2024年固态电池专题报告：锂电周期将起，固态体系升级

1. 固态电池产业逻辑：周期将起+体系升级

1.1. 锂电池产业周期将起：需求预计向好

中国锂电池产业链产值超万亿元，领跑全球市场。1）消费：据央视新 闻报道，锂电池产业链下游需求大致包括新能源汽车、储能、消费电子，其 中占比最高的为新能源汽车，2023 年约 70%；2）投资：据 GGII 不完全统 计，2023 年 13 家国内锂电企业海外建厂，投资总额超过 1340 亿元；3）出 口：据 CIAPS，2023 年我国锂电池出口约 650 亿美元，同比+28%，其中欧 洲 254 亿美元（同比+20%），亚洲 206 亿美元（同比+26%），北美 141 亿 美元（同比+37%）。

需求驱动，锂电池产业链或周期向上。分开来看：1）GGII 预计，2024 年全球新能源汽车销量有望突破 1800 万辆，电动车渗透率超过 20%；2） Trendforce 预计，2024 年全球储能新增装机 74GW/173GWh，同比+33%/41%； 3）Counterpoint Research 预计，2024 年全球智能手机出货量约 12 亿部，同 比+3%。

电池价格已大幅下降。据 GGII，电芯价格一路下探，部分企业电芯价 格跌破 0.4 元/Wh，已有 0.38 元/Wh 报价。相应的，碳酸锂价格也经历了下 滑，据 GGII，碳酸锂价格从 2023 年初 55 万元/吨跌至年底 10 万元/吨，进 入 2024 年仍处于底部区域，4 月来到 11 万元/吨附近。 原因在于短期相对需求不强。据 GGII，2024 年预计中国锂电池出货量 将超过 1100GWh，同比将超+27%，其中动力超 820GWh，同比超+20%，储 能超 200GWh，同比超+25%。据 Infolink，2024 年预计全球电芯产能 3400GWh，其中动力约 2460GWh，储能约 750GWh。据 SMM，2022 年中 国产能占据全球 80%的份额。

1.2. 固态体系升级进行中：产业化正在逐步落地

据 EV tank，2023 年全球锂电池出货量达 1203GWh，预计 2025 年超过 1900GWh，2030 年超过 5000GWh。据 Infolink，二三线厂商报价接近成本， 利润微薄，甚至亏损（截至 2024 年 3 月）。

近年来，全球各国各地区都在积极推进固态电池研发。中国 2021 年出 台《新能源汽车产业发展规划（2021-2035）》，2023 年发布《关于推动能 源电子产业发展的指导意见》都包含固态电池相关推进意见。美国 2021 年 发布《锂电池 2021-2030 年国家蓝图》，目标 2030 年实现固态电池规模化 生产。日本 2022 年更新《蓄电池产业战略》，也提出了 2030 年固态电池商 业化。韩国发布《2030 二次电池产业发展战略》和《二次电池产业创新战 略》，提出 2026 年实现车端固态电池商业目标。欧盟也在 2023 年发布《欧 洲电池研发创新路线图》和第三版《电池 2030+路线图》，提出相关预期目 标。

产业化推进：中国台湾辉能科技中试线送样。辉能科技成立于2006年， 专注于固态电池的研究、开发和制造。通过其中试生产线，已向全球汽车公 司提供约 8000 个固态电池样品。

车端应用：蔚来、智己、广汽搭载固态电池新车型即将上市。据电池中 国，蔚来汽车搭载的半固态电池，能量密度 360Wh/kg，容量 150KWh，预 计 2024 年实现量产；智己 L6 搭载光年固态电池，能量密度 368Wh/kg，续 航可达 1000 公里；广汽昊铂全固态电池，能量密度 400Wh/kg 以上，预计 2026 年装车。

低空经济催化：政策引导固态电池动力方向。2024 年 3 月 27 日，工信 部、科技部、财政部、民用航空局联合发布《通用航空装备创新应用实施方 案（2024-2030 年）》通知，明确指出：“加快布局新能源通用航空动力技 术和装备，推动 400Wh/kg 级航空锂电池产品投入量产，实现 500Wh/kg 级 航空锂电池产品应用验证”，引导固态电池动力方向。

2. 关注三个方向：材料选择+成本比较+产业进度

2.1. 材料选择：聚合物、氧化物、硫化物

固态电解质主要分为三大类：聚合物、氧化物、硫化物。1）聚合物电 解质是由基体和锂盐组成的，基体是高分子聚合物，如聚氧化乙烯（PEO） 等，锂盐是 LiPF6 等，具有安全性高、重量轻、容量大等优点。2）氧化物 电解质包括晶态和玻璃态两类，晶态包括钙钛矿型、NASICON 型等，玻璃 态包括 LiPON 型等，氧化物的空气稳定性较好，但离子电导率不如硫化物。 3）硫化物电解质也是包括晶态和玻璃态两类，用 S 替代氧化物中的 O，如 LGPS（Li10GeP2S12）等，离子电导率高，但是化学稳定性相对较差。

聚合物：聚合物电解质的优点在于延展性好和易于加工，但在室温下离 子电导率低（10−8∼10−5 S/cm）以及高界面阻抗等阻碍了其进一步发展。1973 年 Fenton 等首次发现 PEO 在一定条件下具有离子导电性，后 Berthier 等将 其用于固态电池，此后低电压稳定的聚合物电解质被开发。由于对高电压稳 定性需求的存在，又开发出 PPN 等聚合物电解质。总体来看，单一电解质 很难匹配正负极的综合需求，多层结构聚合是一个可行性的策略。

氧化物：氧化物电解质的离子电导率较高（10-3 至 10-4S/cm)，1992 年 开发的 LiPON 电解质，适用于薄膜电池。1993 年开发的钙钛矿型（LLTO）， 离子电导率超过 2×10-5 S/cm，1997 年开发的钠快离子导体型（NASICON） 包括 LAGP 和 LATP，离子电导率分别为 10-4 S/cm 和 1.3×10-3 S/cm，2007 年开发的石榴石型 LLZO，离子电导率 3×10-4 S/cm。

钙钛矿型（LLTO）：钙钛矿型的结构可以用 ABO3表示，A 表示较大 的阳离子，一般是稀土元素，如 Nd 或 La，B 表示小的阳离子，一般是过渡 金属离子，如 Al 或 Ti。典型的如镧钛酸锂 La2/3−xLi3xTiO3（LLTO）体系， 其电解质的传导机理分为二维和三维两种。LLTO 电解质的晶界电阻较大， 与其结构和化学不稳定性相关，可通过元素掺杂、电解质复合、提高烧结温 度、Li 源过量等方式提升其离子电导率。至于 Ti 和 Li 的稳定性问题，可通 过电解质表面薄膜沉积尝试去改善。

石榴石型（LLZO）：已开发出 Li7La3Zr2O12体系，不仅对金属锂有较 高的化学稳定性，并且也有较高的离子电导率（2.44×10-4S/cm）。LLZO 存 在两种晶型，一种是 I41/acd 空间群的稳定四方相结构（离子电导率较低）， 另一种是 Ia3d 空间群的稳定立方相结构（离子电导率较高），在电解质体系的本身研究中，重点是将其稳定在立方相阶段，以维持其高电导率水平， 采取的方式包括离子掺杂、添加烧结助剂、改善制备工艺等。除此之外，电 解质和电极的界面相容性也是一大问题，可通过界面修饰、退火烧结等方式 进行改善。

钠快离子导体型（NASICON）：NASICON 结构化合物公式为 AM2(PO4)3，其中 A 点位被碱金属离子（如 Li+、Na+）占据，M 点位被 Ti、 Ge、Zr 占据。比较著名的（LATP）体系为 Li1+xAlxTi2−x(PO4)3，是用 Al 对 LiTi2(PO4)3（LTP）进行掺杂，当掺杂量是 0.3 时，得到的 LATP 具有最高的 离子电导率，特定条件下可达 1.21×10-3S/cm，但由于 LATP 存在本征缺陷， 其 Ti 易于锂金属负极触发副反应，后用 Ge 替代 Ti 得到的 LAGP 体系可进 行一定程度的改善，除此之外，还需要界面涂层、表面沉积等方式配合。

硫化物：硫化物相比氧化物进行硫和氧元素置换，相比氧化物电解质， 硫化物电解质表现更高的离子电导率。从分类来看可分为二元、三元、多元 等。二元 Li2S-P2S5，热压离子电导率达 1.7*10-2S/cm；三元中 thio-LISICON 结构的典型代表是 Li10GeP2S12（LGPS），离子电导率达 1.2*10-2S/cm，硫 银锗矿结构的 典型代表是 Li5.5PS4.5Cl1.5，离子电导率达 1.02*10-2S/cm；多 元硫化物如 LSPSC、Li6.6Si0.6Sb0.4S5I 等离子电导率达 2.4*10-2S/cm。

2.2. 成本和进度：目前成本高，半固态落地

液态锂电池 LFP 电芯成本约 0.33 元/Wh，电解液和隔膜占成本比例约 10%。电解液价格约 5 美元/kg，与之对应的，聚合物电解质 PEO 约 700 美 元/kg，氧化物电解质 LLZO 约 2000 美元/kg，硫化物 LGPS 约 69500 美元 /kg，固态电解质成本远高于目前液态体系，工艺路线尚未成熟，降本仍需 规模化。 据起点锂电微信公众号，日产汽车：计划于 2025 年 3 月开始生产全固 态电池，预计 2028 年实现量产。电芯能量密度可达 700Wh/kg 以上，循环 寿命超 10000 次，快充性能最高超 10C。广汽：2024 年 4 月推出能量密度 达到 400Wh/kg 以上的全固态电池。已经完成了 30Ah 大容量全固态电芯研 发，预计 2026 年运用到昊铂车型上。 据 NE 时代新能源微信公众号，智己汽车（与清陶能源合作）：预计 2024 年量产装车，续航提升同时成本下降 10%-30%。搭载清陶能源电池的 智己 L6 续航能力可达到 1000km。半固态电池能量密度可达 360Wh/kg 至 420Wh/kg。

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