2024年固态电池行业专题报告：性能全面革新，材料体系迎来增量

固态电池：材料体系多重升级，性能全面革新

固态电池：采用固态电极和固态电解质的一种锂电池

传统锂离子电池包括正极、负极、电解液、隔膜四大 组成部分，而固态锂电池是一种采用固体电极和固体 电解质的锂离子电池，不使用有机电解液和塑料类高 分子隔膜，电池负极未来可以用锂金属替代石墨和硅 作为原材料。

按照电解质固液比例的不同，固态电池可简单分为半 固态、准固态和全固态三种，固态电解质比例依次上 升。半固态电池基于高安全性、与现有产线的高兼容 性以及良好的经济性，成为当下液态电池向全固态电 池过渡的最优选择。

电解质：类型包括无机固态和聚合物固态，性能各有优劣

固态电解质是固态锂离子电池的核心组成部分，可同时作为电 池的隔膜以及电池的电解质。电解质的核心作用是起着在正负 极之间传输Li+的作用。理想的固态电解质应满足离子电导率高、 界面阻抗低、结构稳定安全性高、机械强度高、价格低廉等特 点。目前来看，根据电解质的不同，主要可分为聚合物固态电 解质和无机固态电解质。前者代表性的体系是PEO聚环氧乙烷； 后者是氧化物、硫化物和卤化物体系。

正、负极：正极采用高镍三元等，负极可选硅负极和锂金属

正极材料：主要沿用高镍三元路线，正在向超高镍、富锂锰基、高压尖晶石镍锰酸锂等高能量密度的新型材料迭代升级。 负极材料：主要包括金属锂负极、碳族负极和氧化物负极（含硅氧）。其中金属锂具备较高的理论比容量和较低的负电 极电位，但成本较高、安全性较差；碳材料主要包括石墨、硬碳、软碳、碳纳米管、石墨烯等，其中石墨负极技术已经 成熟，但比容量偏低；硅负极有着比石墨高近10倍的理论比容量，但硅在吸收锂离子时体积膨胀巨大，这会导致电池的 快速衰减。

性能：在安全性、能量密度、循环寿命等方面具备显著优势

固态电池的最大优势在于高安全性和高能量密度，此外在轻量化、循环寿命和工作温度范围等方面也具备优势。 （1）高安全性：固态电池具备本征安全性。对于液态锂电，热失效原理包括碳酸酯类低沸点组分易燃易挥发；高温下电解 液与正负极反应，产生气体；聚乙烯膜易熔融，低温易皱缩。而固态锂电的固态电解质的熔沸点很高，而且无液态电解液， 因而无燃烧热源。 （2）低温性：固态电池具备宽温域，范围为-30°C到100°C。（3）轻量化：在液态锂电池中，隔膜和电解液合计占据电池近40%的体积和25%的质量，在被固态电解质取代后， 电池的厚度可以大幅降低，同时安全性提高后，可以省去电池内部的温控组件，进一步提高体积利用率。 （4）高能量密度：固态电池的正负极均采用高比能电极材料，且轻量化后，可大幅度提升体积及质量能量密度。 （5）长循环寿命：固态电池克服了锂枝晶现象，不需要承受液态电解质中的化学物质带来的电极生锈或电解质中固 态层的积累而降低电池寿命，理想状态下固态电池循环性能可以达到45000次左右。

产业进展：国内主攻氧化物， 半固态量产装车先行

支持政策：目前总体以前瞻性布局为主，产学研共同推进

国内：目前国内对于关键共性技术及产业化技术主要采用产学研用创新联合 体的形式，前瞻性技术主要以高校和科研院所为主，补贴相对较少，以市场 化驱动为主。

海外：日本目前以丰田公司总牵头，联合日产和本田公司，松下电池等5家 电池公司，三井金属等15家材料公司，京都大学和国家材料研究所等15家高 校和研究所，共同推进固态电池量产。此外欧盟和美国均发布了固态电池发 展规划。

技术布局：各企业技术布局重心不同，中国以氧化物为主

日韩：日本在固态电池技术的研发上起步较早，特别是在硫化物固态电解质这一前沿领域，韩国在固态电池领域的研发 策略聚焦于硫化物技术的同时，也在氧化物和聚合物体系上进行技术研究和储备。

美国：固态电池技术的发展主要由初创企业推动，如Solid Power、Quantum Scape、Factorial Energy、lonic Materials 等，在硫化物、氧化物和聚合物都有布局。

中国：主要布局者覆盖了老牌电池企业、背靠顶级科研院所的初创企业、上游原材料企业以及汽车企业等多个领域。其 中，卫蓝新能源、清陶能源、赣锋锂业、辉能科技、力神电池、山东金启航等企业主要研发方向为以氧化物材料为基础 的固液混合技术路线。恩力动力、中科固能、高能时代、宁德时代等布局硫化物路线。

产业进展：中国的氧化物路线进展较快

中国：布局氧化物的企业较多，且进展较快。卫蓝新能源、清陶能源、赣锋锂业、辉能科技、力神电池、山东金启 航等企业主要研发方向为以氧化物材料为基础的固液混合技术路线。根据集邦锂电的不完全统计，国内固态企业积 极展开半固态电池的产能布局，产能规划将超过400GWh，项目投资额将超过2000亿元。

产业进展：中国在硫化物路线亦有布局

中国：恩力动力、中科固能、高能时代等企业专注硫化物技术路线。其中，中科固能由中国科学院物理研究所联合 溧阳市政府于2022年10月共同创办，通过构建从硫系电解质到电解质膜、电极膜，再到电芯的纵向产品链，成功克 服了固态电池行业面临的高电解质成本和硫系化合物易与空气反应的技术难题。

车企进展：半固态已经装车，全固态或仍需到2027年后

半固态电池产业化装车先行。东风汽车、赛 力斯、蔚来、上汽集团等已有相关的产品推 出市场。目前，蔚来150kWh半固态电池已经 量产装车，上汽集团旗下搭载清淘能源半固 态电池的智己L6也将进入大规模量产阶段。

全固态电池方面，广汽集团提出2026年将实 现全固态电池的装车使用，长安和现代预计 2027年逐步量产应用固态电池，日产和东风 汽车2028年推出全固态电池量产车，宝马和 丰田预计2030前实现全固态电池量产。

2024年4月底，宁德时代首席科学家吴凯在重 庆国际电池展上表示，全固态电池的成熟度 指标，若用1-9数字表示，宁德时代目前的成 熟度在4的水平，目标到2027年到7-8的水平， 且在2027年实现全固态电池小批量生产机会 很大。

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编辑：火腿肠