2023年固态电池行业专题报告：半固态装车引领，全固态未来可期

固态电池：突破安全与能量密度瓶颈

固态电池：电解质变革，本质安全与高能量密度并存

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，固态电池是一 种新型电池技术，固态电池的基本原理与液态电池相同，仍然为“摇椅式电池”，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，但是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， 可以由固态电解质实现替换，离子的迁移场所从电解液转到了固态电解质中，同时起到隔 绝电极的作用。

固态电池的优势在于本质安全和高能量密度。液态锂离子电池的发展瓶颈在于安全性 与高能量密度，固态电池有望突破瓶颈。在安全性方面，当液态锂离子电池发生热失控或 因隔膜刺穿引发短路时，其内部有机电解液可能发生燃烧，从而产生安全问题，而固态电 池中没有有机电解液，其发生安全问题的可能性大幅降低；在能量密度方面，据 Solid-State Battery Roadmap 2035+，液态锂离子电池能量密度在过去十年从 150Wh/kg 提升至 250Wh/kg；据能源电力说微信公众号，固态电池能量密度有望超过 500Wh/kg，能量密度 可实现大幅提升，清陶能源 2021 年年底推出的固态动力电池能量密度为 368 Wh/kg。总 体来看，相比于液态离子电池，固态电池具有高能量密度、高可靠性等优势，有望在新能 源汽车、储能和消费电子等领域实现广泛应用。

从液态电解质含量演变来看，固态电池将产生半固态、准固态、全固态三种形态，半 固态、准固态为过渡，全固态是最终目标。根据 OFweek 锂电，液态锂离子电池与固态电 池分界线是电池液体含量 10%，当液体含量 5%~10%时为半固态电池，电池中液态电解 质质量占电池的比例为 1%~5%的划分为准固态电池，不含有液态电解质的为全固态电池。 几类电池开发难度依次为：半固态<准固态<全固态。在 2022 年 3 月的中国电动汽车百人 会论坛上，欧阳明高院士对国内固态电池技术给出了明确的发展节点展望，以产业化为衡量标准，2025 年实现固液混合电解质的半固态电池产业化，能量密度 350 Wh/kg，2030 年实现液态电解质更少的准固态电池量产，能量密度 400 Wh/kg，且预计真正的全固态产 品渗透率不超过 1%，2035 年全固态电池实现产业化，能量密度达到 500 Wh/kg。

固态电池分类：四大电解质材料体系，各有优势

固态电解质可分为聚合物、氧化物、硫化物、卤化物四大体系。固态电池与液态电池 最大的区别在于电解质，从固态电解质选用的材料角度来看，有聚合物、氧化物、硫化物、 卤化物四种体系。

1）聚合物电解质成本较低、加工性能好、灵活性高，技术相对成熟，已能够实现小 规模量产，但离子电导率和氧化电压较低，难以抑制锂枝晶的形成。后续主要改进方向是 通过与无机固态电解质复合化实现离子电导率与电流电压耐受力的提升。目前以欧美企业 布局较多，如 SEEO、Solid Energy、Solid Power、Bollore 等。2）氧化物电解质可分为石榴石型、钙钛矿型、NASICON 型、LiPON 型等，具有较 高的机械、化学、温度、电化学稳定性，但存在脆性较大、加工性能差、界面接触差等问 题，主要改进方向是与聚合物复合改善加工性能、添加剂或元素掺杂改善离子电导率等。 氧化物固态电解质路线是国内企业的主要关注方向，如卫蓝新能源、辉能科技、清陶能源、 赣锋锂业等，日本 SONY 和美国 QuantumScape 也在氧化物固态电解质方面有所布局。 3）硫化物电解质具有高于氧化物和聚合物的电导率，加工性能较好，是性能良好、 具有潜力的固态电解质，但是硫化物固态电解质也存在容易氧化、化学稳定性差、制备难 度较高、和 Li 金属负极相容性差等问题，主要受到日韩企业的关注，如丰田、松下、LG 化学、出光兴产等，同时，国内宁德时代也通过专利布局了硫化物固态电解质技术路线。 4）卤化物固态电解质具有高离子电导率，同时其电化学稳定性良好、与正极材料相 容性高，但是其材料与制备成本较高，并且存在容易吸水潮解的核心缺陷，因此，卤化物 电解质目前主要集中在基础科学研究层面，产业化进程较为缓慢。

聚合物易于加工/成本较低，氧化物安全性更高，硫化物能量密度更高。总体来看，通 过 Solid-State Battery Roadmap 2035+（Fraunhofer，2022）和《百篇科普系列（115） — 固态电池的原理及其进展》（许长发，华中科技大学，2020）对比聚合物、氧化物和硫 化物三种电解质的性能，聚合物具有良好的工艺成熟度和较低的成本，是目前成熟度最高 的固态电解质，氧化物稳定性最高，因此安全系数较高，由于其与电极界面接触较差，目 前主要用于添加部分电解液的半固态电池中，硫化物固态电池的能量密度最高，同时具有 较好的离子电导率和加工性能，是具有未来发展潜力的固态电解质。

固态 vs 液态：固态电池能量密度与安全性占优，快充与循环性能显不足

固态电池能量密度与安全性能优于液态锂离子电池。在 Fraunhofer 在 2022 年发布的 《Solid-State Battery Roadmap 2035+》中，详细对比了固态电池与液态锂离子电池的性 能指标：其中，能量密度方面，锂离子电池可达到 230-300 Wh/kg，相比之下，已达成的 金属锂负极/氧化物电解质/三元正极固态电池能量密度达到 350-400 Wh/kg，硫化物体系 （金属锂负极或硅负极）实现能量密度 320 Wh/kg，聚合物体系能量密度较低，为 255 Wh/kg，总体来看，固态电池能量密度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。据 Fraunhofer 在 2022 年发布的 《Solid-State Battery Roadmap 2035+》，从快充性能来看，能量型锂离子电池可以达到 1-1.5C 充电；据巨湾技研官方微信公众号发布的凤凰电池技术，最高可实现 8C 快充，相 应的，能量型氧化物固态电池可实现 1-1.2C 充电，QuantumScape 官网发布的氧化物固 态电池可实现 4C 快充，而金属锂负极/硫化物/三元正极体系能量型电池为 0.1C 充电，快 充也无法突破 1C，更换为硅电极后可实现 2C 充电，聚合物体系的能量型和快充型分别可 实现 0.25C/1C 充电，固态电池体系快充性能弱于液态锂离子电池。在寿命方面， QuantumScape 官网发布的 4C 快充电池循环寿命 400 次；中创新航在 2022 年高工锂电 材料大会上披露 400Wh/kg 固液混合电池技术可实现寿命为 450-500 次，弱于液态锂离子 电池；蜂巢能源官方微信公众号披露无钴电池可实现 3000 以上次循环寿命，相比之下， 氧化物体系固态电池循环寿命可达 1000 次。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。

固态电池制造工艺：与液态锂电池部分兼容，叠片为主，成膜是关键环节

固态电池使用复合正极、电解质添加方式与液态电池不同，以叠片为主。固态电池与 液态电池在制造工艺上具有诸多相似性，如电极极片的制造过程都是基于浆料混合、涂布 和延压，分切完成后进行极耳焊接、PACK（电池包加工成组），最核心的区别有三点，1） 固态电池正极材料复合化，即固态电解质与正极活性物质的混合体作为复合正极；2）电 解质添加方式不同，液态电池是在极耳焊接后将电解液注入电池内并进行封装，而固态电 解质除了与正极活性物质形成复合正极外，还需要在延压完成的复合正极上再进行一次涂 布；3）液态锂离子电池极片可用卷绕或者叠片的方式组合，而固态电池由于其固态电解 质如氧化物和硫化物韧性较差，通常使用叠片形式封装。

固态电解质核心工艺在于成膜，可分为干法、湿法和其他工艺。固态电池的制造，核 心工艺在于固态电解质成膜环节，电解质的成膜工艺会影响电解质厚度及相关性能，厚度 偏薄，会导致其机械性能相对较差，容易引发破损和内部短路，偏厚则内阻增加，并由于 电解质本身不含活性物质，降低电池单体和系统的能量密度。

湿法成膜工艺：模具支撑成膜，适用于聚合物和复合电解质，将固体电解质溶液倒入 模具，溶剂蒸发后获得固态电解质膜；正极支撑成膜，适用于无机和复合电解质膜，即将 固体电解质溶液直接浇在正极表面，溶剂蒸发后，在正极表面形成固体电解质膜；骨架支 撑成膜，适用于复合电解质膜，将电解质溶液注入骨架中，溶剂蒸发后，形成具有骨架支 撑的固态电解质膜，能够提升电解质膜的机械强度。湿法工艺的核心是粘接剂与溶剂选取， 溶剂便于蒸发、并对电解质有良好的溶解和化学稳定性。湿法的缺点是溶剂可能有毒，总 体成本相对高，如果溶剂蒸发不完全，可能降低电解质的离子电导率。 干法成膜工艺：将电解质与粘接剂混合后研磨分散，对分散后的混合物进行加压（加 热）制备获得固态电解质膜，该方法不使用溶剂，无溶剂残留，干法的缺点在于电解质膜 相对较厚，由于其内部不含活性物质，会降低固态电池的能量密度。 其他成膜工艺：包括化学、物理、电化学气相沉积，以及真空溅射等方法。此类工艺 成本较高，适合于薄膜型全固态电池。

聚合物可兼容更多工艺，硫化物对环境要求较高，氧化物适用于沉积与流延成型法。 固态电解质成膜方法较多，聚合物、硫化物和氧化物可结合自身特点匹配最合适的成膜工 艺。1）聚合物固态电解质因为其加工性能最优，具有最强的工艺兼容性，除了因无法造 粒不适用于沉积法之外，采用干法延压、干法喷涂、挤出、流延成型和浸润等工艺均可实 现聚合物固态电解质成膜。2）硫化物因空气稳定性较差，不适合高温条件的挤出法和小 尺寸的沉积法，除此之外的延压、喷涂等工艺均可用于硫化物固态电解质成膜。3）氧化 物因具有陶瓷特性，脆性高，需结合颗粒沉积+烧结的方式成膜，或者在溶液共混条件下 流延成型。

固态电池价值量拆分：材料成本占主导

为拆分半固态电池与全固态电池的价值量构成，我们的核心假设为：①半固态电池材 料体系为三元锂/LLZO/电解液/隔膜/碳硅负极，全固态电池材料体系为三元锂/LLZO/碳硅 负极；②根据 GGII 数据，LLZO 电解质在半固态电池中单耗量 100 吨/GWh，根据 《Solid-State Battery Roadmap 2035+》（Fraunhofer，2022），LLZO 等固态电解质在全 固态电池中单耗量为 500-1500 吨/GWh，我们取中值 1000 吨/GWh，且全固态电池不使 用隔膜与电解液，其他原材料单耗用量假设参考 GGII、鑫椤锂电、iFind。③根据清陶能源宜春 1GWh 固态电池环评报告，其固定资产建设投资 5.5 亿元，年均电力消耗 7000 万 kWh 以上，工人 220 人，我们假设工人工资为 6 万元/年， 据此假设我们计算折旧、人工及能源单耗约为 0.09 元/Wh。

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 41%。经我们假设和测 算，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。据我们上文中测算，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。

成本、工艺、材料尚未突破

固态电池成本、工艺、材料等诸多问题限制其发展与产业化应用。尽管固态电池具备 本质安全特性，以及更高的理论能量密度，然而其发展与产业化应用仍然受到多方面因素 的限制，如固态电池成本高昂，氧化物电解质加工性能差导致制备困难，部分固态电解质 的电导率低下导致倍率性能，相变、电极膨胀、锂枝晶等因素会导致电解质与电极间接触 变差，从而增大阻抗、降低循环性能，影响电池的服役性能。我们梳理固态电池目前面临 的核心问题主要有：1）成本居高，经济性差；2）高电导率和良好加工性能难以兼顾；3） 固态电解质与电极材料之间界面接触差。

问题 1：成本居高，经济性差。当前固态电池行仍处于起步阶段，因产量低下，相关 原材料生产、设备、制造工艺成熟度较低，成本居高难下，经济性较差。解决思路——半 固态先行，规模化拉低材料成本。半固态电池因为技术相对成熟，并且更加接近液态锂离 子电池，如能实现半固态电池产业化，则随着相应固态电解质产能放量、原材料成本降低， 工艺优化，则原材料与生产成本有望降低。Joscha Schnell，Frank Tietz，Célestine Singer 等在《Prospects on production technologies and manufacturing cost of oxide-based all-solid-state lithium batteries》中以氧化物体系固态电池为例，对产能分别为 1 MWh 和 10 GWh 的条件下进行了生产成本测算：在产能规模较小时，电解质成本为 2000 $/kg（$代 表美元，下同），此时单块固态电池成本约为 18 $（约合 750-2500 $/kWh），其中，人力 成本占据 8 $，制造与电力成本约为 7$，原材料成本为 3 $。随着电池的产能扩大至 1 亿 块/年时，固态电解质的原材料成本降至 50 $/kg，单块电池的原材料总成本骤降至约 0.13 $，人力与制造和电力成本则降至 0.14 $，单块电池成本约 0.27 $，相比于未量产时降低 了 65 倍，具有更理想的价格，在此成本基础上更容易推进全固态电池的产业化进程。因 此，以半固态电池的产业化带动全固态电池的渗透率逐步提升，是固态电池行业的主体战 略方向。

问题 2：高离子电导率与良好加工性能难以兼顾。前文的“固态电池分类”小节已经 讨论过，从材料特性来看，无论聚合物、氧化物还是硫化物，其作为固态电解质的综合表 现不佳，如聚合物电解质易加工、生产难度低，但是离子电导率不高，影响充放电性能， 氧化物和硫化物电解质具有更高的电导率、安全性和机械强度，但是其制造难度更大，成本更高。解决思路——复合电解质融合多种材料优势。为此，复合材料的思路是将不同种 材料结合使用，以期兼顾两种材料的优势，根据 Shuang-Jie Tan，Xian-Xiang Zeng，Qiang Ma 等撰写的《Recent advancements in polymer-based composite electrolytes for rechargeable lithium batteries》，聚合物/聚合物复合电解质材料，可制备性更强，机械强 度与离子电导率均有所提高，对于聚合物/无机物（氧化物/硫化物）复合电解质材料，其 结合了聚合物与氧化物/硫化物的特性，实现了高强度与较好的柔性、电导率和易制备等多 重优势的综合。因此，复合固态电解质是固态电池电解质克服性能瓶颈的重要发展方向。

问题 3：电解质与正负极界面接触差引发性能问题。固态电解质与正负极的界面接触 问题是影响固态电池循环寿命、充电倍率、安全性等问题的根源，根据题为《Challenges in speeding up solid-state battery development》的科研论文，作者 Jürgen Janek 等人将 固态电池中的界面问题划分为三类，分别为：1）固态电解质与负极的界面问题。主要包 括负极体积变化、SEI 膜（固体电解质界面膜）形成问题、孔洞、锂枝晶等问题，影响负 极与固态电解质之间的界面接触，可能增大内阻，并可能对安全产生影响，降低循环寿命， 限制充放电倍率。2）固态电解质与复合正极的界面问题。主要包括界面阻抗和 SLEI 膜（固 液电解质界面膜）的形成。3）复合正极内部的正极活性物质与固态电解质之间的微观界 面问题。可能存在微观接触脱离，CEI 膜形成问题和电极内部离子通道扭折等问题。

解决思路——界面工程与改性，通过材料与工艺两个维度实现改善。 材料维度：选择 Li 金属负极和包覆复合正极。负极方面，通过采用体积变化更小的 Li 合金作为负极，缓解负极膨胀问题，宏观界面问题，选择稳定性更高的固态电解质，以 减少界面之间副反应的发生，在复合正极的微观界面，可通过表面包覆（涂层）的方式减 小界面应力、提高离子和电子传输效率等。 工艺维度：宏观界面问题，通过增大制备过程中的压力，以消除孔隙、增强界面接触， 或通过原位凝固的方式，向固态电池中注入液体，在封装完成后，通过加热等形式让液体 凝固，从而增强固态电解质与电极之间的界面接触。

产业化：半固态元年将至，产业化齐头并进

区域：技术各有侧重，产业化齐头并进

我们梳理了国内外的固态电池研发与产业化进程，日韩、欧美、中国是固态电池研发 主力，在技术路线和发展程度上各有侧重。 日韩集中于硫化物全固态电池方向，固态电池专利方面居垄断地位。其原本具有大量 锂离子电池，如松下、LG 新能源、三星等，以及汽车头部企业，如丰田、本田、日产、 现代等，具备雄厚的研发基础，目前日韩主要车企和电池厂集中于硫化物全固态电池的研 发，据 2022 年 7 月日本经济新闻与专利调查公司 Patent Result（位于东京文京区）合作 调查，2000-2022 年 3 月，日、韩、中、欧、美等 10 个国家的专利数量排名，前十位均 为日韩企业，居于垄断地位。

欧美各企业路线各异，头部车企与初创固态电池企业强强联合。德国、法国、美国是 欧美固态电池的领先国家，奔驰、宝马、大众、福特等老牌车企通过投资的方式与新兴固 态电池厂商 Quantumscape（氧化物半固态电池）和 Solid power（硫化物全固态）等联 合开发固态电池及产业化装车，均已实现试产和装车测试，将于后续进行大规模量产。根 据《全固态电池的研究进展与挑战———以表征技术和理论机制的突破推动全固态电池的 原始创新》（2023 年 4 月 周静颖，胡晨吉，郜一蓉等），法国 Bollore 及其子公司 BlueSolutions 集中于聚合物体系固态电池，全球最早实现聚合物固态电池商业化装车， 2018 年起为戴姆勒大巴提供固态电池（需加热使用），已累计投入 3000 辆搭载 30kWh 固 态电池的电动汽车。最新进展来看，2023 年 11 月 8 日，美国固态电池公司 Solid Power 披露三季报，表示公司于 10 月向宝马交付首批 A-1 电动汽车电池，正式进入汽车资格认 证流程，这些电池将用于宝马样车，且预计在未来几个月还会有更多交付。

中国固态电池厂与车企合作密切，集中氧化物半固态电池，量产及装车进程较快。中 国除比亚迪、宁德时代、赣锋锂业、孚能科技、蜂巢能源等锂电巨头布局固态电池技术与 专利外，同时涌现出清陶能源、卫蓝新能源、辉能科技等固态电池企业，侧重方向主要为 氧化物路线，据各公司官网或官微等披露，国内固态电池已有/在建/规划产能达数百 GWh。 根据卫蓝新能源官方微信公众号，其已于 2023 年 6 月向蔚来交付半固态电池，8 月 22 日， 上汽集团与清陶能源举办了“2023 上汽技术之旅——走进固态电池”活动，并宣布清陶 能源将在 2024 年装车上汽智己，国内总体产业化进展较快。

车企：以自主研发或合作方式推进装车，半固态陆续装车

布局固态电池技术的车企主要包括各国传统燃油车及新能源汽车巨头。日本丰田、本 田、日产，韩国现代，均自行布局固态电池技术，根据日经中文网微信公众号 2023 年 6 月 13 日发表文章《丰田最早 2027 投放全固态电池 EV，充电 10 分钟行驶 1200 公里》、 本田官网、日产官网、中国质量新闻网（余昶 2021 年 4 月 26 日报道），日韩车企预计于 2024~2025 年实现试制，并在 20 年代后半期~2030 年实现量产装车，德国、美国主要车 企采取投资合作的方式布局固态电池技术，如奔驰参股美国固态电池公司 Factorial Energy、 投资中国固态电池企业辉能科技，宝马与福特共同投资 Solid Power，合作开发固态电池 并致力于量产装车，大众投资美国固态电池企业 QuantumScape，据 QuantumScape 公 司公告，其预计 2024-2025 年实现半固态电池量产。中国新能源车企巨头比亚迪自研布局 固态电池技术专利，包括氧化物与硫化物路线，已完成生产，可进行装车试验，此外，蔚 来、赛力斯、上汽等车企，也与固态电池厂商合作致力于量产装车，如蔚来与卫蓝新能源， 赛力斯与赣锋锂电，上汽与清陶能源等。

电池厂：格局未定，中企规划领先

日韩以传统电池巨头引领固态电池产业化进程。根据各公司公告及官网披露，松下、 村田、LG 新能源、三星等，以硫化物全固态电池为主，同时也包括其他路线，目前村田 已实现小批量生产，富士通称将于 2023 年内量产，LG 新能源计划 2026 年实现半固态商 业化； 欧美以新兴固态电池公司为主。代表性公司有 QuantumScape 和 Solid Power，其通 过与欧美老牌巨头车企合作，推进产业化进程，根据 QuantumScape 公司官网，其在 2023 年试产部分固态电池，并计划在 2025 年实现量产，根据宝马和 Solid Power 的公司公告，Solid Power 将与宝马共建固态电池中试线，并已经于 2023 年 10 月向宝马交付电动汽车 固态电池 A 样。

中国传统电池企业和固态电池新势力共同发力。根据各公司公告、官网及微信公众号， 推进固态电池产业化，宁德时代、亿纬锂能、国轩高科、赣锋锂业等公司持续推出固态电 池相关专利技术，并逐步完成量产与装车，其中，赣锋锂业进展最快，2021 年已装载东 风 E70 电动车，2023 年已具备 2GWh 固态电池产能，传统电池厂之外，包括以清陶能源、 辉能科技、卫蓝新能源为代表的新兴固态电池公司，清陶能源、辉能科技、卫蓝新能源三 者规划中的产能达到 235GWh，此外，高乐股份、红豆股份等跨界布局的电池厂商也有固 态电池产能布局。

电解质材料公司：中日韩主导，小试在途

电解质材料公司以中日韩为主，现均已实现小规模生产。日本以三井金属和出光为代 表，专注硫化物电解质，根据《日本举全国之力推进硫化物固态电池产业化，国内还需多 久？—访中科院物理所吴凡教授》（中国粉体网，2022 年 3 月 8 日），三井金属已于 2021 年建成年产 10 吨的产线，并在 2023 年宣布提高产能一倍，根据《日企加速投资量产锂固 态电解质》（科技日报，2022 年 4 月），出光最早将于 2024 年实验性大规模量产，2030 年以最多一万吨规模进行量产。根据韩国浦项集团官网，韩国浦项集团作为传统钢铁材料 巨头，2022 年公布建设新固态电池电解质产线，产能 24 吨/年，并在同年与固态电池企业 辉能科技签署协议，开发符合要求的正负极和固态电解质材料。根据上海洗霸公司公告， 中国上海洗霸通过与上硅所共建联合实验室与受让专利等形式入局固态电解质，2023 年 的 10 吨级标准线试产成功，并将募资投建 50 吨产线。根据三祥新材公司公告，三祥新材 以自产氧化锆为原材料开发含镐氧化物固态电解质的合成试验，处于小试阶段。

成本可行性：半固态理论成本提升有限，只待规模起量

GGII 测算，半固态电池与液态锂离子电池成本差异不大。结合我们前述分析，目前半 固态电池在全球及国内产业化程度较高，其与液态锂离子电池在结构上更接近，都具有电 解液与隔膜，在制造工艺上相似度较高。据 GGII（高工锂电）分析测算，假设半固态电池 与液态锂电池均采用高镍三元+碳硅负极体系，且用量相同，半固态电池的电解液用量约 为液态锂电池的一半，每 GWh 半固态电池的固态电解质用量 50-100 吨，湿法隔膜用量二 者相当，碳纳米管导电剂方面，半固态电池用量 70-120 吨，液态锂电池用量 20-30 吨， 并假设固态电解质成本在 30-50 万元/吨，液态锂电池、半固态电池良率均为 93-95%。经 GGII 计算，半固态电池与液态电池 BOM 成本差值小于 0.1 元/Wh，叠加考虑设备产线建 设及折旧成本后，理论上总体制造成本差仍小于 0.1 元/Wh。表明半固态电池与液态锂离 子电池成本差异不大。

固态电池价格持续降低，中商产业研究院预测 2022 年至 2030 年约降 62%。随着固 态电池技术的不断进步，固态电池成本价格也将不断下降。中商产业研究院预测，我国固 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%。

产业化时间表：半固态临近装车，全固态尚需等待

装车应用方面：半固态电池元年将至，蔚来、宝马等陆续获得固态电池交付。蔚来装 车情况：2023 年 7 月 1 日，卫蓝新能源官方微信公众号披露，卫蓝新能源在 6 月 30 日举 行 360Wh/kg 锂电池电芯交付签约仪式，正式向蔚来交付。据蔚来官网用户手册，其全新 ES6、ET7、ES7、ET5、EC7 和 ET5 旅行版共 6 款车型的手册中都更新了关于 150kWh 电池包的详细信息。据盖世汽车资讯，该电池包为半固态电池包，也是固态电池首次实现 量产上车。上汽装车情况：据上汽集团官方微信公众号，5 月 31 日，清陶能源与上汽集团 举行了战略合作、G+轮增资扩股签约，清陶能源开发的半固态电池将于 2024 年上半年装 载于智己品牌车型，目前第一代固态电池已完成装车试验，最大续航里程达 1000 公里。

全固态电池发展仍需时日，产业化预计在 2030 年前后。根据我们梳理的全球各家固 态电池厂商规划情况，目前已有的产能或较为成熟的产能规划，除富士通、村田的小规模 量产，法国 BlueSolutions 的聚合物固态电池，Solid Power 向宝马交付的 A 样为全固态电 池外，其他的已有、在建和规划中产能均为半固态电池产能，全固态电池的产业化应用仍 需时日。据欧阳明高院士、张久俊院士、肖成伟研究员等行业专家判断全固态电池产业化 时间节点为 2030 年。

全固态电池具体发展规划清晰。根据报告《Solid-State Battery Roadmap 2035+》 （Fraunhofer，2022），全固态电池从 2021/22 至 2035 年期间的发展路径可梳理如下（以 下 1-5 全部内容均来自此报告）：

1）政策目标，2025 年欧盟对第三代固态电池要求为质量能量密度达到 350-400Wh/kg， 体积能量密度达到 750-1000Wh/l，对应 pack 的成本降至 100€/kWh 以下（€表示欧元， 下同），2030 年欧盟对第四代固态电池要求为质量能量密度达到 400-500+Wh/kg，体积能 量密度达到 800-1000+Wh/l，对应 pack 的成本降至 75€/kWh 以下；

2）全固态电池市场空间，2021/22 年，固态电池总量不足 2GWh，以聚合物固态电 池为主，到 2025 年乐观与保守情形中枢来看，氧化物固态电池达到 0.5GWh，硫化物固 态电池达到 2.5GWh，聚合物固态电池为 8.5GWh。至 2030 年乐观与保守情形中枢来看， 氧化物固态电池增长至 7.5GWh，硫化物固态电池为 10GWh，聚合物固态电池达到 17.5GWh，此时乐观情况下，全固态电池合计达到 55GWh，结合此报告预测的锂离子电 池总量上限 6TWh 来看，这与欧阳明高院士在第二届世界动力电池大会（2023 年 6 月） 上预计的全固态电池2030年不足1%渗透率基本吻合。2035年乐观与保守情形中枢来看， 氧化物固态电池增长至 15GWh，硫化物电池为 35GWh，聚合物电池为 30GWh。

3）固态电池的应用，从短期到中期，即到 2025 年前后，主要应用集中在聚合物固态 电池上，应用领域为公交车、工业化应用（如无人搬运车）、储能等，到 2030 年，氧化物 与硫化物固态电池开始产业化（与我国相关行业专家给出时间节点吻合），氧化物固态电 池可应用于工业重型设备与极端环境设备、以及乘用车端，硫化物固态电池可应用于无人 机飞行器及乘用车，聚合物固态电池拓展至乘用车与卡车；至 2035 年及远期，硫化物的 应用空间将拓展至卡车与载人航空领域。

4）固态电芯组合使用注意事项，聚合物固态电池直至 2025 年前后，都需要加热至 50-80℃方可使用，同时始终需要考虑的问题还有发生事故时高活性锂金属负极以及硫化 物释放 H2S 的安全问题，此外，对于较高的体积变化，固态电池需要施加一定的外部压力， 氧化物与硫化物电池所需压力较大，聚合物电池所需压力较小。

5）固态电池材料体系与性能指标演变，氧化物固态电池以锂金属为负极材料，凝胶+ 三元锂复合正极，能量密度指标为 315Wh/kg，1020Wh/l，长期来看正极将演变为硫化物 +三元锂复合正极，远期性能指标为 350Wh/kg，1140Wh/l；硫化物固态电池以硫化物+三 元锂复合正极，负极材料由碳硅材料演变为锂金属负极，中期/长期/远期能量密度指标分 别为 275Wh/kg，650Wh/l、340Wh/kg，770Wh/l、410Wh/kg，1150Wh/l；聚合物固态电 池当前以锂金属负极+聚合物磷酸铁锂复合正极体系为主，性能指标为 240Wh/kg，360Wh/l， 中长期来看将会演变为锂金属负极+聚合物三元锂复合正极体系，长期性能指标为 440Wh/kg，900Wh/l，远期性能指标为 500Wh/kg，1150Wh/l。总体来看，在电解质+三 元锂复合正极的基础上，负极材料逐步演变为锂金属，固态电池远期能量密度最高将达到 500Wh/kg，1150Wh/l。

出货量及渗透率：中商产业研究院预计 2030 年国内固态电池出货量达 250GWh，全球渗透率 8.22%

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%。中商产业研究院统计、预测，国内 2022/25/30 年固态电池出货量 2.90/24.4/251.1GWh，折合 2022-2030 年将增长接近 86 倍，对应期间 CAGR 为 75%， 增长迅速。

2030 年全球固态电池渗透率约为 8.22%，全固态电池占比较小。EVtank 预测全球 2022/30 年锂离子电池出货量分别为 957.7/6080.4 GWh；中研普华产业研究院预测，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%。而根据《Solid-State Battery Roadmap 2035+》（Fraunhofer，2022）预测，2030 年全固态电池出货量不超过 55GW，结合欧阳明高院士在第二届世界动力电池大会（2023 年 6 月）上预测 2030 年全固态电池渗透率不超 1%，全固态电池占比仍然较小。

锂电池材料体系的影响：正负极材料高性能化

固态电池可选材料体系丰富。固态电池与液态锂离子电池主要区别在于固态电解质代 替隔膜与电解液。根据 Solid-State Battery Roadmap 2035+（Fraunhofer，2022），分环 节来看，固态电池可选材料体系较为丰富，电解质方面，固态电解质可选氧化物、聚合物、 硫化物等体系，对于半固态电池还可添加液态电解质。正极材料方面，除磷酸铁锂和三元 锂电池，可选硫正极与高压无钴尖晶石（富锂锰基）。负极材料方面，除石墨负极外，固 态电池还可使用锂金属、硅、钛酸锂等负极材料。

正极材料演变：高镍三元与高电压富锂锰基将成为优选。据 GGII，全固态与半固态 电池相比液态锂离子电池安全性能更佳，高镍三元更能够发挥出性能优势；GGII预测，2030 年国内固态电池对高镍材料需求将超 40 万吨；此外，对于全固态电池，由于固态电解质 的电压耐受能力更高，因此可选择具有更高电压平台的正极材料。据 GGII，磷酸铁锂电压 平台 3.2V，三元锂达到 3.7V，而富锂锰基正极材料的电压平台最高可达到 4.6V，同时其 具有更高的克容量，更低的成本，因此我们认为富锂锰基正极材料是未来全固态电池正极 材料的理想选择。

负极材料演变：碳硅负极与锂金属负极应用前景广阔。1）半固态电池方面，碳硅负 极更加成熟，据 GGII，由于半固态电池与液态锂离子电池相近，成熟度相对较高，目前锂 电池中硅碳负极体系成熟，可沿用液态锂离子电池的成熟产业链与技术配套，因此半固态 电池产业化将带动硅碳负极应用；2）全固态电池方面，金属锂负极更有前景，据国家纳 米科学中心，锂金属负极理论克容量为 3860mAh/g，相当于商业化锂电池石墨负极的十倍， 然而在液态锂离子电池中，其表面易形成锂枝晶，导致隔膜刺穿形成短路与热失控，这是 制约其实际应用的重要原因。而在全固态电池中，因其不含可燃电解液、固态电解质机械 性能较强，电池安全性能得到大幅提升，对易形成锂枝晶的锂金属负极有更高的包容度。 因此，我们认为在固态电池的本质安全前提下，通过对负极与电解质界面接触问题的优化 解决，锂金属负极在固态电池中将有广阔的应用前景。

导电材料演变：碳纳米管导电剂用量增加。据捷邦科技在 2023 年 2 月 13 日在全景 网投资者关系平台上对投资者的回复，固态电池中，除了锂负极导电能力良好外，其余大 部分正负极材料都存在电子导电性低的问题，需要添加具有化学惰性的碳类导电剂，碳纳 米管在力学、电学、热学和化学稳定性等方面较传统导电剂有明显优势，在固态电池上有 较大应用潜力。据 GGII，固态电池中碳纳米管导电剂用量增加，对于半固态电池，其单 GWh 碳纳米管导电剂用量为 70-120 吨，远高于液态锂离子电池的 20-30 吨，随着固态电 池渗透率提升，碳纳米管导电剂用量将随之增长。

2030 年全固态电池渗透率不足 1%，固态电池中绝大部分仍为消耗隔膜和电解液的半 固态电池，对隔膜和电解液影响环节不大。根据欧阳明高在 2022 年电动汽车百人大会上 预测，2030 年全固态产品渗透率预计不超 1%，据 EVtank 数据，全球 2030 年锂离子电 池出货量为 6080.4 GWh，据此测算，2030 年全球全固态电池出货量不超 60.8GWh，这 与《Solid-State Battery Roadmap 2035+》（Fraunhofer，2022）预测的全固态电池不超 过 55GWh 大致相符，因此约 500GWh 固态电池出货量有接近 440GWh 为半固态电池， 仍需消耗隔膜与电解液。

预计 2030 年电解液与隔膜受固态电池影响量仅为 4.6%和 0.9%，应用空间仍在。1） 从量上来看，我们取《Solid-State Battery Roadmap 2035+》（Fraunhofer，2022）预测， 则我们预计不需消耗电解液和隔膜的全固态电池不超过 55GWh，占比 0.9%，消耗部分电 解液与隔膜的半固态电池约为 445GWh，占比约为 7.3%，2）从单耗上来看，全固态电池 不消耗隔膜与电解液，我们假设半固态电池的电解液用量是液态锂离子电池的 50%，隔膜 用量不变。据此我们测算，2030 年在 0.9%的全固态电池和 7.3%的半固态电池渗透率条 件下，电解液用量会相比于液态锂离子电池降低 4.6%，隔膜用量降低 0.9%，影响相对较 小。因此，我们预计至 2030 年，隔膜与电解液作为锂电池两大关键材料，其应用空间仍 在。

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）