2024年固态电池行业专题报告：具有技术颠覆潜力的新技术

1 固态电池：理想的电池形态

1.1 传统液态电池体系成熟，但难以出现大幅性能突破

锂离子电池已经得到广泛应用，体系成熟：锂离子电池是一种在储能领域、动力电 池及便携式电子设备中均得到广泛应用的一种储能器件，具有开路电压高、能量密度大、 使用寿命长、无记忆效应、无污染及自放电小等优点，是目前综合性能最好的电池产品， 也是可适用范围最广的电池产品。锂离子电池体系成熟，由正极、负极、电解液、隔膜 等部分组成，其工作原理为：锂离子电池在充放电过程中，锂离子在正负极之间嵌入和 脱出，同时伴随着电子在外电路中进行移动而形成外部电路的电流。充电时，电池正极 生成锂离子，经过电解液移动到负极并嵌入到负极碳层的微孔中。放电时，嵌在负极的 锂离子经过电解液移动回到正极。

传统液态锂离子电池无法同时满足安全和更高能量密度的要求：电动汽车和储能等 领域对电池的需求日益增长，这对电池能量密度和安全性能也提出了越来越高的要求。 根据工信部 2020 年制定的《节能与新能源汽车技术路线图 2.0》，单体电芯比能量要在 2025 年达到 400Wh/kg，2030 年达到 500Wh/kg。尽管目前电池的研究和工业化已经取得 了阶段性的成功，但是锂电池的能量密度仍不满足需求；目前行业内通常采用高镍正极 和掺硅负极的搭配来提升能量密度。然而，一方面高镍体系会带来安全性能的降低，另 一方面即使采用高镍体系，传统的液态锂离子电池体系也难以满足 400Wh/kg 的单体电芯 能量密度需求。此外从安全性能的角度来看，常规的液态有机电解质具有易燃、易泄漏 等缺点，容易引发起火、爆炸等安全问题。

1.2 固态电池具有技术颠覆的性能潜力

锂金属负极是打破能量密度瓶颈的关键：提高电池系统的能量密度可以通过提升成 组效率和电芯单体能量密度来实现，宁德时代的 CTP 方案和比亚迪的刀片电池方案即通 过提升成组效率来提升能量密度，而提高电池单体能量密度极具前景的策略之一就是使 用质量更轻的锂金属（相对原子质量为 6.941，密度为 0.534g/cm-3）作为负极材料。锂金 属作为负极材料具有高达 3860mAh/g 的理论比容量，是石墨负极的 10 倍，同时还具有最 低的电极电势（-3.04V vs．Li/Li+），是下一代可充电电池最有前景的电极材料。然而， 极度活跃的锂金属化学稳定性差，且在循环过程中锂金属不均匀沉积和剥离可能形成锂 枝晶，进一步刺穿隔膜从而造成电池内短路引发安全问题。

使用固态电解质才能从根本上解决安全问题及提升对锂金属的兼容性：使用液态电 解液的锂离子电池，不可避免地存在热失控问题，这也是近年来大多数纯电动汽车发生 严重自燃、爆炸事故的罪魁祸首。一方面，目前商用锂离子电池使用的电解液一般由有 机碳酸酯类有机溶剂与锂盐组成，这些有机溶剂包括碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)、 碳酸二乙酯(DEC)和碳酸乙烯酯(EC)等，在使用时均存在氧化分解、挥发和泄漏的风险; 另一方面，若采用锂金属负极，活泼的锂金属在循环过程中容易与电解液发生副反应， 持续消耗电解液和电极材料，在电池容量下降的同时诱生锂枝晶，进而造成严重的安全 问题。目前电池单体的热失控难以杜绝，而电池系统级别的防止热扩散设计也仅能防止 单体电芯热失控蔓延。如果要从根本杜绝安全问题，则要用新的材料替代当前的液态有 机电解液，而使用不可燃且坚固的固态电解质来代替有机液态电解液不仅可以消除燃烧 爆炸的风险，同时也可以大幅提升对锂金属的兼容性和电池的能量密度。 固态电池兼顾能量密度和安全性，具有技术颠覆的潜力：从兼顾高能量密度和本征 安全性两方面出发，以锂金属作为负极，使用稳定、不易燃烧的固态电解质的全固态锂 离子电池将成为未来最有技术颠覆潜力的电池。双极堆叠的可能性、锂金属负极的使用 能保证其具备大幅领先的能量密度，固态电解质则能够保证优秀的安全性能。

2 固态电解质：固态电池成功应用的关键，复合电解质是最具潜力 的发展方向

固态电解质是全固态电池成功应用的关键因素。一般来说，理想的固态电解质应该 具有小到可以忽略不计的电子电导率（<10−10S·cm−1）、优良的 Li+电导率(>1mS·cm−1 )、 良好的化学兼容性、宽的电化学稳定窗口、优异的热稳定性以及能够低成本的大规模生 产等特点。通常来说，具有代表性的固态电解质包括硫化物固态电解质、氧化物固态电 解质、金属卤化物固态电解质和聚合物固态电解质。 固态电解质各有特点，复合固态电解质可以实现优势互补，是最具发展潜力的方向： 聚合物电解质具有良好的界面相容性和机械加工性，但室温离子电导率低，限制其应用 温度；无机氧化物电解质电导率较高，但存在刚性界面接触的问题以及严重的副反应， 且加工困难；硫化物电解质电导率高，但化学稳定性差，可加工性不良。针对这些问题， 目前复合固态电解质是最具发展潜力的体系，一方面，可以在聚合物电解质中引入惰性 无机纳米粒子，改善聚合物电解质性能；另一方面，可以通过氧化物陶瓷或硫化物与聚 合物进行复合，实现优势互补。复合固态电解质具有更高的离子电导率和力学性能，同 时与电极具有更好的兼容性。

2.1 氧化物固态电解质：综合性能最优，加工性能差

氧化物固态电解质性能最全面，但刚性不足：氧化物固态电解质由于具有较高的热 稳定性和离子电导率在固态电池中具有显著的优势。然而，为了实现商业化应用，还需 要解决界面阻抗、加工难度和成本等问题。氧化物固态电解质根据形态不同可以分为晶 态和非晶态。晶态氧化物根据结构不同主要分为钙钛矿型、反钙钛矿型、钠超离子导体 型和石榴石型。

钙钛矿型：钙钛矿型结构固态电解质的结构与 CaTiO3 的结构相同，其结构式为 ABO3 （A=Li，La；B=Ti）。典型的钙钛矿型 Li3 xLa(2/3)-x□(1/3)-2xTiO3（LLTO，□为空位）具有 高体积 Li+电导率（室温下为 1×10-3S·cm-1），而高晶界电阻导致其总 Li+电导率低（2 ×10-5S·cm-1），LLTO 的晶界电导率可以通过添加材料或优化 Li 含量和熔炼温度来提 高。虽然这种材料具有适当的电化学窗口和高氧化稳定性，但其会由于 Ti4+的还原而与 锂金属发生反应。 反钙钛矿型：2012 年，分子式为 X+3B 2-A-的富锂反钙钛矿（LiRAPs）（例如：Li3OCl） 被研究人员发现，反钙钛矿的阴离子亚晶格呈体心立方（bcc）堆积模式，Li+离子占据立 方晶面中心位置，形成八面体单元，而这种结构恰好可以提升离子迁移率。因此，LiRAPs 通常具有约 10-3S·cm-1 的高 Li+电导率。通过卤素混合，Li3OCl0.5Br0.5 的 Li+电导率可达1.94mS·cm-1。此外，通过二价阳离子掺杂 Li3OCl，Li3− 2xMxOCl（M=Mg、Ca、Sr 或 Ba）玻璃电解质 Li+电导率在 25℃时可达到 25mS·cm-1。除了相当高的 Li+电导率外， LiRAPs 还具有对锂金属等低电位阳极的高稳定性。然而，LiRAP 对水分敏感，难以在大 气中合成。

钠超离子导体型（NASICON 型）：钠超离子导体型锂离子电解质的化学通式为 AxMM'(XO4)3，其中 A 代表 Li、Na、K、Mg 等碱金属和碱土金属元素，M 和 M'代表 Fe、 Ti、Zr 等过渡金属元素，X 代表 S、P、Si 等非金属元素，研究较为广泛的主要有 Li1+xAlxTi2-x(PO4)3（LATP）等。

2.2 硫化物电解质：性能优异，稳定性差

硫化物电解质性能最优异，但稳定性不足：硫化物电解质因其离子电导率高、电化 学窗口宽、机械性能好、晶界抗阻低等优异性能，被认为是目前极具发展潜力的固态电 解质，相比氧化物固态电解质，硫化物固态电解质有着更好的离子电导率，这使得其在 固态电池的应用中能表现出更优异的倍率性能，此外某些硫化物电解质与锂的电化学窗 口在 10V 以上，对高压正极材料兼容性强。但由于硫化物空气稳定性差，在空气中遇水 反应生成有毒气体 H2S，导致电解质结构被破坏和电化学性能衰减，这使得其制备条件 较为苛刻，制造成本高。硫化物电解质的第二个困境在于其热稳定性较差，在高温下易 发生相变，影响其稳定性和离子电导率。目前主流研究的硫化物电解质主要有三类：玻 璃陶瓷态电解质、硫代锂快离子导体（Thio-LISICON）、硫银锗矿型 Li6PS5X (X = Cl, Br,I)， 其性能各异。

玻璃-陶瓷态硫化物：玻璃陶瓷态硫化物电解质是一类具有独特结构和性能的固态电 解质，通过热处理非晶态的玻璃态前驱体使得部分材料发生结晶，从而在非晶态的玻璃 基体中形成分散的纳米尺度的晶体相，形成的晶体相能提供更多的离子传输通道，这使 得玻璃陶瓷态硫化物的离子电导率更高，但由于在制备过程中需要额外的热处理步骤来 形成晶体相，其制备工艺更复杂。 Thio-LISICON 型（LGPS）：在 Li2S-GeS2、Li2S-GeS2-Ga2S3和 Li2S-GeS2-ZnS 体系 中发现的 Thio-LISICON 结构来自 LISICON 型的 γ-Li3PO4 氧化物电解质，通过用 S 取代 O 得到，由于 S 的电负性比 O 低，半径更大，可降低 Li+结合能，拓宽 Li+迁移通道。因 此硫化物 Thio-LISICON 电解质通常具有比氧化物 LISICON 电解质更高的离子电导率； 2011 年报道了一种超离子固体电解质 Li10GeP2S12（LGPS），其离子导电率高达 1.2× 10−2S·cm-1 ，甚至超过了传统的电解液（1.0×10−2 S·cm-1）。LGPS 较高的离子电导率 得益于其具有三维框架结构，LGPS 由(Ge0.5P0.5)S4 四面体、PS4 四面体、LiS4 四面体和 LiS6 八面体组成。但是由于合成需要的 Ge 成本昂贵，研究者于是用更丰富的 Si及 Sn 取代锗， 合成出成本更低廉 Li4SiS4 及 Li4SnS4，发现 Li4SiS4 在常温下的离子电导率仅为≈10−8S/cm， 相对较低，Li4SnS4 的离子电导率在 100℃时为 3×10-4S/cm，在 20℃时下降到 7×10-5S/cm，电化学稳定性较差。

硫银锗矿型硫化物：硫银锗矿型硫化物因其低成本和高室温 Li+电导率（>10-3 S/cm） 等特性，被认为是另一种有前途的硫化物固态电解质；硫银锗矿型硫化物电解质主要有 Li7PS6 和 Li6PS5X(X=Cl,Br,I)两类。其中 Li7PS6 以高温相和低温相存在(分别为 LT-Li7PS6 和 HT-Li7PS6) ，两相的离子电导率均极低（LT-Li7PS6 的电导率为 1.6×10- 6S/cm, HT-Li7PS6 的电导率为 3.0×10-5 S/cm）；另一种结构的硫银锗矿 Li6PS5X(X=Cl,Br,I)具有立方 F43m 面中心对称(FCC)结构，具有优良的 Li+离子传输效率。

2.3 金属卤化物电解质：低成本，低电导率

金属卤化物电解质电化学窗口宽，但电导率低：金属卤化物电解质兼顾了高氧化稳 定性和宽电化学窗口的同时有部分材料兼顾了离子电导率。作为一类新兴的无机固态电 解质材料，卤化物基固态电解质在室温下的离子电导率能达到 10−3S·cm−1，且理论离子电 导率可达 10−2S·cm−1 量级，理论模拟结果表明，相比其他固态电解质，卤化物一般具有 较高的氧化还原电位，与高压正极材料具有更好的兼容性，可以实现在高电压窗口下的 稳定循环。尽管目前卤化物电解质的研究进展较快，但是其低离子电导率、正极材料兼 容性、空气/潮湿环境稳定性等问题还有待进一步改善，常见的卤化物电解质一般有三类： 1) Lia-M-X6；2) Lia-M-X4 及 3) LiaM-X8 类卤化物(M =过渡金属元素)其中，电导率达到 10−3 S·cm−1 的卤化物电解质多为 Lia-M-X6 类电解质以及部分 Li2-M-X4 类电解质。 Lia-M-X6 类：Lia-M-X6 电解质通常由 IIIB 族金属离子构成，具有较高的室温离子电导率。它们的锂离子传导特性主要受过渡金属离子和 Li+离子共同占据的八面体点位影响。 典型的晶体结构包括三方晶系(hcp-T)、正交晶系(hcp-O)以及立方晶系(ccp)。

Lia-M-X4 类：由二价金属离子 M 构成的正尖晶石相，如 Li2MnCl4 等以及由三价及 其他价态金属离子 M 形成的卤化物电解质。这类电解质的离子电导率较低，且部分在常 温下无法稳定存在。 LiaM-X8 类：以 suzuki 晶格为主，MX6 结构中的八面体相互分离，所有八面体空隙都 被 Li+占据，因为金属 M 的取代量低，提供的 Li+传输空位较少，所以这类电解质的离子 电导率一般不高。

2.4 聚合物电解质：加工简单，室温下离子传输效率低

聚合物固态电解质技术成熟，室温下电导率低：固态电解质与电极界面接触良好， 通常具有良好的柔韧性和可塑性，这使得其加工简单，它们可以适应不同的电池设计， 包括柔性和可穿戴电池；此外复合聚合物电解质材料可以提供比液态电解质更宽的电化 学稳定窗口，对高压正极材料的兼容性更强。由于聚合物基材料易于加工，在实现高比 能固态锂电池产业化方面具有明显优势，因此研发高性能聚合物固态电解质也成为研究 人员关注的焦点。但不得不提及的是许多聚合物固态电解质在室温下的离子导电率较低， 这限制了电池在低温下的性能；此外在电池充放电过程中，聚合物固态电解质可能会发 生体积变化和膨胀，这可能导致电解质层的破裂或与电极的分离，这严重影响了电池的 循环性能和安全性；根据聚合物的结构特性，聚合物电解质通常被分为三种主要类型： 固态聚合物电解质（SPEs）、凝胶聚合物电解质（GPEs）和复合聚合物电解质（CPEs）。

固态聚合物电解质：SPEs 是由固态聚合物基体和溶解在其中的锂盐或其他离子盐组 成，与液态电解质（LEs）相比，固态聚合物电解质挥发性更低，机械性能更优异，电解 质泄露的风险更低，此外柔性 SPEs 相对于无机固态电解质，其与电极界面接触良好，成 本更低，便于加工，更容易实现大规模生产。然而几乎所有 SPEs 在室温下的 Li+电导率 都非常有限（10-7—10-5S·cm−1），锂离子迁移数低（tLi+ < 0.5），并且电化学窗口狭窄， 这限制了其在固态电池的广泛应用。

凝胶聚合物电解质：GPEs 是一种介于液态和固态之间的电解质，其中聚合物链形成 了一个三维网络，而电解质盐则溶解在这个网络中。GPEs 中的液态增塑剂负责提供离子 传输通道，而聚合物基质则起到提供结构支撑和抑制液态泄漏的作用，这种结构使得 GP Es 既保持了聚合物的高机械强度，又具有较高的离子电导率。GPEs 拥有高室温 Li+电导 率（超过 10-3S·cm−1），然而液态成分仍然会引起一定的安全问题，在这方面使用不易燃 且热稳定的离子液体的离子凝胶电解质在一定程度上能提高电池的安全性，此外聚合物 基质和液态增塑剂之间的相容性较差、GPEs 与电极材料的界面稳定性等问题也可能影响 以 GPEs 作电解质的固态电池的长期性能。

复合聚合物电解质：复合聚合物电解质（CPEs）是由聚合物基体和无机填料组成的。 CPEs 结合了聚合物和无机 SEs 的优点，向 SPEs 中添加无机填料（特别是无机 SEs）可 以显著提高其室温 Li+电导率（σ>10-4 S·cm−1）。此外，无机填料还可以提升电池的机 械性能阻止电池内部的短路和燃烧等安全问题。具有更宽电化学稳定窗口的 CPEs 可以更 好地抵抗高压阴极和 Li 阳极接触时的自降解，更重要的是，由于 CPEs（通常为 PEO/PV DF(HFP)/PTFE）的优异延展性和加工性，它们易于被加工成薄 SE 膜，这使得其大规模 生产和应用在柔性电子设备中处于有利地位，但界面问题（无机填料可能影响电解质与 电极的界面接触导致界面阻抗增加）及机械性能问题（虽然其柔韧性较好，但 CPEs 的机 械强度不如纯 SPEs）也成为目前的技术痛点。

3 固态电池发展面临的问题及解决策略

离子运输机制、锂枝晶生长机制、固-固界面问题是固态电池面临的三大问题：尽管 固态电池能量密度与安全性占优，然而固态电池内部固-固界面能垒高导致锂离子传输速 率低、锂枝晶生长、界面反应、以及锂金属和固体电解质(SE)之间的物理接触等仍然存 在问题，导致成品固态电池充放电速度差，循环寿命低于传统液态电池，加之当前固态 电池制造工艺不成熟等挑战可能会限制固态电池整体性能，阻碍全固态电池的广泛实际 应用。

3.1 离子运输机制：制约充放电速度的关键

高离子电导率是提高全固态电池充放电速度的关键：固态电解质的离子电导率和固 态电池多尺度界面性质共同决定固态电池的电化学性能，相比之下，离子在固态电池界 面的迁移相对缓慢，这也是提高电化学性能的关键所在。当前固态电池面临的主要应用 瓶颈包括较慢的充放电速度和较快的容量衰减，这与固态电解质的物理化学性质密切相 关。与液态电解质不同，固态电解质中离子间相互作用力强，离子迁移能垒高（是液体 的 10 倍以上），其导致离子电导率低。因此明确高离子电导率的实现条件是发展高性能 固态电解质、提高全固态电池充放电速度的关键。 离子输运性能取决于在表界面的输运速度：固态电解质中的离子输运性能由离子在 相、表界面中的输运过程共同决定，在多晶固态电解质中，表界面离子输运（晶界和跨 晶界离子输运）被认为是离子输运过程中的限速步骤。但目前对表界面的结构组分以及 输运机理的研究尚不充分，需要业界继续发展更为先进的表征技术和计算方法以深入研 究晶格动力学和表界面的离子传输机理。

目前主要通过掺杂、开发纳米尺度结构以及界面工程等手段来改善离子电导率：目 前主要通过掺杂、开发纳米尺度结构以及界面工程等手段来改善离子电导率，近年来也 有研究发现体相中电导率的优化可以通过调控晶体结构特点实现，比如晶格体积、输运 瓶颈尺寸、晶格畸变、缺陷等。总体来说，目前业界对于离子运输机制的理解远远不够， 不同固态电解质体系的离子输运机制也存在较大的差异，仍需要对离子输运过程进行详 尽且全面的研究，从而揭示可在各类固态电解质体系中使用的离子输运机制。

3.2 锂枝晶生长机制：固态电池安全性挑战

锂枝晶在电池内部生长易引发安全风险：固态电解质虽然具有高机械强度，但仍然 难以完全抑制锂枝晶的生长和实现锂金属的均匀沉积。锂金属可能在负极表面形成枝晶， 甚至在固态电解质内部成核，导致电池短路，从而引发安全风险。 根据著名的 Monroe 和 Newman 模型，在基于聚合物电解质的锂金属电池体系中，当 固态电解质的剪切模量高于锂金属剪切模量的两倍时，可以抑制锂枝晶的生长。基于此 理论，高剪切模量的无机固态电解质被认为能有效解决锂金属负极的枝晶问题。然而， 对于剪切模量较高的无机固态电解质，其在有限的电流密度下循环时却也容易形成锂枝。

添加剂及结构设计可抑制锂枝晶的生长：对于聚合物固态电解质而言，其柔软的特 性很难阻止枝晶的形成，但是也可以通过提高离子导电性、添加无机填料、添加额外的 聚合物等方式来改善锂枝晶的形成；而对应无机固态电解质而言，可以通过改变微观结 构缺陷、提高相对密度、降低电子导电率、管理电流密度等方式来抑制锂枝晶的形成。

3.3 固-固界面问题：固态电池性能及安全性关键挑战

固-固界面问题直接影响固态电池的循环寿命等性能：固态电池固固界面接触大部分 情况下，接触方式为点接触，接触面积小。部分电池体系下，界面初始可能是面接触， 但是随着电池的循环，电极材料不可以避免地发生体积膨胀，使得原本良好的接触恶化， 从而增加界面阻抗，电池性能持续恶化。同时持续应力累积也可能导致正极和固态电解 质层中产生微米级裂纹，正极与电解质之间的接触恶化，加剧电池性能衰减。

固态电解质与金属锂在外加电位下会发生电化学反应，固态电解质与锂金属之间的 接触界面通常比较脆弱，接触电阻可能比较大，如果界面不稳定，可能会引发剧烈的界 面反应，导致界面性能迅速退化。而在液态电解质系统中，锂金属表面会形成动态 SEI， SEI 层能够在一定程度上缓解电解质与锂金属之间的副反应，同时保持锂离子的导通性。 此外，液态电解质具有良好的接触性和润湿性，可以在一定程度上自我修复或重新形成 S EI 层，从而适应锂金属沉积过程中表面形态的变化，并使锂枝晶的形成和生长更容易控 制，因为在液态电解质的作用下，锂可以更均匀地沉积。

固态比液态更容易由于界面问题出现热失控：固态电解质一旦形成裂缝或与锂金属 接触不良，就不像液态电解质那样能形成 SEI 膜并具有自愈性，更容易导致锂离子传输 通道断裂，形成锂枝晶，枝晶持续生长可能穿透电解质，造成电池短路大量产热、温度 升高。而高温可能会引起正极发生分解，高比容三元正极材料在热分解时可能产生氧气， 与锂金属负极反应，引发放热反应，导致电池温度进一步升高和热失控。

界面工程与改性能有效解决固固界面问题：针对固态电池存在的固固界面问题，目 前主流通过界面工程与改性来改善，通过材料与工艺两个维度实现改善。1）材料维度: 选择体积变化更小的 Li 金属负极和包覆复合正极。2)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。

4 产业化进展及市场空间

4.1 固态电池技术成为热门概念，多元化发展

技术飞速发展，政策催化固态电池产业化：过去二十年中锂固态电解质和固态锂电 池相关研究的进展可以大致分为三个阶段。从 2000 年到 2010 年，年度文章发表和专利 申请数量保持在较低水平。从 2011 年到 2015 年，文献数量的稳步增长表明该领域的逐 渐发展。2015 年之后，文章和专利的数量实现了爆炸性增长，并且今天仍在迅速增加。 显然，固态锂电池技术已成为学术界和工业界的热门概念，并受到全球科学家和工程师 的广泛关注。

中国专利领先：在文章发表数量和比例方面，中国、美国、日本、德国和韩国排名 前五，分别占 35.5%、16.1%、10.2%、7.5%和 6.3%。显然，在文章发表方面，中国目前 在固态锂电池领域处于领先地位。此外，专利申请数量和比例显示，中国（39.5%）、日 本（21.4%）、美国（14.8%）、韩国（5.7%）和德国（2.6%）排名前五。

中日韩欧美技术领先：中国、日韩、欧洲和美国在固态电池技术方面具有较强的研 发能力和自主创新能力，并且现在是该领域的主要研发国家，除了各国当前在科研方面 取得的显著进展以外，固态电池产业发展迅速也与相关政策和计划有着深刻的关系。

各国技术路线各异：在技术方向上，日韩起步最早并选择了硫化物固态电解质路线； 欧美选择氧化物固态电解质路线居多，且均在直接开发锂金属负极应用；中国三种固态 电解质路线均有布局，在开发全固态电池的同时也在大力发展对现有产业更友好的半固 态电池。

4.2 半固态已经量产装车，全固态 2027 年有望开始量产装车

半固态电池已经量产装车：2022 年以来，固态电池的研发和产业化取得了明显的进 展，尤其是伴随着以卫蓝新能源和赣锋锂电等为代表的中国企业的半固态电池的量产装 车，标志着半固态电池在 2023 年实现了经济学意义上的产业化。 全固态 2027 年有望实现量产装车：尽管许多公司声称已经实现了性能非常好的固态 电池制样和测试，但到目前为止，全固态电池仍处于实验室研究和开发阶段。综合工信 部针对固态电池的专项计划和目前业内专家学者的观点，我们预计固态电池的大规模生 产和装车应用将在 2027 年左右开始到来。

4.3 市场空间：预计 2030 年出货超 600GWh，市场超 2500 亿元

半固态率先产业化，预计 2030 年市场规模超 2500 亿元：2022 年以来，固态电池的 研究和产业化已经取得了较为明显的进展，尤其是清陶、卫蓝固态电池企业的半固态电 池交付车企并实现装车。基于目前的现状，预计到 2030 年全球固态电池的出货量将达到 614.1GWh，在整体锂电池中的渗透率预计在 10%左右，其市场规模将超过 2500 亿元， 主要出货电池仍然是半固态电池。

预计 2030 年固态电解质需求超 6 万吨，市场规模超 60 亿元：作为固态电池最重要 的组成部分，固态电解质的需求也将随着固态电池需求增长而增长。若按照平均每 GWh 需求固态电解质量为 100 吨来计算，预计 2030 年固态电解质的需求将超 6 万吨，市场规 模超过 60 亿元（以价格 10 万元/吨进行计算）。

5 重点企业分析

5.1 卫蓝新能源

背靠中科院物理研究所，由陈立泉院士等专家共同发起创办：卫蓝新能源是中国科 学院物理研究所固态电池产学研孵化企业，成立于 2016 年，位于北京房山窦店，主营固 态锂离子电池，集研发、生产、市场、销售于一体，是国家级专精特新小巨人企业、独 角兽企业，具有 CNAS 资质，具有 40 余年固态电池产业研究经验，在多个固态锂电技术 领域实现“首次”突破。公司由中国工程院院士陈立泉、中国科学院物理研究所研究员 李泓、教授级高级工程师俞会根共同发起创办，汇聚了电池材料、电芯、系统等领域的 高精尖人才，公司现有人员超 1100 人，研发人员占比 32%，其中博士 20 多人，硕士 20 0 多人。 产品应用领域覆盖广，已量产交付蔚来汽车：公司产品主要应用领域涵盖新能源汽 车、储能、小动力三大部分，其中典型电芯产品包括：360Wh/kg 高能量密度动力电芯， 具备超高能量密度，单次续航里程 1000+km，已于 2023 年底量产交付蔚来汽车，并在多 家知名整车厂获得定点；280Ah 超高安全储能电芯，已于 2023 年下半年量产交付，为三 峡、海博思创、国电投等多个储能项目供货；320Wh/kg 高能量密度小动力电芯，目前已为国内外多家无人机、机器人、便携电源等客户供货。

公司规划有四大电池基地：卫蓝新能源目前规划江苏溧阳、浙江湖州、山东淄博和 北京房山四大生产基地，目前总共有 5.6GWh 产能，规划产能超 100GWh。公司溧阳基 地于 2020 年投产，湖州基地已于 2022 年全面投产并成功交付产品，山东淄博一期于 2023 年投产。

5.2 清陶能源

固态产业化领跑者，由南策文院士领衔创办：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，专注于固态锂电池及相关配套产业链的研发生产，并已在固态电池核心材料、核心工艺、定制设备方面实现了自主可控。公司专注于 新能源材料的产业转化，率先实现了固态锂电池的产业化，并建成了规模化固态动力锂 电池量产线，着力打造整合“固态锂电池—关键材料—核心装备—综合利用”全产业链。 产能扩张积极：清陶能源总部位于江苏昆山，目前在江苏盱眙建有核心材料生产基 地，在江苏昆山和江西宜春分别建成 0.6GWh、1GWh 电池生产基地，在广东惠州和江苏 盱眙分别建有电池相关设备生产基地，在贵州铜仁建有电池回收基地。同时，为了满足 不断增长的市场需求，扩大生产规模，清陶能源已经布局并获批建设在江苏昆山的 10G Wh 固态动力电池生产基地、浙江台州的 10GWh 固态电池生产基地和四川成都的 15GWh 固态储能电池生产基地。

深度绑定上汽：上汽集团分别于 2020 年和 2022 年通过基金方式参与投资清陶能源， 2023 年，上汽集团再次通过嘉兴创颀与嘉兴颀骏一号再向清陶能源追加投资不超过 27 亿元。技术研发方面，上汽集团与清陶能源在 2022 年 7 月共同设立了固态电池联合实验 室，推动固态电池材料、电芯与系统的联合开发，加快推进固态电池产品的量产装车。2 024 年 4 月，上汽旗下的智己汽车发布智己 L6，搭载与清陶共同研发的第一代固态电池。

5.3 赣锋锂电

依托锂资源优势，从事固态电池产业化：江西赣锋锂电科技股份有限公司是赣锋锂 业的控股子公司，背靠赣锋锂业的品牌、技术、资源。赣锋在 2016 年便已着手固态电池 布局，浙江锋锂新能源科技有限公司是固态电池及材料的核心研发、生产基地，产品包 括固态锂离子电池、固态锂金属电池、固态锂电池模组、固态电解质材料等。公司在氧 化物和硫化物固态电解质、半固态和锂金属负极固态电池均有储备，其中半固态电池已 经进入了产业化的阶段。 实现固态装车，发布“新锋”电池：赣锋锂电选择锂金属负极体系作为公司固态电 池技术路线的发展方向，该技术路线能量密度高，发展潜力大，第二代固态电池能量密 度达到 400Wh/kg。2022 年，赣锋-东风 E70 固态电动车实现装车运营，2023 年 7 月，由 赣锋锂电重庆项目生产的首批固态电池开始交付。2023 年 9 月，公司发布了半固态“新 锋”电池，可以实现 10 万公里无衰减、3000+次循环寿命等性能提升。

5.4 宁德时代

传统锂电巨头布局固态电池:宁德时代是全球领先的锂离子电池研发制造公司，专注 于新能源汽车动力电池系统、储能系统的研发、生产和销售。作为传统的锂电巨头，公 司 2023 年 4 月发布了凝聚态电池，能量密度最高可达 500Wh/kg，目前正在进行民用电 动载人飞机项目的合作开发，执行航空级的标准和测试，同时还将推出凝聚态电池的车 规级应用版本。

5.5 辉能科技

与梅赛德斯深度合作：辉能科技于 2006 年在中国台湾成立，是一家专注于固态电池 研究、开发和制造的能源创新公司。通过多年的电池研究和开发，辉能的电池满足了包 括极高的安全性、高能量密度和低成本等要求。凭借其自动化中试生产线，辉能已为全 球汽车制造商提供了近 8000 个固态电池样品电池，用于测试和模块开发。2022 年，公司 与梅赛德斯-奔驰签署了就固态电池的技术合作协议，以开发下一代电池。2023 年，公司 宣布在法国建设 48GWh 超级工厂。 拥有坚实的技术护城河，商业模式独特：公司拥有超过 17 年的研发经验，并已取得 超 760 项专利。公司具备独特的商业模式，可以直接以 Inlay 形式出货(正负极、电解质 组成的薄片)，并具备三大核心技术：1）MAB：多轴向双极电池技术，采用 CTP+内部串 联方式，大幅提升封装效率；2）LCB：通过 Ceramion 内导技术降低内阻、Logithium 封 装技术提升加工性能，进而解决氧化物电解质的导电性和脆性问题；3）ASM：主动隔断 高温产热及释放，钝化正负极，提升安全性。

（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。）