2024年固态电池行业深度报告：硫化物未来潜力最大，开启电池发展新纪元

PART1 全固态电池大幅提升安全性，突破后有望替代液态电池

固态电池：电池的终极技术，相当于把汽油换成沙子

液态电池为正极+电解液+隔膜+负极结构，为目前大规模量产形态； 半固态电池为正极+电解液+隔膜（涂覆固态电解质）+负极结构，和液态电池结构一致，被认为是过渡态技术； 全固态电池为正极+固态电解质片+负极结构，电池整体为三明治结构，被认为是未来电池终极技术； 液态电池到全固态电池，核心是将电解液+隔膜替换为固态电解质。电解液相当于汽油，汽油浸润性好，但容 易燃烧，安全性不足；固态电解质相当于沙子，安全性大幅提升，但是浸润性差。电解液到固态电解质，相当 于沙子去替换汽油，这是一把双刃剑，必然带来一些优势，但也会引入避免不了的劣势。

固态电池：提升安全性+能量密度，降低循环+快充性能

传统液态电池中，电解液相当于汽油，汽油浸润性好，对应循环次数高，快充性能好，但容易燃烧，对应的是 安全性不足，能量密度有限； 固态电池中，固态电解质相当于沙子，大幅提升安全性，打破能量密度瓶颈，但是浸润性差，有固-固界面问 题，对应的是循环次数低，快充性能差。 液态电池到全固态电池，会提升安全性、提升能量密度，但是降低循环次数和快充性能，电池终极技术或为一 把双刃剑。

固态电池：待短板性能突破后，有望大规模替代液态电池

固态电池的短板是电解液换为固态电解质的必然结果，目前液态电池的综合性能较好，成本处于较低水平，而 固态电池想要大规模的替换掉液态电池，短板性能需要达到电车要求，而此时液态电池性能必然过剩。 固态电池（性能均衡时候）：安全性好，能量密度高，具备核心优势，但循环+快充性能也需满足电车需求， 性能较为均衡，快充性能4C以上，循环3000次以上，续航1000km以上。 液态电池（必然性能过剩）：固态电池满足以上条件时，液态电池快充性能或达6-8C以上，循环或达2万次以 上，性能必然过剩，此时引入固态电解质，才能将短板性能达到电车要求，进而成为电池终极路线，我们预计 时间点至少在2030年以后。

PART2 海外抢先押注全固态电池，国内加快引导行业发展

海外政策：抢先研发布局全固态电池，资金补贴大力推进技术落地

海外整体布局领先，大额补贴抢先押注全固态电池技术。日本押注硫化物路线，研发布局最早，技术和专利全 球领先，打造车企和电池厂共同研发体系，政府资金扶持力度超2千亿日元（94亿元RMB），力争30年实现全 固态电池商业化，能量密度目标500Wh/kg。韩国选择氧化物和硫化物路线并行，政府提供税收抵免支持固态 电池研发，叠加动力电池巨头联合推进，目标于25-28年开发出能量密度400Wh/kg的商用技术，30年完成装 车。欧洲以聚合物路线为主，同时布局硫化物路线，其中德国研发布局投入最大。美国全路线布局，由能源部 出资，初创公司主导研发，并与众多车企达成合作，目标在30年达到能量密度500Wh/kg。

国内政策：此前市场驱动为主，24年加快引导行业发展

国内此前以市场驱动为主，短期聚焦半固态电池技术，24年政府加快行业发展，积极布局硫化物、聚合物等全 固态电池路线。20年起，我国首次将固态电池列入行业重点发展对象并提出加快研发和产业化进程，23年进一 步提出加强固态电池标准体系研究，但此前尚未出台补贴政策，仍以市场驱动为主，短期聚焦于更具兼容性、 经济性的聚合物+氧化物的半固态路线。24年5月，政府首次投入约60亿元用于全固态电池研发，相关项目由 政府相关部委牵头实施，经过严格筛选后，最后具体分为七大项目，聚焦硫化物和聚合物等不同技术路线，加 快全固态电池的商业化。

固态电池：有海外弯道超车风险，国家政策提供底层支持

国内液态电池技术大幅领先于海外，海外加码固态电池希望弯道超车，23-24年频繁宣传全固态量产计划，引 发国内危机意识，政府层面加快固态电池研发和支持力度，提供固态电池底层的支撑逻辑。 海外：此前抢先布局全固态电池，意在率先卡位下一代电池技术，日本资金扶持已超2千亿日元(94亿RMB)， 韩国已提供20%/50%的设备/研发税收优惠，德国已投资超10亿欧元(77亿RMB)，美国已投资超3亿美元(21亿 RMB)，海外24年频繁宣传全固态电池量产计划，目标27年小批量量产全固态电池。 国内：此前尚未出台补贴政策，引发政府危机意识，24年5月将投入60亿，加快全固态电池研发力度，包括宁 德时代、比亚迪、一汽、上汽、卫蓝和吉利共六家企业或获得政府基础研发支持，项目支持力度空前，固态电 池产业化加速，目标27年小批量量产全固态电池，实现千辆级别的示范运营。

PART3 硫化物未来潜力最大，为主流厂商重点布局路线

聚合物：加工性能最好，性能提升有限，已基本被淘汰

聚合物易于合成和加工，率先实现商业化应用，但常温电导率低，整体性能提升有限，制约大规模应用与发展。聚合物 固态电解质由高分子和锂盐络合形成，同时添加少量惰性填料。锂离子通过聚合物的分段运动，靠不断的络合与解络合 而传递。聚合物由于易加工、工艺兼容等优势，率先在欧洲商业化，技术最为成熟，但其电导率低、电化学窗口窄，仅 能和铁锂正极匹配，性能上限较低，工作时需持续加热至60℃，因此制约了其大规模应用，预计后续与无机固态电解 质复合，通过结合两者优势，在应用端实现性能突破。

氧化物：稳定性最好，加工性最差，率先用于半固态

氧化物稳定性最好，电导率一般，加工性能最差，目前发展进度较快。氧化物电解质是含有锂、氧以及其他成分(磷/钛 /铝/镧/锗/锌/锆)的化合物。氧化物热稳定性好、电化学窗口宽、机械强度高，缺点为电导率一般、脆度高难以加工、 界面接触差。量产方面，氧化物体系制备难度适中，较多新玩家和国内企业选取此路线，采用与聚合物复合的方式，在 半固态电池中率先规模化装车。

硫化物：电导率最高，兼具加工性能，未来潜力最大

硫化物电导率最高，兼具加工性能，未来潜力最大，但仍处于研发阶段。硫化物离子电导率最高，质地软易加工，可以 通过挤压来增大界面接触，从而提升电池性能。锂磷硫氯为主流硫化物固态电解质，但其合成需要使用大量昂贵的硫化 锂（国内报价约500万元/吨），行业经过长期的探索，仍无法降低硫化锂的成本。因此硫化物成本高，成为量产核心 难点之一，后续也可能通过开发锂磷硫氧氯等新体系，不使用硫化锂前驱体从而实现降本。此外，硫化物固态电解质存 在电化学稳定性差、空气稳定性差(遇水产H2S)、生产工艺难度大等问题，因此给电池制造量产带来诸多难点。整体看， 硫化物目前仍处于研发阶段，但后续发展潜力最大，待材料、设备、工艺突破后，预计成为未来主流路线。

PART4 硫化物路线存在诸多难点，带来材料/工艺/设备全新变化

硫化物：常用材料体系有四种，其中锂磷硫氯为主流选择

硫化物常用材料体系有四种，其中锂磷硫氯为主流选择。硫化物基固态电解质体系常见有四种，即锂锗磷硫 (LGPS)，锂硅磷硫氯(LSiPSCl)，锂磷硫氯(LPSCl)以及锂磷硫(LPS)。其中锂锗磷硫(LGPS)离子电导率最高，但 原材料成本极高，不能与锂金属共存，主要用于科研应用；而锂磷硫氯(LPSCl)具备成本优势，离子电导率优异， 并与锂金属良好的兼容性，成为量产主流选择，目前价格1-4万元/公斤，规模化后有望大幅降低。

锂磷硫氯：固相法离子电导率高，为目前主流工艺路线

锂磷硫氯可通过固相法和液相法合成，其中固相法离子电导率更高，为目前主流工艺主流路线。 固相法主要包括高能机械球磨法、球磨-烧结联用法和简单固相烧结法。固相法具备更高的离子电导率和产品 结晶度，但纯化相对困难，耗时长、能耗高，工艺效率低。固相法目前以球磨-烧结法为主，仍需解决原料混 合均匀性问题，为目前主流工艺路线。 液相法主要包括悬浮液法和溶解-沉积法。液相法具备更低的烧结温度，更短的合成时间，更适用于规模化生 产等，但其硫化物与溶剂有高反应活性，易化学降解，离子电导率低，溶剂有毒不环保；液相法短期具备成本 优势，批量化具有一定优势，但产品性能不及固相法，量产工艺需进一步优化。

设备：精度和能力要求大幅提升，目前设备仍无法满足需求

固态电池产线的关键设备有电极干法涂布设备，辊压热复合双轧一体机，极片胶框印刷&叠片一体机，高压化 成分容设备。固态电池生产对于设备的精度大幅提升，在均匀程度的要求上是微米级甚至纳米级，尤其使用的 干法工艺对设备的精度和能力要求较高，并且硫化物对金属具备腐蚀性，辊压时容易造成金属涂层脱落，此外 在极片成型、分散过程以及电池成型方面，都需要针对固态电池的特点开发定制化的设备和技术，才能保证电 池性能的一致性，目前生产设备仍不成熟，无法达到要求。

PART5 全固态电池取消隔膜/电解液，新增固态电解质/锂金属

材料变化：减少/取缔电解液的使用，增加固态电解质用量

无论是半固态电池还是全固态电池，想要提升能量密度，必然要更换正负极材料，或改变相关材料电压，否则加入固态 电解质后，能量密度不会有明显变化，甚至有些下降。

半固态电池：相比液态电池，半固态电池减少电解液的用量，增加聚合物+氧化物复合电解质，其中聚合物以框架网络 形式填充，氧化物主要以隔膜涂覆+正负极包覆形式添加，此外负极从石墨体系升级到预锂化的硅基负极，正极从高镍 升级到了高镍高电压/超高镍等，隔膜仍保留并涂覆固态电解质涂层，锂盐从LiPF6升级为LiTFSI，封装方式仍采用卷绕/ 叠片+方形/软包/圆柱的方式，能量密度可达350Wh/kg以上。

全固态电池：相比液态电池，全固态电池取消原有电解液，选用聚合物/氧化物/硫化物体系作为固态电解质，以薄膜的 形式分割正负极，从而替代隔膜的作用，其中聚合物性能上限较低，氧化物目前进展较快，硫化物未来潜力最大，负极 从石墨体系升级到锂金属负极，正极从高镍升级到了高镍高电压/超高镍/镍锰酸锂/富锂锰基等，封装方式采用叠片+软 包的方式，能量密度可达500Wh/kg以上。

锂金属：全固态电池未来标配，大幅提升能量密度

锂金属的能量密度最高，未来应用潜力最大，但存在锂枝晶等问题，无法使用在半固态电池中，预计在全固态电池中 实现突破。锂金属是固态电池最理想的负极材料，理论比容量高，还原电位最低，因此具有巨大潜力，但需解决锂枝晶 生长、循环时体积膨胀等问题，以优化金属锂安全性。半固态电池含有电解液，无法使用金属锂负极，但可以使用负极 预锂化的方式提升能量密度；全固态电池可以使用金属锂作为负极，能量密度可提升至400-500Wh/kg以上，但仍有 诸多工艺制造难题，导致产品价格较为昂贵，目前报价约1万元/kg。

PART6 国内、海外相关公司近况更新

宁德时代：推出凝聚态电池，布局硫化物全固态路线

长期技术发展看，固态电池为重点布局方向，短期由半固态电池过渡，宁德时代在半固态和全固态技术行业领先，全球 龙头地位长期稳固。

半固态：宁德时代推出凝聚态电池，兼具高比能与高安全，可快速实现量产。宁德时代23年4月推出凝聚态电池，能量 密度可高达500Wh/kg，并具备优秀的充放电性能，24年已具备车规级量产能力，同时进行航空级合作开发，已成功 试飞4吨级民用电动飞机，8吨级飞机预计27-28年发布，此外，今年底搭载宁德时代电池的eVTOL预计能够首次飞行。

全固态：宁德时代布局硫化物路线，目标27年小批量量产。宁德时代在全固态电池已投入7-8年的时间进行研究，布局 最具潜力的硫化物全固态电解质。曾毓群在24年世界动力电池大会表示，如果用技术和制造成熟度作为评价体系（1-9 打分），宁德时代的全固态电池目前处于4的水平，对比全世界的情况，研究算是“领先一大步”，或者英文叫做 “Second to none”，目标是27年达到7-8的水平，实现小批量生产。据晚点Auto，宁德时代在今年增加了对全固态 电池的研发投入，已将全固态电池研发团队扩充至超1000人，目前主攻硫化物路线，近期已进入20Ah样品试制阶段。

卫蓝新能源：承接物理所核心专利，主打原位固态化工艺

脱胎于中科院物理所，掌握原位固态化核心工艺，此前与蔚来汽车合作，量产进度相对较快。动力电芯：360Wh/kg，具备超高能量密度，单次续航里程超过1000km，已于23年底量产交付蔚来汽车， 并在江淮钇为等多家知名整车厂获得定点； 储能电芯：165Wh/kg，280Ah，具备超高安全性，已于23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； 小动力电芯：320Wh/kg，目前已为多家国内外无人机、机器人、便携电源等客户供货。

报告节选：

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