厂除了电池原材料开发，电池设计制造革新亦是固态电池商业化进程中的重要一环电池厂商需根据固态电池特质，改进生产工艺和产品形态，以达到最优性能。 电芯的物化参数较大程度决定固态电池整体的性能，但电芯的堆叠/集成技术是否成熟也是固态电池能否商业化应用的重要因素。一方面，优化堆叠和集成技术可以提升电池空间利用效率；另一方面，固态电池耐高温特性缓解BMS热控方面的压力，抛弃大部分散热模块，使得固态电池相较传统锂电重量更轻，体积更小，可以有效提升电池重量/体积能量密度。目前动力电池CTC、MTV、CTV和刀片电池等无模组Pack技术逐渐成熟，将进一步加强电池厂和下游应用厂商的合作，在产品设计上针对实际应用场景进行优化，定制化趋势逐步形成。下游：消费电子、动力电池、储能、回收利用固态电池带来的主要是对产业链中游环节价值链的重塑，其与传统锂电在下游的应用领域基本一致，主要应用场景为消费电子、动力电池和储能。如前文所述，根据《2020年中国固态电池行业研究报告》引用高工锂电（GGII）、Bloomberg和中关村储能产业技术联盟（CNESA）等机构统计数据整理预测：（半）固态电池在以上行业渗透率将分别达到10%、5%和5%，2025年全球和中国的固态电池市场空间约为960亿和480亿元。 四、消费电子随固态电池技术进步和3C行业高速发展，固态电池将逐渐向TWS、AR/VR、植入式医疗设备、微型传感器等领域渗透。预计2025年消费电子锂电市场规模约2000亿元，假设固态电池在2025年渗透率约10%进行测算，消费电子侧全球固态电池市场规模约200亿元，中国约120亿元。 五、动力电池 新能源汽车市场从2014年开始高速发展，2016~2017年遇骗补事件及补贴收紧影响，出货量增速放缓。 随低碳减排“双碳”目标刺激下，新能源汽车行业增速逐渐平稳 ，预计2025年全球动力电池市场规模约1.4万亿。 假设固态点池在2025年渗透率约5%进行测算，动力电池侧全球固态电池市场规模约600亿元，中国约300亿元。 六、储能风光水等可再生能源发电不稳定，弃光率约2%、弃风率约3.5%，随着能源结构转型，通过电化学储能解决电网消纳、调峰能力不足和传输容量问题的需求日显，预计未来储能市场将快速发展。现阶段锂电储能占比约11%，预计2025年全球储能电池市场规模约3200亿，假设固态电池在2025年渗透率约5%进行测算，储能侧全球固态电池市场规模约160亿元中国约60亿元； 锂电池回收金属部分市场规模预计2025年接近200亿。铅酸类电池回收率达98%，主流湿法回收行业平均回收率可达到80-85%，回收电池中约15-20%可用于梯次利用，主要针对2016-2017年使用周期超过5年的电池。综合以上分析，固态电池行业的发展对传统锂电上游锂、镍矿开采行业和下游锂电应用行业影响相对有限或影响积极。但固态电池将重塑锂电池产业链中游价值分布：其一，以正极为主导的传统电池成本结构不再适应全固态时代负极和电解质将成为电池最主要的两块成本,合计占比超3/4,瓜分大部分产业链价值；其二，非碳基负极的逐步应用将冲击目前以人造石墨为主导的负极材料行业，高能量密度碳硅、锂金属将成为未来中短期和长期内固态电池的主流选择其三，固态电解质逐步取代传统电解液、隔膜行业，行业转型压力巨大固态电解质将成为未来固态电池行业的核心环节，材料选型和制备工艺，应重点关注具备固态电解质研发、生产能力的行业玩家。 05 产业链现状 国内固态电池玩家涵盖了科研院所、锂电巨头、新能源车企及初创企业。其中参与者具体包括中科院化学所、中科院青岛能源所、中科院宁波材料所等研究机构；赣锋锂业、宁德时代等锂电巨头；以及一些汽车零部件厂商和新能源车企，如万向集团、比亚迪等企业。以上企业布局范围广泛，涉及固态电池材料开发、电池体系研发、生产制造工艺设计和下游锂电应用等众多领域。通过梳理固态电池厂商的技术路线选择及产业化进程，我们发现，氧化物电解质路线是目前固态电池厂商押注最多的技术路线，有望在近期实现商业化。 一、行业玩家路线选择及产业化进程如前文所述，就技术路线而言，固态电池的主流技术路线主要包括聚合物、氧化物和硫化物固态电池三类。各个路线各具优劣，成熟程度差异较大，但均有初创公司和传统锂电车企巨头下场深度布局。1）聚合物路线聚合物固态电池的布局玩家包括蜂巢能源等创新锂电产商。聚合物路线是目前固态电池技术路线中最为成熟的一条。蜂巢能源已经实现（半）固态电池量产。公司生产的“果冻电池”采用凝胶电解质，具有高耐热、自愈合的特点，可以快速量产，并拥有广泛电化学适应性，可以适配高镍、无钴、中镍等不同体系。2）氧化物路线氧化物固态电解质是中国企业布局最多的技术路线，涉及企业众多，包括卫蓝新能源、清陶能源、太蓝新能源、金羽新能和台湾辉能科技等众多创新锂电产商，赣锋锂电、比亚迪、蔚来汽车等锂电车企巨头。其中，清陶能源和卫蓝新能源是中国固态电池领域的顶尖玩家，在固态电池电解质生产、界面问题等瓶颈突破方面均有深厚技术积淀，并逐步尝试实现固态电池量产。清陶能源于2018年完成了全国首条固态锂电池产线建设并正式投产，产能达0.1GWh，产品主要用于特种电源、高端数码等领域。随后2019年、2022年分别开工建设年产10GWh的固态电池产线。卫蓝新能源也于2020开始计划建设年产0.1GWh的固态电池产线。3）硫化物路线国内厂商布局硫化物路线的企业亦不在少数，其中代表为传统锂电巨头宁德时代和恩能动力，高能时代等创新锂电产商。以上企业主要涉及硫化物电解质的研发、改性、生产和硫化物固态电池的生产。宁德时代在2016年正式宣布在硫化物固态电池上的研发路径。恩能动力则于2021年推出520Wh/kg 能量密度的固态电池样品，并确立了从半固态向全固态、从三元正极向硫化物正极发展的产品迭代路径。4）行业玩家的产业链布局固态电池产业尚处于起步阶段，与传统锂电行业相比，行业分工较不明确，初创公司往往涉及正极、负极、电解质等多种材料的研发、生产，电池设计、制造、组装等多个环节。传统锂电上游、下游向中游渗透也使得行业玩家呈现踏足链条较长的行业特征。固态电池的负极计划趋势相对明晰，锂金属负极是明确性的发展方向，大部分固液电池厂商都在锂金属领域进行尝试，差异化相对有限；5）电解质电解质是固态电池行业的核心环节，布局企业既有初创企业也有传统巨头。恩能动力、高能时代宁德时代等企业主要布局硫化物固态电解质；清陶新能源、太蓝新能源和比亚迪等企业主要掌握氧化物固态电解质的研发制备技术。 以清陶新能源为例，公司已经逐步解决了固态电解质材料量产、固态电解质膜成型技术，极片与电解质膜间固-固界面等一系列核心问题，申报专利已近100项，全球专利346件。 而太蓝新能源的锂电科技研发团队在氧化物固态电解质材料体系研发和导入工艺上取得重大突破，已解决市场上同类产品研发生产过程中存在的诸多疑难关键点，克服了行业面临的电解质内阻高、界面阻抗大、生产环境要求高等困难，特别是解决了同类产品倍率性能、循环使用寿命低以及生产成本高的问题，使得半固态锂离子电池的大规模、低成本量产得以快速实现，同时该技术路线可平滑演进至全固态锂离子电池。6）正极材料正极材料的改进也是提升固态电池性能的关键环节。以容百科技和当升科技为代表的传统正极产家专注于高镍三元正极材料的研发，均已与卫蓝新能源达成合作，未来作为卫蓝新能源的固态电池用正极供应商；车企巨头比亚迪已经申请固态电池正极材料相关专利，公司预计五年内推出固态电池产品；动力、储能行业新秀蜂巢能源践行多元化发展战略，在稳固三元高镍和磷酸铁锂基本盘的同时，在NCMA、NMx无钴等新型正极材料方面深度布局。 06 总结 1.固态电池已成为锂电池下一阶段发展的确定性方向，是锂电池的终极形态相较于传统锂电池，固态电池在安全性、能量密度、环境适应性等方面具备突出优势，受到国家政策的高度支持、初创企业和传统巨头的持续追捧，是锂电行业清晰的发展方向。 从产品性能角度分析，固态电池具备突出优势。通过采用非可燃固态电解质代替传统电解液，从根源消除锂电池自燃风险，提升锂电安全性能；固态电解质的应用拓宽电池的稳定电化学窗口，使得高镍三元和锂金属等高能正负极材料落地应用成为可能，固态特性带来的高效封装可行方式也为厂商进一步提升锂电池能量密度打开空间。从政策面分析，固态电池受到国家政策的持续鼓励支持。固态电池是中国国家级发展战略，政策要求加强固态电池研发和产业化进程，提出了动力电池能量密度到2025年、2030年分别达到400、500Wh/kg的发展目标，仅依靠传统锂电无法实现，固态电池是唯一选择。在节能减排压力日渐增长、碳中和目标期限日渐临近的情况下，多国政府强调新能源汽车在实现双碳目标中的重要地位，持续提出政策鼓励新能源汽车普及推广。作为新能源汽车的动力来源，电池行业有望持续受益，同时在厂商续航焦虑和新能源汽车补贴倾向高航程BEV的不断推动下，高能量密度的固态电池有望得到业界的持续关注，成为行业焦点。此外，固态电池还受益于政策对光伏、风能等新能源产业的持续支持，该类能源发电功率不稳定，带来电化学储能需求增长。2. 固态电池行业投资机会展望作为被业界广泛认可的下一代锂电池发展方向，固态电池在消费电子、储能领域和动力电池等领域有着巨大的市场潜力。 根据伍德麦肯兹（Wood Mackenzie）、GGII、Bloomberg等机构预测，2030年固态电池出货量约150GWh，市场规模预计达到1500亿元人民币，至2030年，固态电池出货量复合增速将高达到80%。至2030年消费电子、储能、动力电池领域的渗透率将分别达到35%、20%和20%。短期来看，受限于技术瓶颈和成本限制，全固态电池大规模落地应用难度较大，短期内半固态电池大规模应用希望较大，有望率先应用于高端消费电子、动力电池等非成本敏感领域。长期来看，锂电行业的固态化转型将以技术相对成熟的半固态电池为桥梁，伴随着固态电解质的技术进步，电解质体系液体含量逐步降低，分阶段实现液态电池向半固态乃至全固态的演化。同时，非碳基负极逐步渗透、锂金属负极实现落地应用，锂电池能量密度有望大幅提升。从技术路线角度，全固态体系的电解质材料研究目前尚处于探索阶段，技术尚未成熟，短期内难以实现大规模的商业化。具体来说，聚合物体系是目前技术相对成熟的一条路线，但仍存在电导率低、电化学参数不达标、低温性能差等问题，制约了该体系电解质材料进一步普及和推广。而硫化物体系目前仍处于探索阶段，离产业化距离较远。相比之下，氧化物体系的离子电导率介于硫化物和聚合物之间，制备工艺对技术和设备要求相对较低，较硫化物量产可行性较高。 也是目前众多固态电池厂商发力的重点方向。我们发现，氧化物电解质路线是目前固态电池厂商押注最多的技术路线。在短期内有望实现商业化，同时也建议关注在硫化物路线上具有技术储备的公司和团队。3. 固态电池行业相关标的介绍正如前文的分析，固态电池成为业内广泛认可的下一代锂电池发展方向，因此现在对这一赛道进行投资布局正当其时。前文中，我们从技术路线和产业链的角度对固态电池行业进行了分析。我们认为，氧化物路线是当前更为切实可行的路径选择，同时也应适当关注在硫化物路线上具备较强技术储备的厂商。另一方面，由于电解质将成为固态电池产业链的核心环节，在这一环节具备核心竞争力的企业值得重点关注。基于以上判断，我们根据公开信息，从团队，技术路线，商业化进展等维度，梳理了行业内较为知名的固态电池企业信息如下。 4、清陶能源清陶能源成立于2014年，由清华大学博士李峥与其博士生导师南策文教授、同学冯玉川创办。在技术路线的选择上清陶能源的固态电池技术以氧化物技术路线为主，2017年开发出固态电池样品，2018年建成全国首条0.1GWh的固态电池量产线。2019年在特种安全领域实现了批量供货。2020年，其宜春一期1GWh固态电池产线投产。清陶能源先后获得北汽、上汽、广汽等车企投资。2020年，搭载清陶固态电池系统的纯电动样车在北汽新能源完成调试，成功下线。这台样车是国内首次公开的可行驶的固态电池样车。搭载苏州清陶生产的第I代固态电池系统，在系统能量密度、-5℃工况放电能量保持率、充放电能量效率、0%-80%SOC快充时间等指标上已经优于常规设计的液态三元电池。2020年，清陶成为浙江合众新能源汽车唯一的固态动力电池合作伙伴，双方进行了近两年的联合研发和测试。搭载清陶固态动力锂电池的哪吒U汽车申报进入工信部《道路机动车辆生产企业及产品公告》，并将在宜春试运营。在合众宜春基地首批下线的哪吒U汽车计划批量搭载清陶固态锂电池，成为在全球范围内率先批量推出基于固态动力电池技术的高安全新能源汽车。5、卫蓝新能源北京卫蓝新能源科技有限公司于2016年08月11日成立，总部位于北京，在北京房山和江苏溧阳拥有两大生产基地。是一家专注于混合固液电解质锂离子电池与全固态锂电池研发与生产的国家高新技术企业，是中国科学院物理研究所固态电池技术唯一的产业化平台。公司拥有以陈立泉院士为技术带头人，中科院物理所研究员李泓为首席科学家，北汽新能源前总工程师俞会根为总经理的强大创始人团队。在技术路线方面，北京卫蓝走的是氧化物+聚合物固态电解质路线。据了解，北京卫蓝已经掌握了包括金属锂表面处理、原位形成SEI膜技术、固态电解质、锂离子快导体制备技术以及高电压电池集成技术、陶瓷膜优化技术和集流体解决方案等多项技术。卫蓝新能源已开发出一系列产品，包括150Wh/kg针对大规模储能的混合固液储能电池、270Wh/kg针对无人机的高比能混合固液电池和300Wh/kg混合固液动力电池。在此基础上，该公司还进一步开发了360Wh/kg混合固液动力电池，该款产品可以通过针刺、过充、挤压等安全性测试，满足电动汽车的要求。产能布局方面2020-2022卫蓝计划推动关键材料全部实现量产；关键装备自主研发，形成整体解决方案；GWh级自动化产线投产。2023-2025年计划实现产品在高端3C、高端动力等领域规模应用； 掌握数字化工厂技术。2026年以后推进技术和技术经济性同时领先的系列产品；成为行业标准和标杆企业，进入各主流领域。目前，它处于中试线建设阶段、一期项目总投资5亿元，将于2020年3月投产，建成后预计形成年产100MWh固态电池的生产规模。卫蓝和许多企业达成了战略合作协议：卫蓝新能源正在与蔚来汽车合作，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。同时，小米集团、锂电正极材料龙头当升科技、高镍正极材料龙头容百科技宣布和卫蓝新能源合作。6、太蓝新能源太蓝新能源成立于2018年，是一家专注于新型固态锂电池及关键锂电材料技术开发和产业化的初创公司，由国家高层次海外人才项目引进的锂电研发专家和国内资深产业化团队联合创办，研发团队具备近二十年国际国内固态电池研发技术积淀。公司采用氧化物固态电解质技术路线，其独有的固态电解质纳米膜和界面柔化技术，可以有效提升离子导电率。其位于重庆的首条0.2GWh半固态动力电池产线计划于今年10月投产。主要面向新能源汽车并兼顾如电动单车、智能机器人等应用场景，届时太蓝新能源会自己做电池包封装，然后给到合作客户进行产品性能验证。随着半固态电池的验证通过，公司将于今年底或明年初启动1GWh的产线，届时自动化程度会有所提升。10GWh的产能明年也将于明年开始建设。7、辉能科技辉能科技成立于2006年，是一家专注于研发、制造固态锂陶瓷电池（Lithium Ceramic Batteries, LCB）的国际型企业，现总部设于台湾，创始人及其团队深耕固态氧化物路线超过13年，先后克服了材料瓶颈与量产工艺制备的挑战。 在技术路线方面，辉能选择的是氧化物厚膜的技术路线。 其对自身固态电池的产品规划是，2018年至2023年，第一代类固态电池沿用液态电池正负极，同时正极从NCM622升级到NCM811，负极从石墨转向高SiOX含量（14%以上）的石墨复合物。 2023年后为第二代固态电池，减少活性材料的使用量，正极为HNCA/HNMC，负极为金属锂或纯硅。 目前其PLCB和BLCB固态电池均为第一代产品。 产能布局方面，辉能科技自动化卷式固态电池试产线于2017年投产，为全球最早启动量产的固态电池厂，至今已出货超过百万片固态电池芯至各应用市场，具有较高的产品成熟度。 在台湾，辉能科技已经于2017年建成了40MWh的中试线，并实现自动化的卷式生产。 22年预计完成1GWh固态电池产线的试车，明年开始量产。 在大陆，辉能的思路是，结合车企和零部件企业在产业链上的价值分工、与地方政府的政策和资金支持、再搭配辉能的电池技术，可以筹划建立固态电池产业集群。 预计到2025年将建成35GWh固态电池产能。 此外，还将进一步规划全球产能布局。 配合支持固态电池大规模量产，辉能已经建立形成一套中试线量产指标，在工程能力上，可以达到2907个质量控制点，产线全线良率可以达到92%。 产品一致性达到95%，电压偏移率达0.05%。目前产品主要用于消费电子领域和新能源汽车领域。 同时，辉能正和许多企业联动合作： 与韩国钢铁集团浦项制铁（Posco）、蔚来、VinFast和梅赛德斯－奔驰、换电技术暨电动机车制造商 Gogoro都宣布和辉能科技在不同领域的战略协议。
