一、固态电池：能量密度与安全兼优的新技术方向

固态电池优势：能量密度高

根据电解质的不同，锂电池技术体系可分为：液态电解质电池、混合固液电解质电池（半固态电池）、固态电解质电池。 • 固态电池与液态电池工作原理相同。二者工作原理均为：充电时正极锂离子从活性物质的晶格中脱嵌，通过电解质向负极迁移，电子通过外电路向负极迁移， 两者在负极处复合嵌入到负极材料中；放电过程与充电相反，以此实现电能与化学能的转换。 • 固态电池能量密度更高：1）固态电解质电化学窗口宽，能够适配更高电压的正极材料。2）固态电解质具有良好的机械性能，能够有效抑制锂枝晶的形成， 从而能够兼容更高能量密度的锂金属负极材料。3）由于电解质的非流动性，电芯内部极片可以串联连接以此提高单体电压，实现与多电芯串联而提升电压的 同等效果，从而能够在成组时减少结构件使用、提升能量密度。

固态电池优势：安全性能更高

固态电池在电池结构上与液态电池变化明显：半固态电池由于仍存在部分液态电解液，故而保留了电解液和隔膜等结构。而全固态电池离子传导介质和通道 由传统的电解液与隔膜变为固态电解质，电池结构实现进一步简化。 • 固态电池安全性显著高于液态电池。液态电池多采用有机液态电解质，其与电极接触好，且能提供优良的导电性，制备技术成熟。但在循环过程中，负极产 生的锂枝晶会刺穿隔膜，导致电池内部短路。此外，有机液态电解液多具有易燃易挥发特性，过度充电、内部短路极易发生热失控，并引起自燃甚至爆炸， 为电池体系带来严重的安全隐患。有机电解液是液态电池安全隐患的主要根源。而固态电解质本身不可燃、且热分解温度高，固态特性完全避免了电解液腐 蚀、挥发、漏液等问题，安全性能大幅提高。

固态电池成本与未来降本趋势展望

根据清陶能源、卫蓝新能源等企业半固态电池项目环评书，我们对各类材料用量进行相应假设；同时我们按照目前1GWh 5亿元的项目投资额对于折旧额进行 计算。在假设产线良率为80%的情况下，我们测算得到半固态电芯的单位总成本为0.85元/Wh，较目前主流三元电芯成本（0.4-0.5元/Wh）仍相对偏高。 • 中期来看，伴随高性能液态电池和半固态电池行业规模持续扩大，固态电解质、硅基负极等材料价格有望加速下行，同时规模扩大后产线运行经验更为丰富、 产线良率有望达到90%以上，届时我们测算得到半固态电芯的单位总成本约为0.50元/Wh。 • 远期来看，全固态电池有望搭载锂金属负极、电解液也将全部被替换为固态电解质，我们测算得到届时全固态电芯单位总成本约为0.78元/Wh。

二、固态电池市场前景展望

行业市场规模展望（正极材料）

固态电池正极材料兼容性强，但需要提高能量密度。理论上，固态电池正极仍可沿用现在的磷酸 铁锂、三元材料等体系，但现有材料电池能量密度进一步提高难度较大。因此，需要选择更高容 量的正极材料来提升固态电池能量密度。 • 短期内高镍三元体系有望成为主流方案。目前，固态电池正极开发主要集中在高镍三元正极、镍 锰酸锂、富锂锰基等路线。其中高镍三元正极凭借能量密度高、倍率性能好、商业化程度高等优 势，成为当前主流正极材料体系。富锂锰基、镍锰酸锂等材料高能量密度优势突出，有望成为未 来的主要方向。 • 当升科技、容百科技等产业化布局领先。大多数三元正极企业均拥有高镍三元产品布局，其中容 百科技、当升科技等均已经实现对固态电池企业的出货。厦钨新能、振华新材、长远锂科、贝特 瑞等正极企业也有固态电池材料布局。此外，宁夏汉尧、巴斯夫杉杉、华友钴业等企业也积极布 局富锂锰基等新型正极材料。

行业市场规模展望（负极材料）

硅基负极或成为固态电池负极材料中短期主要解决方案。固态电池的负极材料主要包括石墨、硅负极、 合金负极、金属锂等。硅理论比容量高达4200mAh/g，是目前石墨类负极材料的十倍以上，其优势在 于：1）电位低、克容量高，能量密度高；2）地壳中含量高，理论成本低；未来其有望成为中短期重要 的负极材料方案。 • 长期来看，金属锂有望在固态电池负极实现应用。金属锂理论克容量高、电极电位低，是固态电池的理 想负极材料。但目前金属锂产业化还存在一些挑战：金属锂电化学活性高，或与部分电解质体系发生反 应，影响负极和电解质的利用率；锂金属在循环过程中容易出现枝晶生长的问题，从而影响电池的循环 稳定性。未来可以通过增加锂金属表面积、掺杂等方式来改善锂金属性能、更好的适应产业化需求。 • 硅基负极方面，贝特瑞、杉杉股份、翔丰华、璞泰来等具有明确产能规划，部分企业已与固态电池企业 达成合作协议。金属锂负极方面，金属锂及锂盐公司如赣锋锂业、天齐锂业等依托自身资源优势，进行 积极的产业布局。

三、电解质体系显著变化，高能量密度材料加速推广

正极材料：材料兼容度高，可沿用现有体系

固态电池正极材料兼容性强，但需要提高能量密度。理论上，固态电池正极仍可沿用现在的磷酸铁锂、三元材料等体系，但现有材料电池能量密度进一步提 高难度较大。因此，需要选择更高容量的正极材料来提升固态电池能量密度。 • 短期内高镍三元体系有望成为主流方案。目前，固态电池正极开发主要集中在高镍三元正极、镍锰酸锂、富锂锰基等路线。其中高镍三元正极凭借能量密度 高、倍率性能好、商业化程度高等优势，成为当前主流正极材料体系。富锂锰基、镍锰酸锂等高能量密度优势突出，有望成为未来的主要方向。

电解质：变化最明显的核心组分，氧化物是目前主流方案

固态电解质核心功能是为锂离子在正负极之间的传输提供通道。理想的固态电解质应当具有：高离子电导率、高化学稳定性、优秀的机械强度、与电极材料 不发生反应等优点。 • 固态电解质主要分为：聚合物电解质、无机电解质（常分为氧化物/硫化物/卤化物电解质等）以及有机-无机复合电解质。 • 聚合物电解质、氧化物电解质与硫化物电解质是目前产业界主流的解决方案。聚合物电解质加工性能好、但是热稳定性差、高电压的耐受性差；氧化物电解 质综合性能佳、化学稳定性好、机械性能好，但是电导率一般。硫化物电解质离子电导率好、热稳定性好，但是对空气较敏感、制备难度大。

电解质原料：锆/锗/镧等金属有望伴随行业发展需求增加

锆：氧化物固态电解质LLZO的原材料包括二氧化锆、硝酸锆、碳酸锆等。 国内锆储量低、产量较少，多依赖于进口。2022年全球锆矿储量为6800万吨，同比-3%；全球锆矿主要分布在澳大利亚和南非，占比分别为70.6%/8.7%；中国锆矿储量为50万吨，占 比为0.7%。2022年全球锆矿产量约140万吨，其中国内产量仅占全球的10%。2022年国内锆矿砂及其精矿进口量为121.58万吨。 锆英砂行业处于供应紧平衡的状态。2022年全球锆英砂产量为30.27万吨，同比-7%；销售量则达到33.36万吨。陶瓷、铸造、耐火材料、锆金属及其化学制品等构成锆的主要消费领域， 目前全球锆应用最为广泛的领域是传统陶瓷，占据了接近50%的需求量；随着国内经济复苏，陶瓷等锆制品主要应用的传统行业有所反弹，从而拉动锆行业的新一轮需求增长。同时， 伴随3D打印、半导体、新能源电池材料、陶瓷基刹车片以及光伏等行业发展，新兴市场对锆制品的需求持续上升。 国内锆生产企业主要包括东方锆业、三祥新材、凯盛科技等。东方锆业现有2.6万吨电熔氧化锆、0.94万吨二氧化锆（国内份额40%）、5万吨氯氧化锆（国内份额20%）产能；在建电 熔氧化锆产能2万吨。目前公司已供应部分锆材料样品给到下游材料客户研发。三祥新材现有2.6万吨电熔氧化锆、2万吨氯氧化锆产能；在建氯氧化锆产能8万吨。公司固态电解质材料 研发处于实验室小试阶段。凯盛科技现有电熔氧化锆产能2.6万吨。目前公司正在进行固态电池材料相关研发工作。

电解质原料：锆/锗/镧等金属有望伴随行业发展需求增加

镧：氧化物固态电解质LLZO/LLTO的原材料包括氧化镧、硝酸镧、氢氧化 镧等。中国具有丰富的稀土资源，贡献了全球70%产量。2022年全球稀土 产量约为30万吨，中国产量达到21万吨。国内企业中北方稀土、盛和资源 等具有氧化镧生产能力。 • 钛：氧化物固态电解质LLTO/LATP的原材料包括二氧化钛、焦磷酸钛等。 2022年全球钛资源储量（以TiO2计）约为7亿吨，以钛铁矿为主；国内占 据全球29%的储量，位列全球第一。全球钛矿下游需求主要是钛白粉（白 色颜料和功能性材料，主要成分为二氧化钛）、海绵钛等。国内主要钛白粉 生产企业包括龙佰集团、中核钛白、钒钛股份等。 

锗：氧化物固态电解质LAGP、硫化物固态电解质LGPS等原材料包括二氧化 锗、硫化锗等。2022年全球锗储量约为8600金属吨，中国储量为3500吨 左右，份额为41%，是全球第二大锗矿资源国（仅次于美国45%的份额）。 2022年全球金属锗产量约为182吨，其中国内产量占比近7成。锗是重要的 半导体材料，主要应用场景包括红外成像领域（43%）、光纤通信领域 （28%）、光伏领域（19%）等。驰宏锌锗具备金属锗年产能60吨（全球 三分之一左右、国内50%左右份额）、探明锗资源量超600吨，2022年产 量达到55.9吨。云南锗业具有锗资源储量超600吨，目前布局有区熔锗锭、 二氧化锗、太阳能锗晶片、光纤用四氯化锗、红外光学锗镜头等产品。

海外电池企业主打全固态路线

海外企业多直接布局全固态电池产品，目标多为2025-2030年之间实现相应产品量产。日韩企业在固态电池上积淀较深，以硫化物方案为主；欧美以初创企 业为主，技术路线相对多样。

固态电池电解液添加方式与封装方式有所变化

固态电池与液态电池生产/制造差异在于： • 电解质添加方式不同：全固态电池无需注液， 而是将正极、负极和固态电解质膜通过加热压 缩等方式来实现良好的机械接触；半固态电池 生产中需进行注液来添加电解液和固态电解质。 此外，固态电池后段没有化成工序。 • 封装形式不同：全固态电池由于固态电解质柔 韧性较差，故而采用叠片设计方案，辅以软包 /方形的封装方式，在入壳时更好的保护电芯 的结构。液态电池则可以使用叠片或卷绕的方 案，并搭配圆柱/方形/软包等封装形态。

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