【储能电池】固态电池行业深度：现状及趋势、国内外政策、产业链及相关公司深度梳理
液态锂电池已接近能量密度上限，并且存在热失控风险。在更高的安全性和能量密度要求下，固态电池应运而生。固态电池是采用固态电解质的锂离子电池，固态电解质和液体电解质一样承担着在正负极之间传输锂离子的作用，传输机制有所不同。通过引入不可燃的固态电解质，可以本质上保证安全性，同时兼容高能量密度正负极。固态电池有望成为下一代动力电池的终极解决方案，目前各国企业进入军备竞赛阶段，加注研发固态电池，一旦能实现商业化将带来产业颠覆性变革。
下面我们将主要介绍固态电池的概念、优势、行业现状等内容，预测未来固态电池的发展渗透趋势。并针对固态电池行业的产业链及相关公司进行详细梳理，预测未来市场规模。希望对大家了解固态电池行业有所启发。
01
行业概述
1、概念
固态电池即是使用固态电解质的电池。锂电池由正极材料、负极材料、电解液、隔膜四大主材组成，起到输送离子、传导电流的作用。但液态电解质中，有机溶剂具有易燃性、高腐蚀性，同时抗氧化性较差、无法解决锂枝晶问题，因此存在热失控风险，也限制了高电压正极、锂金属负极等高能量材料的使用。固态电池则是将电解液，部分或全部替换成固态电解质。可大幅提升电池的安全性、能量密度，是现有材料体系长期潜在技术方向。
2、分类
依据电解质分类，电池可细分为液态（25wt%）、半固态（5-10wt%）、准固态（0-5wt%）和全固态（0wt%）四大类，其中半固态、准固态和全固态三种统称为固态电池。聚合物、氧化物、硫化物是目前固态电池三大类固体电解质。
半固态电池：相比液态电池，半固态电池减少电解液的用量，增加聚合物+氧化物复合电解质，其中聚合物以框架网络形式填充，氧化物主要以隔膜涂覆+正负极包覆形式添加，此外负极从石墨体系升级到预锂化的硅基负极/锂金属负极，正极从高镍升级到了高镍高电压/富锂锰基等，隔膜仍保留并涂覆固态电解质涂层，锂盐从LiPF6升级为LiTFSI，能量密度可达350Wh/kg以上。
全固态电池：相比液态电池，全固态电池取消原有电解液，选用聚合物/氧化物/硫化物体系作为固态电解质，以薄膜的形式分割正负极，从而替代隔膜的作用，其中聚合物性能上限较低，氧化物目前进展较快，硫化物未来潜力最大，负极从石墨体系升级到预锂化的硅基负极/锂金属负极，正极从高镍升级到了超高镍/镍锰酸锂/富锂锰基等，能量密度可达500Wh/kg。
3、固态电池优缺点
（1）固态电池优点
1）高安全性：固态电解质不可燃烧，大幅降低热失控风险
随着电池能量密度的日益提升，电池热失控风险呈现上升趋势。从热失控角度看，电池应在低于60℃运行工作，但由于内部短路、外部加热、机械滥用等因素，使电池温度升至90℃，此时负极表面的SEI膜开始溶解，造成嵌锂碳直接暴露在电解液中，二者发生反应迅速放热，产生大量可燃气体，隔膜进而熔化，电池形成内短路，温度迅速升高至200℃，促使电解液气化分解、正极分解释氧，电池发生剧烈燃烧或爆炸。
固态电池具备本质安全性，为车厂短期主要考量因素。1）不可燃性、热稳定性：液态电解质易燃、易挥发，分解温度约200℃（隔膜160℃），并存在腐蚀和泄露的安全隐患。而固态电解质具有不可燃、无腐蚀、无挥发等特性，分解温度大幅提升，可在更高倍率和更高温度运行，同时内部无液体不流动，电池可承受穿钉、切开、剪开、折弯，从而大幅降低热失控风险。2）锂枝晶：液态电池中，锂枝晶的生长容易刺破隔膜，从而造成短路，而固态电解质具备高机械强度，锂枝晶生长缓慢且难刺透，进而提升电池安全性能。
2）高能量密度：兼容高比容量正负极，大幅提升能量密度
固态电解质兼容高比容量的正负极，大幅提升电池的能量密度，为车厂长期主要考量因素。固态电池在兼顾安全性的基础上，可实现能量密度的突破，液态电池可达250Wh/kg+，半固态可达350Wh/kg+，准固态可实现400Wh/kg+，全固态可突破500Wh/kg，从而提升续航水平，有望解决电动车里程、安全两大核心痛点。
材料端看：固态电解质本身不能提升能量密度，但由于具备更稳定、更安全，电化学窗口宽（5V以上）等性质，因此可以兼容高比容量的正负极，比如高电压正极、富锂锰基、硅负极、锂金属负极等材料，进而大幅提升电芯能量密度；
结构端看：固态电解质将电解液的隔膜功能合二为一，大幅缩小正负极间距，从而降低电池厚度，因此提升电芯能量密度；
Pack端看：固态电解质的非流动性，可以实现电芯内部的串联、升压，可以降低电芯的包装成本，并提升体积能量密度。固态电解质的安全性，可以减少系统热管理系统需求，成组效率大幅提升，从而提升Pack能量密度。
（2）固态电池缺点
1）离子电导率低，循环寿命差，制约商业化进程
材料端离子电导率低：固态电池中，电极与电解质之间的界面接触由固-液接触变为固-固接触，由于固相无润湿性，因此接触面积小，形成更高的界面电阻。同时固体电解质中有大量的晶界存在，且晶界电阻往往高于材料本体电阻，不利于锂离子在正负极之间传输，从而影响快充性能和循环寿命；
循环寿命差：固-固接触为刚性接触，对电极材料体积变化更为敏感，循环过程中容易造成电极颗粒之间以及电极颗粒与电解质接触变差，造成应力堆积，导致电化学性能衰减，甚至导致裂缝的出现，造成容量迅速衰减，导致循环寿命差的问题。
2）高成本：固态电解质含稀有金属，成本明显高于液态电池
固态电池成本高于液态电池，主要体现在固态电解质和正负极。固态电解质目前难以轻薄化，用到的部分稀有金属原材料价格较高，氧化物电解质含锆、硫化物电解质含锗，叠加为高能量密度使用的高活性正负极材料尚未成熟，铜锂复合带价格1万元/kg，全固态对生产工艺、成本和质量控制也提出了更严苛的要求，生产设备替换率大，全固态电池成本预计明显高于现有液态电池。
02
行业现状及趋势
1、发展趋势
固态电池技术发展和应用预计将呈现梯次渗透趋势。
阶段一：引入固态电解质，保留少量电解液，正负极仍为三元+石墨/硅负极，并采用负极预锂化等技术提高能量密度。
阶段二：用固态电解质逐步至完全取代电解液，用金属锂取代石墨/硅负极，正极仍为三元材料。
阶段三：逐渐减薄固态电解质的厚度，并用硫化物/镍锰酸锂/富锂锰基等材料取代正极。
2、行业现状
（1）半固态兼具安全、能量密度与经济性，率先进入量产阶段
半固态电池通过减少液态电解质含量、增加固态电解质涂覆，兼具安全性、能量密度和经济性，率先进入量产阶段。全固态电池工艺并不成熟，仍处于实验室研发阶段，而半固态电池已经进入量产阶段。半固态电池保留少量电解液，可以缓解离子电导率问题，同时使用固化工艺，将液态电解质转化为聚合物固态电解质，叠加氧化物固态电解质涂覆正极/负极/隔膜，提升了电池的安全性/能量密度，同时兼容传统锂电池的工艺设备，达到更易量产较低成本的效果，预计半固态电池规模化量产后，成本比液态锂电池高10-20%。
（2）国内半固态电池率先落地，23年开始小批量装车
国内以市场驱动为主，短期聚焦半固态电池技术，同时布局硫化物路线。国内短期聚焦于更具兼容性、经济性的聚合物+氧化物的半固态路线，2020年实现首次装车突破，但能量密度在260Wh/kg水平，性能提升有限，2023年实现360Wh/kg+装车发布，成为产业化元年，2024年预计实现规模放量。代表厂商为卫蓝新能源、清陶能源、辉能科技等，同时传统锂离子电池企业如赣锋锂业、比亚迪、宁德时代等也已进军固态电池相关业务。
（3）海外主打全固态路线，各国力争实现商业化
全固态电池25年集中量产，28年大规模商业化放量。各国厂商研发生产模式差异化，主要通过自行研发、联合研发及投资初创公司，以全固态路线为主，材料体系选择多样，技术迭代迅速，部分企业已交付A样，将于25年集中量产。
美国：初创企业风靡，商业化进程较快。着重于推动电动车产业链本土化，拥有大量固态电池初创公司，创新为主打，风格以快速融资上市为主要目的，技术路径多为聚合物电解质和氧化物电解质，商业化进程较快，代表厂商为Solid Power、SES、Quantum Scape等。
日本：组织产学研联合，全力搭建硫化物技术体系。日本厂商普遍较早布局固态电池，通常以企业与机构联合研发的形式推进，主攻硫化物固态电解质，代表厂商包括丰田、松下、日产等企业。
韩国：内部研发与外部合作并行，主攻硫化物技术体系。研究模式以企业自行研究和外部合作并行为主，技术路线集中于硫化物体系，电芯开发速度逊于日本，但韩企延续正负极材料研发优势，有望较快搭建固态电池材料供应链，领先厂商包括三星SDI、LG、SKI等企业。
（4）车企绑定电池厂共同研发，卡位下一代电池技术
车企绑定电池厂，提前布局固态电池技术，海外车企处于领先地位。海外车企为卡位下一代电池技术，纷纷入局，其中日系车企布局较早，受政策驱动，携手电池企业共同研发，欧美车企则通过投资初创企业进行布局。国内车企同样积极合作固态电池新秀，如蔚来合作卫蓝新能源，北汽、上汽、广汽投资清陶能源等。车企入局为固态电池企业提供了资金、技术、客户多重保障，有助于推进固态电池商业化进程。
03
国内外政策
1、国内：国内以市场驱动为主，进一步提出加强固态电池标准体系研究
2020年起，我国首次将固态电池列入行业重点发展对象并提出加快研发和产业化进程，2023年进一步提出加强固态电池标准体系研究，目前尚未出台补贴政策，仍以市场驱动为主。
2、国外：海外抢先研发布局全固态电池，资金补贴大力推进技术落地
海外整体布局领先，大额补贴抢先押注全固态电池技术。日本打造车企和电池厂共同研发体系，政府资金扶持力度超2千亿日元（约100亿元人民币），力争2030年实现全固态电池商业化，能量密度目标500Wh/kg。韩国政府提供税收抵免支持固态电池研发，叠加动力电池巨头联合推进，目标于2025-2028年开发出能量密度400Wh/kg的商用技术，2030年完成装车。欧洲国家中德国研发布局投入最大。美国由能源部出资，初创公司主导研发，并与众多车企达成合作，目标在2030年达到能量密度500Wh/kg。
04
生产流程及工艺
传统锂电池生产工艺流程主要包括：电极制备（湿法为主）-卷绕-封装-注液-化成-分选-组装。
1、固态电池生产流程
（1）半固态电池
半固态锂电池制备工艺流程可兼容传统锂电池生产工艺。半固态电池可以最大程度兼容现有工艺、设备及材料，具备快速落地的可能。一些半固态电池企业之所以能快速推向市场，就是因为尽可能地借用现有液态电池装备和工艺，其中仅有10%-20%的工艺设备要求不同，主要包括固态电解质膜引入、原位固化工艺、负极一体化工艺等。
（2）全固态电池
全固态锂电池与传统锂离子电池生产工艺有一定区别。目前主流的电池制备工艺有叠片工艺和卷绕工艺，全固态锂电池对现有电池制备工艺可以部分兼容，但在部分环节也需要进行一定的调整。1）正、负极材料的制备可以兼容液态锂电池的现有工艺流程，电极极片制备保持现有工艺不变；2）电解质溶液采用溶胶凝胶混合物，需要烘烤蒸发溶剂，得到固体电解质薄膜，需要增加电解质涂覆、紫外照射烘烤工艺；3）由于没有电解液，不需要注液工序；4）如果采用硫化物固态电解质路线，由于硫化物电解质易与水分、氧气发生反应，对生产环境要求较高，最好能在充满惰性气体的全封闭室内进行生产。
2、电极生产工艺
干法工艺是未来电极工艺的迭代方向，优势是提升生产效率、降低成本，难点在于混合均匀。在前端电极制造环节，锂电池传统湿法工艺在固态电池生产中同样适用，但存在成本较高、工艺复杂、NMP溶剂有毒等问题，而干法电极技术是一种无溶剂的生产技术，方法是将正负极材料与粘结剂等混合，使用高剪切和/或高压加工步骤来破碎和混合材料，电极膜结构形成更厚，粘结剂则以纤维状态存在，不会阻碍电子和离子传导，导电性好，节省了材料、时间和人工等生产成本。但其难点在于市售的粘结剂颗粒较大，难以均匀分散，进而造成了干法电极良品率低等问题。据研究，锂金属负极仅能用干法生产，因此固态电池更适合走干法路线。
半固态电池仍以湿法电极工艺为主，而全固态电池需更换干法电极工艺。半固态电池中，材料体系变化有限，因此主要使用传统湿法电极工艺。而全固态电池中，硫化物电解质对极性有机溶剂极为敏感，同时金属锂与易于溶剂反应，此外膨胀更加严重，传统的PVDF-NMP体系粘结强度有限，而干法电极中由PTFE原纤维化构成的二维网络结构，可以抑制活性物质颗粒的体积膨胀，防止其从集流体表面脱落，预计主要使用干法电极工艺。
05
产业链分析
固态电池产业链主要变化在中游电解质和负极材料。固态电池产业链与液态锂电池大致相似，区别在于中游的负极材料和电解质不同。主流厂商按照半固态到全固态的发展路径布局，核心变化在于引入固态电解质，负极将从石墨，向硅基负极、含锂负极，再向金属锂负极升级；正极从高镍三元，向高电压高镍三元、超高镍三元，再向尖晶石镍锰酸锂、层状富锂锰基等新型正极材料迭代；隔膜从传统隔膜，向氧化物涂覆隔膜，再向固态电解质膜升级。
1、原材料：锆、锗等材料尤为重要
（1）锆源：国内锆英砂储量少，需求大，对海外依赖高
固态电池氧化物电解质含锆，我国锆矿进口依赖度高，供给格局长期偏紧。上游供给侧，2022年全球锆矿储量约6800万吨，主要分布在澳大利亚与南非，我国储量仅为50万吨。产量端看，2022年全球锆矿产量约140万吨，超50%集中于Iluka、力拓、特诺三家海外巨头，我国产量仅14万吨，2021年进口依赖度超九成。锆英砂可经工艺流程处理得到硅酸锆、氯氧化锆、二氧化锆等锆系材料，用于陶瓷、铸造等。
未来影响锆英砂市场的主要因素：1）全球供应缩减：20年以来，海外主要矿山受品位下行、安全局势升级致部分停运等影响，供应量不断缩减，且澳洲大部分锆矿山将于26-27年进入资源枯竭期，预计锆英砂供应将持续短缺。2）市场需求或恢复缓慢：房地产市场恢复若不及预期，将极大影响硅酸锆市场需求及上游锆英砂原料市场。3）汇率波动：国内经济基本面加快恢复向好，人民币汇率整体呈双向波动态势，弹性不断增强。
锆源企业包含东方锆业、三祥新材等。其中东方锆业独家把控海外锆矿，锆英砂权益储量超400万吨，产销全面领先。三祥新材电熔锆/海绵锆全国领先，积极布局氯氧化锆。
（2）锗源：国内锗矿储量丰富，锗价处于上行通道
硫化物电解质中含锗，中国是全球第二大锗矿存储国，也是全球第一大锗生产国。2022年锗资源全球储量约8500吨，我国锗矿资源较为丰富，已探明锗矿产地约35处，保有储量高达3526吨，占全球41％，仅次于美国（占全球45%），是全球第二大锗矿存储国。同时，我国是全球第一大锗生产国，2021年锗产量为95吨，占全球锗产量68%。全球锗生产主要特征：1）生产集中度较高，中国、美国和俄罗斯三国产量超全球75%；2）中国自2004年起取代美国，成为全球最大锗生产国，近十年贡献全球68.1％的锗。
锗原料近期需求旺盛，价格明显走强。美国、英国等海外国家将锗列入战略资源，对锗矿开采较为谨慎，叠加矿山品位下降，锗原料供给偏紧。锗产品主要应用于光纤、红外光学等领域。中国锗产品主要内销及出口至美、日等锗消费大国，目前锗下游需求表现较好，且国际市场方面，地缘冲突带给军工红外及相关锗产品的需求逐步释放，海外用户采购积极，锗价整体处于上行通道。
锗源企业包含云南锗业、驰宏锌锗等。其中云南锗业把控全国超25%锗资源，拥有最完整锗产业链，锗产品产销量全国第一。驰宏锌锗具备丰富铅锌伴生锗资源，锗产品含锗产量超全国52%。
（3）环氧乙烷：可用于聚合物固态电解质
PEO（聚环氧乙烷）属于环氧乙烷衍生物，由环氧乙烷经多相催化，开环聚合而制备，可用于聚合物固态电解质。
2、正极：短期沿用三元体系，长期向高电压材料迭代
正极材料短期沿用高镍体系，长期向超高镍、富锂锰基、高压尖晶石等材料迭代。固态电池电化学窗口更宽，因此可以使用的正极材料更为广泛。半固态/固态电池短期预计仍会沿用三元高镍体系，或通过单晶化、氧化物包覆、金属掺杂等手段进一步提升电压，从而提升电池能量密度。在固态电解质、金属锂负极等技术逐渐成熟后，正极材料预计向超高镍、富锂锰基、高压尖晶石等新型体系进一步迭代。其中尖晶石镍锰酸锂兼具较高比能、低成本及高安全，但难点在于稳定高压正极的界面。富锂锰基具备极高比容、高电压及成本优势，预计主流应用路线为正极材料复合。
正极材料企业包含容百科技、当升科技等。
3、负极：短中期向硅基负极发展，长期向锂金属负极迭代
电池能量密度提升，驱动负极向高性能迭代，目前以石墨负极为主，中短期向硅基负极发展，长期有望切换至金属锂。锂电池负极材料目前以石墨为主，具有高电导率和高稳定性等优势，但已接近理论比容量（372mAh/g）。硅基负极理论比容量高（4200mAh/g），但存在体积膨胀（380%）、导电性差和SEI膜不稳定的问题，多与石墨掺杂应用。从工艺端看，硅基负极会拉动硅烷、PAA、单壁管、补锂剂等材料的需求。锂金属负极理论比容量高（3860mAh/g），电位低（-3.04eV），导电性优异，因此具有巨大潜力，可以使用于全固态电池中。但存在锂枝晶、循环时体积变化等问题。液态电解质中，由于硅和电解液发生副反应，消耗硅/锂/电解液，锂枝晶容易刺穿隔膜引发短路的问题，新型负极应用受到限制。而固态电解质电化学窗口更宽，化学稳定性更高，可抑制锂枝晶生长，因此打开材料选择空间，预计中短期向硅基负极发展，长期向锂金属负极迭代。负极企业包含兰溪致德、贝特瑞、翔丰华等。
4、预锂化：掺硅需搭配补锂，改善首效偏低短板
掺硅需搭配补锂，改善首效偏低短板。硅基负极首效偏低，首次不可逆锂损耗达15%~35%，因此必须搭配预锂化手段，从而改善首效短板问题。预锂化包括负极补锂和正极补锂，负极补锂方式有锂箔补锂、锂粉补锂、添加剂补锂等，但工艺难度高、成本较高、安全性低，并未大规模应用。正极补锂方式主要分为富锂化合物、二元锂化合物和锂复合物，在正极匀浆过程中添加补锂材料，工艺简便且成本较低，为当下最有前景的补锂技术。
正极补锂为中短期主流路线，负极补锂长期更具潜力。一般来说，在更强调安全性和工艺兼容性，并对补锂的容量要求不高时，选择正极补锂合适，若需要大容量补锂时，负极补锂更加合适，因此预计中短期以正极补锂为主，长期负极补锂更具潜力。正极补锂方面，主要产品为铁酸锂和镍酸锂，其中铁酸锂用于铁锂体系，镍酸锂用于三元体系。工艺可分为固相法和液相法两种，其中固相法成本更低，而液相法纯度更高，预计双路线并行。
5、固态电解质：氧化物目前进展最快，硫化物发展潜力最大
固态电解质是实现高安全性、能量密度、循环寿命性能的关键。聚合物、氧化物、硫化物是目前固态电池三大类固体电解质。其中氧化物电解质各方面性能较为均衡，其他类型固态电解质普遍存在性能短板。
（1）聚合物：电导率低，性能提升有限，最早商业化
聚合物易于合成和加工，率先实现商业化应用，但常温电导率低，整体性能提升有限，制约大规模应用与发展。聚合物固态电解质由高分子和锂盐络合形成，同时添加少量惰性填料。锂离子通过聚合物的分段运动，靠不断的络合与解络合而传递。高分子主要选用聚氧化乙烯（PEO），也可采用聚硅氧烷（PS）、聚丙烯腈（PAN）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）等材料，但也存在室温离子电导率低，质地较脆等问题，仍在研发改性阶段；锂盐主要采用LiTFSI，在聚合物中的良好分散能力与稳定性；惰性填料主要为氧化物，如TiO2、Al2O3、ZrO2、SiO2等，起到降低聚合物结晶度，改善机械性能等作用。目前聚合物大规模应用受制约，预计后续与无机固态电解质复合，通过结合两者优势，在应用端实现性能突破。
聚合物电解质制造工艺难点在于成膜均一性控制和与负极接触稳定性。工艺包括干法工艺、湿法工艺和喷涂工艺，干法湿法工艺应用广泛，两种工艺均有利弊，为主流工艺，后续预计双路线并行。喷涂工艺研究进展缓慢，未获大规模应用。聚合物电解质主流使用用改性高聚合度聚环氧乙烷（PEO），主要采用多相催化聚合法合成，生成机理是配位阴离子聚合机理，一般由电池生产企业直接购置。
湿法工艺与锂离子电池涂覆工艺类似，首先将聚合物（PEO等）溶解在溶剂（NMP）中，再添加锂盐（LiTFSI）、增塑剂和惰性填料等制备成电解质浆料，溶液浇铸法或刮涂法将电解质浆料成膜，然后再加热干燥，使聚合物固化、溶剂挥发，制成聚合物电解质薄膜，根据载体不同，可分为正极支撑成膜与骨架支撑成膜方式。
干法工艺是将正极和电解质浆料高温熔化形成高粘度糊状物，并同时返混挤出叠加在正极集流体上，并通过卷压机压实，再将负极涂布后通过辊压法把多层电芯压实。
（2）氧化物：兼具电导率和稳定性，目前发展进度较快
氧化物兼具电导率和稳定性，量产难度适中，目前发展进度较快。氧化物电解质是含有锂、氧以及其他成分（磷/钛/铝/镧/锗/锌/锆）的化合物，可分为晶态和非晶态两类。非晶态主要为LiPON型，晶态类可分为钙钛矿型（LLTO）、反钙钛矿型、GARNET型（LLZO）、NASICON型（LATP）、LISICON型几类。整体看，氧化物热稳定性好、电化学窗口宽、机械强度高，缺点为电导率一般、脆度高难以加工、界面接触差。量产方面，氧化物体系制备难度适中，较多新玩家和国内企业选取此路线，预计采用与聚合物复合的方式，在半固态电池中率先规模化装车。
薄膜型产品：通过降低电解质厚度，弥补离子电导率问题，但目前仅有非晶态的LiPON可通过真空蒸镀制成薄膜，虽离子电导率差，但在较薄厚度时（≤2μm），面电阻可控，因此倍率性能、循环性能优异。但薄膜型电池容量很小（mAh级），主要应用在微型电子、消费电子领域，但在Ah级电动车领域则需大量串并联，工艺困难且造价不菲，应用范围有限。
非薄膜型产品：综合性能优异，可制备容量型电池，目前以LATP、LLZO、LLTO路线为主。LATP电化学窗口最宽，空气稳定性好，烧结温度低，生产成本低，但Ti4+很容易被Li还原，对锂金属不稳定，整体更具性价比。LLZO综合离子电导率最高，对锂金属稳定，含稀有金属镧/锆，烧结温度高，生产成本高，需改性修饰处理（如掺Al/Ta、表面包覆等），性能优势最优，长期可能潜力更大；LLTO晶体电导率最高，但晶界电导率低，短板效应制约总体电导率，且对锂金属不稳定，预计竞争力低于LATP/LLZO。
氧化物固态电解质制备方法包括固相法、溶胶凝胶法、共沉淀法等，其中固相法成本低，为目前LLZO的主流生产方式，LATP涂覆需要纳米化，因此液相法为主流生产方式。
固相法：将原材料（锂盐、镧/锆/铝氧化物等）按比例粉碎、反复球磨和高温烧结制备产品。优点为原材料易得、成本低、工艺简单，缺点为能耗高、晶粒尺寸不均匀、易团聚，影响产品性能，因此对研磨要求较高。
液相法：将原材料（醋酸锂、有机镧/锆盐等）溶解，混合反应后脱水聚合形成溶胶/凝胶，最终低温煅烧制备产品。优点为能耗少，掺杂均匀，颗粒可控，可纳米化，缺点为原材料成本高，存在环保问题，不利于大规模生产。
（3）硫化物：电导率最高，兼具加工性能，但仍处于研发阶段
硫化物电导率最高，兼具加工性能，潜力最大，但仍处于研发阶段。硫化物离子电导率最高，质地软易加工，可以通过挤压来增大界面接触，从而提升电池性能。根据晶体结构，硫化物也可分为晶态和非晶态两种。非晶态主要为LPS型（硫代磷酸）；晶态可分为Argyrodite型（硫银锗矿）、LGPS型（锂锗磷硫）、Thio-LISICON型（硫代-锂快离子导体）。但硫化物固态电解质存在成本高、电化学稳定性差、空气稳定性差（遇水产H2S）、生产工艺难度大等缺点，限制了其在高能量密度（高电压、锂金属）的电池应用，目前仍处于研发阶段，但后续发展潜力最大，工艺突破后，可能成为未来主流路线。材料选择方面，LPSCl具备成本优势，预计主打低端产品路线，LGPS综合性能最好，但原材料成本高，预计聚焦中高端产品路线。
硫化物固态电解质制备方法包括高温淬冷法、高能球磨法、液相法等，制备过程需在惰性气体保护下进行。
高温淬冷法：将原料加热到熔融温度，充分接触反应后，急剧降温到室温后回火。优点是颗粒粉末较细，压实密度较高缺点是能耗高，操作难度大，在淬冷降温过程中易生成杂相，得到的材料结晶度难以控制，适合制备非晶态硫化物电解质。
高能球磨法：将原料混合装入球磨机上高能球磨，球磨后取出再进行热处理，优点是混合均匀，离子电导率和结晶度得到改善，缺点是设备要求较高，制备时间长，仅适合小批量生产，为目前主流制备工艺。
液相法：将原料放置于溶液中搅拌，充分反应后蒸发溶剂，然后再进行热处理，进而制备固态电解质。优点是原料可在溶液中充分接触，结晶度可控，缺点是离子电导率偏低，适用于制备薄膜电解质。
气相合成法：以空气稳定的氧化物为原料，一步气相法合成硫化物电解质，制备过程空气稳定，大幅简化制备工艺，节约生产时间和制备成本，适合大批量生产，通过调整掺杂等手段，电导率可达2.45×10-3S/cm。
（4）成本：氧化物成本相对较低，硫化物成本较为昂贵
氧化物电解质成本相对较低，硫化物电解质成本较为昂贵。从成本来看，氧化物电解质成本显著低于硫化物电解质，其中LLTO和LATP成本更为低廉，短期性价比更高，LLZO和LLZTO虽性能更好，但成本相对较高。虽然硫化物电解质离子导电性最高，发展潜力最大，但原材料成本昂贵，仍未实现产业化落地，预计未来实现突破后，聚焦中高端产品路线。
我国固态电解质厂商大多聚焦氧化物路线。从投产进度看，固态电解质23年有望放量，多家厂商于22年末-23年初实现量产。固态电解质企业主要有天目先导、蓝固新能源、奥克股份、上海洗霸、金龙羽、瑞泰新材等。
6、半固态电解质：氧化物+聚合物复合，大幅提升电池性能
半固态电池主要采用氧化物+聚合物复合体系，通过原位固态化等工艺，大幅提升电池性能。半固态电池保留一定液体含量，并使用氧化物+聚合物电解质、氧化物隔膜涂覆与正负极包覆，叠加深度预锂化等技术，提升电池的综合性能。残余液相赋予固体电解质优异的形状变化能力，使其可以适应充/放电中不可避免的体积变化，从而提升循环和倍率性能。
原位固态化解决固固界面问题，制备工艺兼容且高效。原位固态化是半固态电池中的重要工艺，其与传统锂电池制备工艺高度兼容，是将单体（碳酸酯、丙烯酸酯等）与引发剂混合后注液，通过加热等方式下聚合固化（变为聚合物）。在固化之前，可流动的液态前驱体可以充分浸润电极/电解质的空隙，然后在填充区域聚合为固体，充分保证电极和电解质之间的接触，并仅存留不连续的液相，使得电池的能量密度和安全性都获得了显著的突破。工艺的难点在于保证聚合时的热控制，从而影响固化的均匀性。
7、隔膜：短期保留并增加价值量，长期预计被取代
隔膜短期仍保留，通过涂覆固态电解质，增加其价值量，长期预计被取代。半固态电池中，主流的原位固化工艺仍然需要隔膜来分隔正负极防止短路，并作为载体表面涂覆氧化物或者复合固态电解质，从而增加价值量。全固态电池中，全固态电解质也具有隔膜的功能，隔膜是否需要被保留取决于各方案设计差异，长期来看，隔膜会逐渐退出电池市场。
8、制备/封装：全固态电池向叠片+软包的方向迭代
正极、电解质和负极的复合过程，是固态电池制备的关键工序，其中温等静压为重要复合方式。固态电池可将电极单元直接堆叠内串，因此无需内部极耳，从而提高制造效率，降低包装成本。但一体化叠片存在固-固界面接触问题，需通过施加压力等手段来进行改善。传统辊压等方法可能导致颗粒的重新堆积与变形，目前一种优选的方法是采用等温静压法，一般温度在80-120℃，压力在300MPa左右，利用气/液体介质均匀传递压力的性质，从各个方向对试样进行均匀加压，进而获得坚实的坯体，预计在固态电池领域有较大发展。
全固态电池向叠片+软包的方向迭代。与液态锂离子电池相比，固态电池后段工序不需要注液化成，但需要加压或者烧结；制造/封装方式看，氧化物及硫化物电解质柔韧性较弱，更适用于叠片工艺，其内部变形、弯曲或断裂的概率低，此外软包封装在能量密度上也具备优势，可容忍充放电过程中的体积变化，因此叠片+软包的封装方式最适合于固态电池。
9、应用：率先切入高端消费领域，24年开启规模化装车
（1）动力电池
固态电池动力储能领域仍受性能、成本制约，半固态预计24年开启规模化装车，30年前后规模化应用于储能领域。动力方面，固态电池提升安全和续航，并有利于打造高电压平台、更高效的CTC技术和热管理系统。预计短期由安全性驱动，长期由能量密度驱动，但目前技术尚不成熟，22年前以示范运营装车为主，卫蓝、清陶、锋锂、国轩、孚能半固态电池均配套商业化车型，预计23年开启小批量装车发布，24年预计开启规模化装车。
（2）军工和消费电子
军工和消费电子电池领域，我国固态电池已有小部分应用。2013年中国兵器工业集团特能集团公司锂离子动力电池研发产业基地项目第一条试制线顺利投产，该基地建成后将形成高能量密度聚合物锂离子电池1015万只的生产能力。台湾辉能科技公司量产的非薄膜型固态电池已应用在消费电子中，产品采用软性电路板为基材，且电池可以随意折叠弯曲，2014年与手机厂商HTC合作生产了一款能给手机充电的手机保护皮套，产品在可穿戴设备等领域也有应用。卫蓝新能源公司研发的固态电池产品已经使用在无人机上。赣锋锂业旗下消费类设备电池也多有搭载固态技术及产品。
（3）储能
国内固态电池也已经开始进入储能领域。2019年1月，中国电力科学研究院有限公司储能与电工新技术研究所固态高安全储能电池团队研制出固态高安全储能锂电池，解决了电池起火问题，已开始生产，将应用于兆瓦时级储能集装箱示范工程。
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相关公司
1、赣锋锂业
赣锋锂业最初从事新能源上游的锂矿锂盐业务，2014年开始公司进军动力电池行业下游，自2016年以来，赣锋锂业结合自身在电池产业链中积累的各方面优势，斥巨资提前进行固态电池布局，2017年建成了第一代固态锂电池中试线，随后不断加注固态电池的研发投产。公司利用自身优势，积极布局固态电池领域。
固态电池业务上，公司与中科院宁波所深度合作，聘请许晓雄博士为公司董事、首席科学家，公司成立固态电池研发中心，并建设全自动聚合物锂电池生产线，兼顾固态技术的研发和商业化。赣锋锂业第一代混合固液电解质电池产品采用NCM三元正极材料体系，能量密度达235-280Wh/kg；第二代固态锂电池采用高镍三元正极、固态隔膜和含金属锂负极材料，能量密度已经超过350Wh/kg，循环寿命接近400次，能量密度超过420Wh/kg的金属锂负极的固态电芯已在特殊领域开始应用。2022年开始，公司加大了在固态电池领域的投资：江西新余生产基地2GWh固态电池产能，重庆赣锋锂电科技有限公司年产20GWh新型锂电池研发及生产基地项目，2023年1月，公司在东莞市投资建设年产10GWh新型锂电池及储能总部项目，产品包括半固态电芯。
公司与多家车企达成战略合作协议，共同开发固态电池。2019年4月，公司与德国大众签订了战略合作备忘录，在电池回收和固态电池等未来议题上进行合作，2022年1月，首批搭载赣锋固态电池的东风E70电动车正式完成交付。2022年8月，公司与广汽埃安签署战略合作协议，广汽埃安支持赣锋锂电在新型电池领域开发工作，优先引入赣锋锂电新型电池方案。2023年2月，赣锋锂电宣布公司与赛力斯集团将围绕固态电池装车应用展开深度合作，搭载赣锋锂电三元固液混合锂离子电池的纯电动SUV赛力斯-SERES-5计划于2023年上市。
2、卫蓝新能源
卫蓝新能源专注于固态电池领域。北京卫蓝新能源科技有限公司成立于2016年，是一家专注于全固态锂电池研发与生产、拥有系列核心专利与技术的国家高新技术企业，是中国科学院物理研究所清洁能源实验室固态电池技术的唯一产业化平台。公司由中国工程院院士陈立泉、中科院物理所研究员李泓、原北汽新能源总工俞会根共同发起创办，在北京房山、江苏溧阳、浙江湖州和山东淄博拥有4大生产基地。
公司由中国工程院院士陈立泉、中科院物理所研究员李泓、原北汽新能源总工俞会根共同发起创办，公司融合了电池材料、电芯、系统等领域的高精尖人才，聚焦高能量密度、高安全、高功率、宽温区、长寿命的全固态电池产品。通过原始创新突破现有技术瓶颈，应用覆盖新能源车船、规模储能等行业领域。公司已申请国家专利400余项，授权100余项。目前，卫蓝新能源已经开发了150Wh/kg的针对大规模储能的本质安全的固液混合储能电池、270Wh/kg针对无人机的高比能混合固液电池、300Wh/kg混合固液的动力电池。
公司产品系列丰富。卫蓝新能源目前拥有22Ah、23Ah、27Ah、30Ah四种固态锂离子电芯产品，以及7种不同规格的固态锂离子电池包。其中16000mAh的6S锂离子固态电池包主要运用于巡检、安防、摄影航拍等功率需求时间长、倍率要求小的行业，22000mAh的6S锂离子固态电池包主要运用于植保无人机、智能机器人、医疗设施设备等领域。
公司的固态电池产能规划丰富：2020年7月，溧阳1亿瓦时固态电池产线投产；2022年11月，卫蓝湖州基地第一颗半固态动力电芯正式下线，同时总投资139亿元的年产20GWh固态电池项目在湖州顺利签约；2022年2月，公司在山东淄博100GWh固态锂电池项目正式开工，总投资400亿元，其中一期投资102亿元，年产混合固液电解质电池和全固态电池20GWh。2022年3月，在中国电动汽车百人会论坛上，卫蓝新能源首席科学家、创始人李泓透露，卫蓝新能源正在与蔚来汽车合作，蔚来150kWh电池包预计2023年暑期上线。
3、清陶能源
清陶能源是由南策文院士创立的固态电池企业，技术在国内处于领先水平。清陶能源成立于2016年，由中科院院士、清华大学教授南策文团队领衔创办，公司率先实现了固态锂电池的产业化，建有固态动力锂电池规模化量产线。公司目前已申请国家专利400多项，获得授权近300项。公司具有多元产品结构。公司的产品不仅包括固态锂电池，还包括许多相关的材料和设备。
公司具有多元产品结构。公司的产品不仅包括固态锂电池，还包括许多相关的材料和设备。1）固态锂电池：主要包括各种规格的电芯产品，两款电动汽车动力电池电芯LongVDA电芯和ShortVDA电芯循环寿命均突破2000次；动力电池产品，涵盖590、390、355等多个模组；不同用途的数码电池产品（如消费电子类和通信电子类）；特种储能产品。2）新材料：主要包括固态电解质材料（分为氧化物固态电解质粉体和复合固态电解质膜）；复合隔膜材料，包括纳米陶瓷纤维膜、离子导体膜、陶瓷颗粒膜等多种产品；凹土新材料。3）自动化设备：主要包括锂电池自动化设备（主要为各种涂布机）；非标定制化设备。
目前，清陶能源已经研发生产出三代电池。第一代半固态电池在已经量产的基础上持续优化，360Wh/kg车规级半固态电池产品循环寿命超过1200次，300Wh/kg车规级4C快充固态电池项目完成客户验收，240Wh/kg半固态电池产品循环寿命超过5000次。第二代固态电池产品能量密度可达400-500Wh/kg，已进入中试准备阶段。第三段全固态电池产品能量密度＞500Wh/kg，正在全力推进突破工艺设备创新，完成可量产性及可靠性论证。
公司深入各个领域进行市场开拓。2020年7月，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，这是国内首次公开的可行驶的固态电池样车。2022年7月，公司与上汽集团共建“固态电池联合实验室”，并已在魔方电池系统匹配、轻量化节能降耗、动力电池及系统安全评价等方面形成创新成果。2022年11月，与北汽福田联合开发的首套量产商用车固态电池系统完成调试、正式下线。2022年8-12月，清陶能源固态能量舱产品成功交付昆山市第一人民医院新院区（昆山东部医疗中心）和苏州昆山奥体中心（昆山足球场）项目等。
公司在固态电池相关产能布局方面扩张加速。据统计，目前公司固态电池已建、在建和拟建的产能合计达到35GWh。1）江西宜春年产10GWh固态锂电池生产基地：总投资55亿元，项目一期投资5.5亿元，建设年产1GWh固态锂电池生产基地，已于2020年7月投产；二期将进一步增加投资，扩大产能，目前项目正在建设中。2）江苏昆山10GWh固态动力电池项目：主要面向新能源汽车领域，总投资50亿元，2022年2月开工建设，预计2023年5月完成土建施工，2023年年内投产。3）四川成都年产15GWh动力固态电池储能产业基地项目：2023年2月14日，在“投资四川·成都都市圈全球投资推介会”上，清陶能源动力固态电池储能产业基地正式签约落地成都郫都区，项目计划投资100亿元，分两期建设，首条生产线设计产能1GWh，目前正在调试，预计近期首批半固态电池将在郫都工厂正式下线。
4、上海洗霸
上海洗霸核心业务包括水处理技术整体解决方案；全场景消毒与净化健康服务；气候科学技术研究与开发。上海洗霸与中科院系统、985著名高校科学家团队积极拓展第二业务曲线，包括锂离子固态电池粉体及储能电池制造工艺、介孔碳、硅碳负极、钠离子电池负极等新能源、新材料、新工艺领域。
公司锂离子固态电池项目近期取得积极进展。2023年1月17日，公司发布2023年度非公开发行股票预案，将投入4.7亿元募集资金用于生产基地建设项目，1.3亿元募集资金用于研发基地建设项目，生产基地建设内容包含固态电池电解质厂房，研发基地未来研发方向包括新材料领域。2023年1月28日，公司官网公告，公司与中国科学院硅酸盐所张涛研究员团队合作建设的锂离子电池固态电解质粉体先进材料吨级至拾吨级工业化标准产线已于本月中旬一次性试产成功，产品经硅酸盐所测试，各项指标均达到设计标准，现已进入产线工艺优化阶段。
公司与国内科研人员深度合作，共同开发固态电池相关项目。公司以复旦大学赵东元院士团队、中科院上海硅酸盐研究所张涛研究员团队原创性科研成果为基础，以产出迭代性技术和材料为近阶段主要工作目标，并尝试推进相关技术成果产业化（试产线）的建设工作。目前初步业务意向包括：1）吨到十吨级/年固态锂离子电池粉体材料；2）百吨级/年锂离子电池硅碳负极/硬碳负极材料、钠离子电池软碳硬碳复合负极材料及锂电池级羧甲基纤维素锂（CMC-Li）。
5、宁德时代
重点布局硫化物全固态路线，但距离商业化仍需5年以上。与日韩企业路线相似，宁德时代直接布局最具潜力的硫化物全固态电解质。宁德时代自13年起申请固态电池相关专利，具有多年技术储备，其中9项专利内容中含有硫化物固态电解质，专利内容包含基于硫化物的固态电解质、正极极片、固态电池、电池材料回收等方面。公司目前已有高能量密度的固态电池实验室样品，但距离实现商业化仍需5年以上。
以全固态锂金属电池为发展目标，不断提升能量密度与安全性。针对高端市场，宁德时代将持续投入全固态锂金属等新材料技术的研发，以锂金属负极材料为发展方向，正极材料由传统三元向高压三元、无金属材料迭代升级，通过不断攻关工艺难题与关键技术，争取到2030年前后实现真正意义上的超长续航、安全及具成本竞争力的锂电池技术。
6、比亚迪
深耕固态电解质多年，专利数量众多。公司于11年起申请固态电池相关专利，截止23年3月已申请50余项，获30余项专利授权，申请中专利10余项，专利储备丰富。
研发涵盖多种路线，技术不断更新迭代。公司技术路线包含聚合物、氧化物、硫化物和复合固态电解质，其中聚合物路线主要包括PEO和聚烯酸酯类，氧化物、硫化物和复合固态电解质路线研究范围广泛，多种路线同步进行，不断升级迭代。此外，公司不断优化正/负极材料，对三元正极包覆硫化物电解质、钼酸盐等以改善离子传输和循环性能；负极采用硅基核壳结构、锑/铋锂合金以提高离子/电子电导性和电化学性能。
技术储备丰富，后续或升级固态+短刀+CTC体系。公司申请固态电解质相关的专利覆盖固态电解质材料、正/负极材料修饰与改性、电池结构、电池包与模组设计等，专利覆盖范围广泛，技术储备丰富，符合公司发展战略，结合传统电池包向CTC路线发展的趋势，推测第三代刀片电池可能使用固态软包。
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市场规模预测
2030年全球固态电池市场空间或超3000亿元。业内普遍认为全固态电池的规模化量产需要5-10年，在此之前，固液混合电池的渐进式路线更符合技术发展规律，是过渡路线。固液混合电池可以在维持较高的能量密度同时实现快充需求；另一方面固液混合电池的安全属性能够带来车型溢价，因此在一定溢价情况下有望被市场接受，可以在新能源汽车、消费电子、航空航天等领域得到应用。若2025年/2030年固态电池在动力电池、消费电池、其他电池中的渗透率分别达3%/10%、5%/20%、2%/3%，对应全球市场空间有望达到439/3634亿元。
08
参考研报
