2025年非金属材料行业机器人专题报告：新材料推动具身智能突破能力边界

一、仿生或成为人形机器人最终形态

随着人形机器人的风潮席卷全国，人们开始畅想人形机器人的发展将成为新生代的科技引擎，带动经济社会快速发展。然而，在机器人设计理念的背后，鲜有人思考为何机器人要做成人形。下文将阐释我们对于人形机器人的理解，并分析其对材料应用趋势的影响。

1.1机器人为何做成人形?

关于机器人为何要做成人形这个问题,大致可以分为明面和深层两方面原因。明面原因是人形机器人与人类的生活场景高度契合:人形机器人设计之初就是为了服务人类社会，因此在大部分基础设施是为了人类方便所设计的基础上(譬如楼梯)，使用类人的运动结构可以更好的对接接口，从而达到无缝对接当前社会基础设施的效果。此外，技术上的通用可能也是当前人们纷纷研发人形机器人的原因，众所周知，人形机器人是机器人行业皇冠上的明珠，随着机械臂、机器狗、无人机等机械机构逐步成熟并形成产业化，基于以上技术，人们可以开发更复杂、更智能的类人机器人，从这里可以看出人形机器人的竞争实际上是国家之间产业链的技术比拼，也就是制造业最顶尖的科技的较量。

尽管通用接口可以有效降低人形机器人进入人类社会的门槛，但很多时候接口的匹配并不需要类人机械，例如自动驾驶不必真的需要一个机器人司机，炒菜机器人也不必真的需要一个机器人厨师。与此同时,人形机器人的普及率还存在商业上的质疑,毕竟从企业利润的角度来说，研发机械臂或机器狗可以很快的通过销售产品回收现金流，而人形机器人距离大规模进入千家万户尚需时日。

所以我们不得不在此重新思考这个问题:为什么人形机器人要被设计成人形?科幻电影或许已经告诉了我们答案--人们渴望人形机器人可能是出于更深层次的情感因素:

从 1968 年的《2001太空漫游》到 1982 年的《银翼杀手》，再到《终结者》系列电影以及近年来的国产科幻电影《流浪地球》,赛博朋克题材的影片中无不透露着人们对未来高科技时代中人工智能、仿生机器人的想。这是人类对于自身所处宇宙的唯一性的骄傲和孤独，也使得人类对与自己等同的“机器人”情有独钟--与机械狗、机械臂、无人机相比，制造类人结构的人形机器人更像是“创造人类”，是一种宗教式的自赏;

人形机器人从某种程度上能够满足人们对于“同类”的占有欲和支配欲。美剧《西部世界》中人形机器人存在的意义便是提供给游客良好的体验,《银翼杀手》中的银翼杀手自身也是服从人类指令的仿生人，人类指挥新型号的仿生人去淘汰老款仿生人。当科幻照进现实，随着人形机器人的仿真度、智能化水平越来越高，在欲望的驱使下，未来时代中每个人都有机会拥有数个甚至数十个人形机器人;

与此同时，国内对人形机器人的出世可能抱有更深层次的心理因素。2017年以来，中国新生儿童数量的快速下降以及地缘冲突的加剧，引发了人们产生对 2035 年前后适龄劳动力的不足、进而影响国内中低端制造业比较优势下降的不安全感。不同于无人工厂、产业结构升级等更为远期的解决方案，人形机器人的出现有望帮助缓解人们对于未来市场劳动力不足的担忧，这也使得国内资本对制造业进行了审慎的重新定价。

基于上述原因，虽然当前人形机器人仍处于发展的初期阶段，距离行业规模化还尚需时日，但出于对未来机器人行业持续创新及迭代的需求，我们认为“类人化”的仿生机器人或将成为行业发展的重要方向，这有望带动行业内的相关产业链的重塑及延伸。

1.2“类人化”或为未来发展方向

事实上，人形机器人在搬运重物的效率较传统的机械臂要低。与此同时，人形机器人的类足结构使得其传动系统相较于轮式结构更为复杂，这会导致更高的制造成本及更低的运动效率。人形机器人牺牲效率换来的是更像人的机械结构，更多的是出于情感因素，而人形机器人越像人，越能够激发人们内心的情感开关，从而激发更多的购买需求。

从目前人形机器人的外观来看，机器人整体主要还是由骨骼、关节、感知器、控制器、大脑以及电池等组成，具备较强的机械感。如果类比人体的话，当前的人形机器人只是具备了骨骼和肌肉，但缺少了仿生皮肤。皮肤覆盖人体全身表面，是人体最大的器官，约占体重的16%，成人的皮肤面积约为1.2~2.0平方米，这也足以说明人形机器人要达到比肩人类的完全体还有相当长的路要走，仿生皮肤具备较大的应用空间。

类人化或将成为未来机器人的发展方向。随着人形机器人基本的骨架、肌肉以及神经系统的搭建完成，人们将对机器人的类人化提出更高的要求。例如更加仿真的皮肤、更多的感知能力以及更完备的情感系统，而攻克这些难点的前提都源于材料应用方面的进步，人形机器人的选代更替将为新材料的应用提供崭新的发展空间。

二、机器人带动新材料焕发新春

人形机器人行业的发展为新材料行业提供了诸多增量机遇，我们认为机器人相关材料主要包括:①负责支撑整体框架的骨骼材料，如镁合金、工程塑料(PPS、PEEK);②负责感知和操作的皮肤和肌肉，如传感器材料、功能驱动材料、肌腱材料;③负责提供能源和动力的血液和心脏，如钕铁硼永磁材料、固态电池材料等。随着人们对于高负载、精细化以及长续航机器人的需求日益提升，相关新材料具备广阔的应用前景。

2.1机器人结构件迎来新材料革命

结构件是支撑机器人整体框架的核心，结构件一方面要保证传力的效率，保证整体结构框架的强度，但另一方面从系统工程的角度，也要尽量减重，从而达到更长续航、更加灵活的效果。人形机器人自重的降低能够有效降低能耗，因此在轻量化的背景下，镁合金、工程塑料等轻量化材料有望在机器人结构件中大展身手。

2.1.1镁合金应用迎来关键节点

镁合金具备多种性能优势:2024年12月20日，宝武镁业与国内工业机器人企业埃斯顿合作推出镁合金机器人ER4-550-MI，这款机器人相较于铝合金版本减轻了自身11%的重量，不仅提升了5%的节拍速度，还因镁合金材料特性，在减震、电磁屏蔽和散热方面表现卓越，从而增强了稳定性，此外能耗降低10%，显著提高运行效率，总体来看镁合金赋能机器人“轻、快、稳、省”四大优势。从材料特性来看，①镁合金密度较铝合金轻1/3，同类型部件中，镁合金较传统铝合金部件减重超30%整机重量减少10%以上;②比强度较高，同样的结构强度要求，镁合金部件重量只需要铝合金的60%，这对于承力要求较大的部件减重的同时保证了结构强度;③减震性能突出，较铝合金高出数倍，因此可以减少在机器人运动过程中的噪音和震动，非常适合家用;④可以回收再利用，回收能耗仅为原镁生产能耗的20%左右，符合可持续发展和循环经济的要求。

镁合金的推广受制于行业认知、加工工艺、历史价格不稳定等因素:当前铝合金的配套生产企业较多，相关工艺研究也较为成熟，而镁合金相对小众，从事该领域的企业数量少，下游客户的设计部门通常会考虑较为成熟的方案，因此镁合金的推广受到了行业认知的阻碍;镁合金塑性较差，因此在加工过程中容易脱膜，需要在高温下进行加工，增加了加工难度和成本;从历史来看,例如 2021年由于环保限产等因素影响，镁价抬升过快也一定程度影响了下游应用意愿。除此之外，如果要规模化应用某种新材料,作为下游制造企业需要进行材料认证、设备更新、聘请新的专业技术人员、培训工人等，这都是额外的成本增加。

镁铝比历史低位,价格优势已非常显著:根据产业经验,一般镁铝比在1.3以下镁合金替代铝合金边际成本便具有优势，虽然近年来镁合金在汽车中大型压铸件以及建筑模板等终端领域应用有一定突破，但与此同时新增产能较多导致供需偏宽松，看加硅铁、煤炭等原材料价格下降等因素，镁价不断回落，近一年来镁铝比持续维持在1.0以下，最新镁铝比更是达到历史低位仅有0.84。随着宝武镁业安徽青阳等项目的投产，我们认为未来镁铝比会长期维持在一个比较健康稳定的位置，同时叠加一体化压铸技术的渗透，也会促进镁合金在大型复杂零部件领域的进一步大规模应用，对于镁合金在汽车、建筑、航空航天等行业的推广具有战略意义。

机器人行业或为镁合金应用带来新动能:镁合金不论是从性能还是成本，都契合了当前人型机器人低成本、轻量化、稳定性等综合需求。随着镁合金行业供给端的建设逐步完备，打消下游客户对于产品长期稳定供应和价格大幅波动的忧虑，会促进机器人企业的设计部门在立项之初将镁合金作为机器人部件的重要材料选取考量，同时也需要关注镁合金深加工产品在汽车、建筑等领域的应用推广进程。我们推荐在镁资源或镁合金精深加工中深度布局的企业宝武镁业、旭升集团、星源卓镁等。

2.1.2以塑代钢下的工程塑料

从广义上来说,“以塑代钢”指的是使用有机高分子材料替代金属材料的过程。而有机高分子材料具有较轻的质量，较高的比模量，耐温差以及耐疲劳等特性，相较于金属材料，在一些变载荷情况下适应性更强，因此我们判断有机高分子材料在人形机器人中将有广泛的应用，目前有机会应用于机器人的塑料主要是工程塑料。工程塑料包括了多种不同特性的塑料，其中聚苯硫醚(PPS)和聚醚醚酮(PEEK)作为近年来发展较为迅速、应用范围较广的工程塑料，有机会应用于人形机器人中。

作为优秀的工程塑料，PPS和PEEK均具有较好的性能以替代金属材料:

PPS 具有高阻燃性、可加工性以及较好的质感:PPS耐热性高(长期使用温度为 200℃-220℃,短期可承受 260℃的高温)，是一种机械强度、刚性、难燃性、耐化学药品性、电气特性、尺寸稳定性都优良的树脂，其具有三大优势:①阻燃性能:在不进行任何改性的情况下，就已经能达到 V0 级别的阻燃;②可加工性:其半结晶的特点使得与其复合的玻纤可以经受较低程度的剪切和挤压;③金属质感和表面硬度:通过合理的模具使用，可以实现表面较高的硬度以及金属般的光泽。

PEEK具有耐热性、耐腐蚀性、耐磨损能力:PEEK具有优良的耐热性能、耐化学腐蚀性能、耐辐射性能、电性能、阻燃性能等，是一款兼具韧性和刚性的材料，其具有以下突出性能:耐热性:PEEK可以在250℃长期使用，高温下仍能保持较高的强度,因此适用于高温下工作的部件;②耐腐蚀性:PEEK在高温下保持较好的耐腐蚀性，在水环境中连续工作却能保持良好的力学性能;③耐磨损能力:PEEK在高剂量的电离辐射下仍能保持正常工作，且在交变应力的耐疲劳性也非常优秀。

具体到机器人应用，我们认为PPS和PEEK在人形机器人中应用有所不同，由于PPS具有性价比高、易加工以及表面质感较好等特点，因此在表面件、普通非承力件以及其他大型件上主要使用PPS以及其他塑料;而由于PEEK单价较高，且具有耐腐蚀、高温以及交变载荷下力学性能好等特点，主要应用于结构件、关键承力件以及特殊高温环境下的专用机器人中，用量虽然不大，但是价值量较高。

PEEK加工难度较PPS更高，非金属增材制造具备加工优势。由于PEEK熔点较高且熔融后具有较高的黏度，高温流动性较差，易发生热量堆积，且难以使用复合方法对其进行改性。因此传统工艺无法解决其加工过程中刀具磨损和热量堆积导致开裂的问题。而采用增材制造来加工PEEK材料就成为了重要选择,华曙高科开发的SLSFlight快速成型技术，可以使用较高功率的激光头对PEEK材料进行熔融，有效解决了因其较高的结晶速率导致的错位问题，具有较高的技术壁垒。

2.2感知能力提升带来新材料机遇

感知、认知、决策、执行是人类赖以了解并改造世界的主要途径，而感知能力则是其中了解世界以及改造世界后得到反馈的直接途径，包括了视觉、觉、听觉、触觉、味觉等等。在视觉已经被广泛普及到每一款人形机器人的当下，特斯拉OptimusGen2 引入触觉使得人形机器人抓取鸡蛋更加自如，这意味着人们对于人形机器人的期望从搬运重物等工业劳动转变为从事更加精细的家政等工作，这个阶段，柔性电子皮肤仍然是作为配角，覆盖在机器人指尖作为小范围的感知。随着人们对于人形机器人精细操作的需求日益增长，人形机器人的触觉感知维度和数据量要求也日益突出，柔性电子皮肤或将覆盖全身更多部位，带来感知能力的进一步提升。灵巧手作为感知和执行机构，将发挥愈发重要的作用，也因此带来更多新材料的需求。

如果说人的大脑是用来认知世界的物质基础，那么人的双手就是改造世界的现实依靠。如果说机器人的视觉、听觉以及计算芯片都是这些“硅基生命体”认识世界的途径，那么灵巧手则是这些机器人用以感知世界、改变世界的核心结构。通过高自由度的活动单元、高灵敏度的感知能力以及高控制算法，灵巧手得以触摸这个世界、感知这个世界。我们认为，机器人的灵巧手(触觉和执行)是与大脑(决策核心)、图像识别(视觉)以及大语言模型(听觉和表达)一样值得受到关注的环节，也是具备发展潜力的核心模块之一。

灵巧手主要构成包括了传感器(电子皮肤)、驱动系统(动力源)、传动系统(传动)以及连接器(关节)，对应人体的皮肤、血管和肌肉组织、骨骼和肌腱以及关节系统。我们将从这四个方面来叙述相关的新材料应用机会。

2.2.1传感器

当前灵巧手涉及到的传感器包括了多维力矩传感器、触觉传感器和温度传感器等，分别用于测量实时抓握力、接触物体的表面状态以及察觉工作环境的温度:

1)多维力矩传感器价值量较高:多维力矩传感器是一种能够同时测量物体在空间方向上线性力和绕轴线的力矩(扭矩)的传感器，而其中涉及三个力(、Y、Z)和三个力矩的传感器，被称为六维力矩传感器。根据感力原件不同，分为应变式、光学式和压电式传感器，六维力矩传感器在人形机器人中价值量占比较高。

光学传感器适用于精微操作。尽管目前应变式、压电式传感器在成本上较光学传感器有较大优势，但光学传感器的测量精度较高，可以实现较低成本的纳米级位移分辨。华力创科学在此基础上，通过金属3D打印技术，首次将多维力传感器的尺寸微缩至毫米级别，产品在腾讯、强脑科技、速腾聚创等公司得到应用。与此同时，手术机器人中，使用光学传感器的末端夹爪，可以实现较好的生物相容性。

2)触觉传感器是当前市场关心的重要环节。柔性触觉传感器是电子皮肤中最重要的传感元件之一，通过接触获得物体表面的特性，并将其转化为电信号，反馈到处理中枢,建立机器人与外界交互的感知与负反馈通路。当前触觉传感器包括了压阻式、电容式、压电式、电磁式以及视触觉等。压阻式和电容式是产业目前应用较为成熟的方案，压阻式性价比较高，适用范围较广，而电容式可以无接触的情况下进行测量。而其他触觉传感器也有自己的优势，比如视触觉传感器可以测量物体表面的材质以及粗糙程度等信息。对于哪种技术路线可以主导未来的触觉传感器市场，目前产业内也尚无定论，一般会采用多种方案混合的方法来达到客户需求。

压阻式传感器结构较为简单,制备成本低,是当前最主流的柔性触觉传感器类型其结构一般包含了传感器的基底层、介电层以及传感层，其中传感层的关键部件导电电极和传感材料都是导电材料，除了金属基材料以外，碳基材料等也有应用的可能包括了碳纳米管、炭黑材料以及石墨烯等。碳纳米管具有较高的机械强度、化学稳定性和优异的导电性，且可以直接沉积在可拉伸的基底上，因此具有较好的商业加工前景。而炭黑材料在兼顾导电性和稳定性的同时,可以实现大规模的生产和较低的成本因此也成为压阻式传感器导电材料的重要选择;

2.2.2驱动系统

功能材料驱动或将成为仿生机器人的重要驱动方式。驱动系统是灵巧手的核心部件和动力来源，目前较为成熟的方案包括了电机驱动、液压/气压驱动以及功能材料驱动。其中功能材料驱动具有较好的灵活性和精度，也更加接近人体，因此仿真机器人大多采用这种方案。我们认为当前机器人向人形方向发展的目的主要包括适配接口、更易被接受以及文化因素等，因此旨在陪伴用途的人形机器人理应朝着更加仿真的方向发展。尽管当前仿真机器人仍面对类似恐怖谷效应等问题，就如美剧《西部世界》中机器人的呈现形式一样，但机器人的仿真化仍然是大部分科学家努力的目标，因此功能材料驱动或将成为未来的发展方向。

SMA(记忆合金)就是这种方案的驱动系统中的重要材料。SMA是一种坚固的智能材料，可以在温度和应力下发生相变，具有独特的记忆效应，同时易于加工，可以被制造成不同形状，如线、板、管、带等。目前最为成熟的记忆合金是 Ni-Ti合金具有更好的热机械、抗疲劳和生物相容性，目前已经有部分科研单位采用记忆合金来制造仿生灵巧手，

EAP(电活性聚合物)是一种更加新型的智能材料，在电场的刺激下，电活性聚合物内部结构发生变化,引起薄膜的变形,可以模拟出逼真的肌肉拉伸和舒张的效果，所以又被成为人工肌肉。EAP的核心部件是弹性体，介电弹性体(DE)由于其较强的机电应变、能量密度以及快速响应能力，成为了首选。目前使用到的介电弹性体包括丁腈橡胶、硅橡胶、热塑性聚氨酯弹性体、丙烯酸酯弹性体等。

2.2.3传动系统

传动系统是机器人的骨骼和肌腱，因此成了传力、传动的作用。目前行业内主要的传动方案包括腱绳结构、丝杠连杆结构和齿轮带轮混合结构。绳结构适合远距离传动，有效提高了抓取速度，于此同时，腱绳的弹性也为手指运动提供了更大的灵活性。尽管目前腱绳还存在负载弱、精度低等问题，但已经成为当前较为主流的传动方英。

腱绳材料方案各有千秋:腱绳方案目前主要以金属腱绳为主，其主要优势在于加工简单、耐高温且成本较低,而近年来随着 UHMWPE纤维(超高分子量聚乙烯纤维)工艺的逐步成熟--其较高的比强度、耐磨性、耐冲击性能以及较低的密度等特性使得其在自重相对较小的同时又具备了较高的自由度，可以实现强度、重量和磨损寿命的最佳平衡，逐步被产业界接受，成为当前腱绳材料的潜在方案之一。

2.2.4连接器

人形机器人技术面临硬件层面的挑战，特别是关节部件的成本占比高且性能要求严格。轻量化设计、高扭矩密度以及有效的冷却散热系统是实现高性能人形机器人的关键。此外，关节的寿命也是决定机器人整体寿命的重要因素。

据钛虎机器人数据，就当前机械臂和灵巧手而言，关节部件的成本占比较高，接近乃至超过60%的比例。关节本身需满足多项关键参数要求，如提高扭矩密度以增强爆发能力，以实现搬运等复杂动作，许多机器人在视频演示中表现良好，但在实际应用中，往往在持续工作10至20分钟后便需暂停一至两分钟进行冷却，这是因为较重的关节结构在大量运动、反复震荡及大电流环境下，容易出现过热、损等问题。因此人们对于材料在减重、耐磨以及耐温等方面的需求在保持高功率输出的机器人行业就显得格外突出。

近年来陶瓷材料其较高的刚度、较强的耐性以及较好的耐温性受到刹车行业的广泛关注，与传统铸铁盘相比，陶瓷制动盘尤其是碳陶刹车盘抗热衰减性能好，重量却不到铸铁盘的一半，因此陶瓷材料在刹车系统中渗透率逐步提高。而刹车盘对材料的要求与机器人关节极为相似，也带来陶瓷材料在机器人领域应用的想象空间。与钢材、铝材相比，陶瓷材料主要优势在于耐磨性和刚度较高的同时，耐温性不低。成本尽管相对于传统的钢材、铝材仍有劣势，但机器人对材料的价格敏感度较低，与此同时产业落地也会带来工艺成本和研发成本的摊薄。未来机器人使用陶瓷材料达到减重高功率输入或将成为可能。

2.3能源新材料助力人形机器人

自人形机器人出现以来，能源和动力就成为困扰行业的难题，动力方面，使用更加集成化、输出扭矩更大的电机系统是提高机器人负载的核心方法，稀土永磁材料的使用有望帮助机器人在更小的体积下实现更加高效的输出;能源方面，机器人的续航和补能时间的问题阻碍了其商业化落地，而固态电池、硅基负极等前沿技术的成熟有望缓解机器人续航焦虑，也带来了相关领域企业的发展机遇。

2.3.1稀土永磁具备应用确定性

稀土永磁电机切入人形机器人应用,下游应用拓展为钕铁硼磁钢提供新增量。永磁同步电机为机器人同服电机中的核心零部件，其主要由定子、转子和端盖等部件构成，定子包括定子铁芯和定子铜线绕组，转子的核心是永磁磁芯。据立新电机数据显示，磁性材料为永磁同步电机中第一大材料成本，占比约为30%。由于高性能钕铁硼永磁材料具备较高的磁能积，且钕铁硼永磁同步电机相较其他永磁电机体积更小，因此无论在性能还是工作效率方面都是永磁同步电机中的最优选。人形机器人中的同服电机也将采用钕铁硼永磁同步电机方案，钕铁硼永磁材料也因此切入崭新的应用领域。

钕铁硼永磁材料生产企业与客户合作研发磁组件,产业链重心向下游延伸。据金力永磁公告，磁组件为磁性材料(钕铁硼等)与金属、非金属等材料通过粘接、注塑等工艺装配而成的组合件，其价值量和盈利性相较钕铁硼磁钢产品更高。金力永磁于2023年下半年公告拟投资建设“墨西哥新建年产100万台/套磁组件生产线项目”，该项目的建设投产有助于满足公司客户在人形机器人领域磁组件的非标准化订单需求司时公司业务也向产业链下游延伸，能够与客户建立和保持稳固的关系。

未来人形机器人产业化提速将为钕铁硼磁材提供需求增长机遇。据中科三环2024年年报披露，每台Optimus人形机器人中含有28个无框电机、34个空心杯电机，其中高性能钕铁硼用量可达到4.5kg，若以年产100万台Optimus计算，新增的钕铁硼磁钢年化需求达 4500吨。2025年被普遍视为人形机器人产业的“商业化元，国内外企业加速布局，逐步从实验室研发转向规模化量产，国内企业如宇树科王技、优必选等已在多场景展示技术成熟度，同时政策指明特种服务、制造业、民生三大示范场景，未来机器人产业化发展机遇可期。基于我国钕铁硼永磁材料占据全球大部分产量，具备较大的产业优势，在国内外人形机器人产业的发展提速下，钕铁硼永磁材料有望因需求端拓展而迎来价值重估。

2.3.2电池性能把握商业化命脉

人形机器人在工作中须脱离电源线，续航和补能焦虑或将成为制约人形机器人推广的核心要素,因此机器人的电池续航时间成为了需要攻克的重难点。根据京东上线的宇树机器人资料显示，其续航时间为2~4小时;特斯拉人形机器人Optimus则采用了 2.3 千瓦时的锂电池。由于人形机器人在快速运动和高负载过程中电池的损耗较大，以目前锂离子电池的能量密度、续航能力和补能时间远远无法达到未来对人形机器人的工作要求。目前业内普遍认为高能量密度、高安全性能的固态电池是推动人形机器人电动化的关键因素之一。与传统的锂离子电池相比，固态电池用固态电解质替代了传统锂电池的电解液和隔膜，并具备高能量密度、长循环寿命和良好的安全性能等优势，且体积更小，充电效率更高，目前已在新能源汽车、储能系统等领域展现出了巨大的应用潜力。若未来固态电池实现商业化量产，人形机器人的续航难题也迎刃而解，人形机器人的商业化也将具备更高的价值和更大的潜力。

固态电池尚处于产业大规模应用前期，未来有望具备指数级增量空间。根据中研网资讯，2023年，全球固态电池出货量约为1GWh，主要以半固态电池为主。预计到2030年，全球固态电池出货量将增长至614.1GWh，市场规模有望超过2500亿元目前固态电池技术路线包括氧化物、聚合物、卤化物、硫化物以及复合路线等多种类型，每种路线都有其独特的优势和挑战。当前以氧化物+聚合物复合为代表的半固态路线为主流方案，已在蔚来ET7、智己L6等新能源车型上得到应用，而以硫化物为代表的全固态路线尚未得到铺开应用。根据当前固态电池技术的推进进程，半固态电池作为过渡方案，将在短期内主导市场，而全固态电池作为明日之星，许多电池大厂已开始提前深度布局，但目前由于成本高、技术瓶颈仍存等问题而尚未实现大规模商业化，行业内普遍认为固态电池的产业化时间将集中在2027年至2030年。

当前固态电池正极材料主要集中在高镍三元、镍锰酸锂、富锂锰基等路线,富锂锰基被业内认为是最理想的固态电池正极材料。正极材料是固态电池中储存正电荷和参与电化学反应的关键部分，固态电池的正极材料相较于传统液态锂离子电池变化较小，材料体系可继续沿用，关键则在于向着高比能、高能量密度的方向进行革新。据高工锂电资讯，高镍三元、镍锰酸锂、富锂锰基三大路线对比如下:

1)在追求高性能的背景下，高镍三元正极朝着9系超高镍的方向发展，采用9系高镍三元克容量发挥最高有望达到215mAh/g左右，配石墨负极其平均电压将达到3.62V左右;

2)通过向锰酸锂中掺入少量过渡金属离子，形成的镍锰酸锂具有147mAh/g的理论容量和4.7V的电压平台，但循环性能上具备明显劣势;

富锂锰基在高电压和高放电比容量方面具备先天优势，其正极理论容量可达320mAh/g，电压平台为3.7-4.6V，均显著高于正极材料，被业内一致认为是全固态电池可选用的理想正极材料。

但正极材料在技术发展中仍面临诸多挑战，正极材料与固态电解质之间的固固界面接触不充分会导致在充放电过程中电荷阻抗升高，影响电池性能。包覆、喷涂等技术可改善界面问题，但复杂的操作和高昂的生产成本会阻碍全固态电池产业化。

固态电池负极材料技术路线多样,主要包括金属锂、硅基、石墨、合金材料等。负极材料是固态电池中储存负电荷和参与电化学反应的重要部分，材料的比容量直接决定了电池的能量密度。从材料性能来看，金属锂因具有极高的理论比容量(3860mAh/g)、低电化学势(-3.04V，相对于标准氢电极)和较小的密度(0.534g/cm3)，因此采用锂作为负极具有最高的整体比能量密度，金属锂也因此被认为是下一代高比能和可充电电池的理想负极材料。然而，锂金属的高活性和其表面钝化层的锂离子扩散能垒较高，会促使其与固态电解质形成锂枝晶，枝晶会引发短路并造成电池失效，存在安全隐患。研究人员需要充分了解固态枝晶形成与生长的机理，通过界面改性、电解质优化(如硫化物电解质)等方式来抑制锂枝晶，同时匹配高电压正极材料。因此，锂金属负极虽然成本较低、能量密度较高，但由于存在锂枝晶反应等难点，导致其在固态电池中的成熟应用还尚需时日。

硅基负极材料有望在固态电池技术发展下率先得到落地应用。根据刘琦等人的《锂离子电池负极材料技术进展》，硅具有 4200mAh/g的理论比容量，与金属锂的理论比容量 3860mAh/g接近，两者均远高于石墨产品的比容量360mAh/g。目前负极材料市场以石墨负极为主流，但已接近材料的性能极限，在锂金属负极全固态电池到来之前，硅基负极应具备高比容量和优异快充性能等优势，是为数不多能大幅提升能量密度的解决方案,成为了下一代有可能大规模应用的新型负极材料。根据分散基体的不同,未来最有希望实现较大规模应用的新一代高容量硅基负极材料主要有“硅碳复合负极材料”、“硅氧复合负极材料”及“硅基金属负极材料”三大类:

1)硅碳复合负极材料的优势在于克容量高、首次充放电效率高，但大批量产品良率低、循环寿命低、电极膨胀率较高，可通过硅的纳米化来降低膨胀破碎风险和提高循环寿命;

2）硅氧复合负极材料的优势在于循环寿命和倍率性能好，但首次效率低，需通过预锂化等技术提高首效处理:

3）硅基金属负极材料虽具备较高的体积能量密度，但因其工艺难度高、生产成本高且首次充放电效率较低，所以目前尚未大规模使用。

综上，当前硅氧负极和硅碳负极两种技术路线为并存状态，未来具备较大落地应用前景。但硅基负极距离大规模产业化应用仍存在一些挑战，包括体积膨胀率高、导电性差、循环寿命低、首次效率低等，其中体积膨胀率高被认为是主要问题，难点仍待进一步攻克。

（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。）