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1/26 2024 年 4 月 8 日 行业|深度|研究报告 行业研究报告 慧博智能投研 目前传统 液态锂 电池的 能量密 度已经 接近 350Wh/kg 的 理论极限，同时 仍存在 电池热 失控等 安全隐 患。随着新能 源汽车 市场容 量快速 扩大，动力电 池对于 高能 量密度与 高安全 性的迫 切需求 推动 着 固态电 池的发展。固 态电池 的发展 路径大 致可分 为半固 态、准 固态、全固态 等阶段，目前 由于受 到材料 技术、制备技术还不 够成熟，生产 成本过 高等因 素的制 约，全 固态 电池产业 化还需 要时间。半固 态电池 成为很 好的过渡技术。2023 年国内 半固态 电池 出 货量 突破 GWh 级 别，2024 年 将开启 规模化 量产装 车。未 来随着固态电池 技术不 断进步，成本 逐渐呈 下降趋 势，尤 其是 国内半固 态电池 产业化 进程已 开启，固态电 池的市场规模 将得以 快速增 长。下面我们 将主要 介绍固 态电池 的概念、优势、技术 路线 等基本内 容，分 析目前 产业化 难点，提供 解 决思路。接着，我们 将分析 固态电 池的制 造工艺 及产业 现状，并针对 固态电 池的产 业链及 相关公 司进行 详细梳理，预 测未来 市场规 模。希 望这些 内容能 够启发 大家 对 固态电 池行业 的了解。目录 一、行业概述.1 二、产业 化难点 及解决 思路.6 三、固态 电池制 造工艺.8 四、产业 现状.11 五、产业 链分析.16 六、相关 公司.23 七、市场 预测.26 八、参考 研报.26 1 固态电池是一种使用固态电解质取 代传统锂离子电池中电解液的新型电池。传统液态锂电 池主要由正极、负极、电 解液和 隔膜四 大关键 要素组 成。固 态电池 使用 固态电解 质替换 传统液 态锂电 池中的 电解液。固态电池的工作原 理与传统液态 锂电池的原 理相通。传 统液态锂 电池的 两端为 电池的 正负两 极，中 间为液态电解 质。在 锂离子 从正极 到负极 再到正 极的来 回移 动过程中，电池 的充放 电过程 便完成 了。固 态电池的工作原理与之相通，充电时正极中的锂离子从活性物质的晶格中脱嵌，通过固态电解质向负极迁移，2/26 2024 年 4 月 8 日 行业|深度|研究报告 电子通过 外电路 向负极 迁移，两者在 负极处 复合成 锂原 子、合金 化或嵌 入到负 极材料 中；放 电过程 与充电过程恰 好相反。采用固态 电解质 代替液 体电解 质，有 望使用 更高比 容量 的正、负 极材料，同时 可彻底 解决电 池的安 全性问题，是 获得高 能量密 度、安 全性和 长循环 寿命的 全固 态锂电池 的根本 途径。因此固 态电池 将会是 锂 离子电池升 级的方 向。2 固态电池具有高能量密度和高安全性 的 显著优势，成为下一代高性能锂电池。从性能对比 来看，理论上，固态电池 在离子 电导率、能量 密度、耐高压、耐高 温、循环寿命 等各项 指标均 优于液 态电池，兼顾 了传统液态锂 电池无 法兼顾 的高能 量密度 和高安 全特性，成 为电动汽 车的理 想电池。固态 电池的 优势，主要体现在：1 液态锂电池易受热 失控。过 度充电、撞击、短路、泡水 等因素会 导致电 池热失 控风险 上升，上升至90 C 时负极 表面 SEI 膜开 始分解，嵌锂 碳直 接暴露 于电 解液并反 应 放热、产生 大量可 燃气体，进而 融化隔膜形 成内短 路；温 度上升至 200 C 后促 进电解 液气 化分解，电池发 生剧烈 燃烧及 爆炸。相 对 液态 锂 电池，固 态 电池 则具 有 五大 安全 特 性。1）固 态电 解质 具有高 机械 强度，可 抑制锂 枝晶 生长，不易造成 短路。2）不易燃 烧、不 易爆 炸。3）无持续 界 面副反应。4）无电 解液泄 漏、干 涸问题。5）高温寿命不 受影响 或更好。ZXEVyRmRnOqRsMnOtOsNqRbR8Q7NoMmMmOrNeRqQsOkPpPuM6MmNtQxNmRmONZnRyR 3/26 2024 年 4 月 8 日 行业|深度|研究报告 2 传统液态 电池的 能量密 度已经 接近 350Wh/kg 的 理论极 限。固态 电池的 电化学 窗口宽，能够 承受更 高的电压（5V 以 上），材料可 选择的 范围更 广。由于电 池能 量密度等 于工作 电压 乘 比容量，而电 池总体 比容量遵循 木桶效 应，受 限于正 负极中 较低的 一极。目前 固态电池 中，石 墨负极 比容量为 372mA h/g，硅基负极理 论比容 量为 4200mA h/g，锂金 属负极 理论比 容量为 3860mA h/g，都显 著高于 正极。因此正极材料成 为锂离 子电池 性能进 一步提 升的主 要瓶颈。而 全固态电 解质不 仅能够 兼容上 述高比 容量负 极材料与常规 正极材 料体系，还可 匹配高 比容量 的正极 材料，使得能 量密度 达到 500Wh/kg 甚至更 高。3 传统液态电池工作 温度范围较小。在低 温条件 下，液 态 电池因电 解液粘 度增大，电导 率降低、电解 液/电极界面 阻抗和 电荷转 移阻抗 增大、锂离子 迁移速 率降 低等原因 导致性 能下降。此外 液态电 池在高 温条件下受限 于电解 液闪点 低、隔 膜融化 温度低，存在 燃烧 风险。固态电解质电池则 不存在电解质 低温凝固问 题，同时高 温状态受影响小、安全性高，因 而具有更大 工作温度范围，可达-40 C150 C，显著优于液态电池。4 传统液态 电池需 要使用 隔膜和 电解液，二者 占据了 电池 中近 40%的 体积和 25%的质 量。固 态电池 使用固态电解 质取代 液态电 池的隔 膜和电 解液，正负极 之间 的距离可 以缩短 到只有 几到十 几个微 米，从 而大幅降低电 池的厚 度。因 此，同 样的电 量，固 态电池 的体 积将变得 更小。3 4/26 2024 年 4 月 8 日 行业|深度|研究报告 随着液态 电解质 含量逐 步下降，固态 电池的 发展路 径大 致可以分 为 半固态（5-10wt%）、准固态（0-5wt%）、全固态（0wt%）等阶段，其中 半固态、准 固态使用 的电解 质均为 混合固 液电解 质。目前在全球范围内，全固态电池主要处于研发和试制阶段。目前制约全固态电池产业化的主要局限在于：材料技术、制备 技术还 不够成 熟，生 产成本 过高。行业 普遍认为 全固态 电池距 离大规 模产业 化至少 还需5 年时间。在全固态电池正式 进入商业化阶 段之前，半 固态电池或 许是很好的过渡技 术解决方案。半 固态 电池 使用的是固液 混合电 解质，电池中 电解液 的含量 占比在 5-10%之间，增 加涂覆 固态电 解质，其电化 学原理 与液态锂电 池相同，基本 可以沿 用现有 成熟的 电池制 造工 艺，生产 难度小 于固态 电池。而相比于传统液态锂电池，半固态电池在性能上有了大幅提升，其优点包括安全性较好、能量密度较高、灵活性更 好、循 环寿命 更长、工作温 度范围 更宽、耐挤 压和耐震 动等。因此，半固态 电池成 为液态 电池向全固态 电池转 型的过 渡技术。2023 年已 有多家 企业进 行半固态 电池的 产能 建 设，半 固态电 池量产 在即，将逐 渐进入 商业化 阶段。4 固态电池有三大主 流技术路线：聚合物固态 电池、氧化 物固态电池、硫化 物固态电池。固 态电 池的 不同技术路线主要由不同的固态电解质进行区分。根据固态电解质的分类，固态电解质主要有三大技术路线：聚合物电 解质、氧化物 电解质、硫化 物电解 质。其 中，聚合物电 解质属 于有机 电解质，氧化 物电解 质和硫化物电 解质属 于无机 电解质。理想的固 态电解 质材料 应该拥 有高离 子电导 率，对 锂金 属具有化 学和电 化学稳 定性，能够很 好地抑 制锂枝晶产生，制造 成本较 低，无 需使用 稀有金 属 等特 点。但目前三 大技术 路线各 有优缺 点，未 有能同 时满+m4wSATEB7yQc4WZ98nMJMiCYydMK33bsDsO0TSEcfaaj7+6cAapqe1bbNQVOcoa 5/26 2024 年 4 月 8 日 行业|深度|研究报告 足以上要 求的，在技术 突破上 仍存在 一定的 难度。总的 来说，硫 化物电 解质在 全固态 电池中 最具有 发展潜力。聚合物电解质：聚 合物 的优点 是易加 工，与 现有的 电解 液生产设 备、工 艺都比 较兼容，机械 性能好。其缺点包括：（1）离子电 导率 太低，需要加 热到 60 高 温才能正 常充放 电；（2）化学稳 定性 较差，无法适用于 高电压 的正极 材料，在高温 下也会 发生起 火燃 烧的现象；（3）电化学 窗口窄，电位 差太大 时（4V）电解 质易被 电解，使得聚 合物的 性能上 限较低。氧化物电解质：其 优点 在于具 有较好 的导电 性和稳 定性，离子电 导率比 聚合物 更高，热稳定 性高达1000，机 械稳定 性和电 化学稳 定性都 较好。其缺 点包 括：（1）相对于 硫化物，其 离子电 导率偏 低，使得氧化 物固态 电池在 性能提 升过程 中会遇 到容量、倍 率性能受 限等一 系列问 题；（2）氧化 物非常 坚硬，导致 固态电 池存在 刚性界 面接触 问题，在简单 的室 温冷压情 况下，电池的 孔隙率 非常高，可能 导致电池无法 正常工 作。硫化物电解质：离 子电 导率最 高，机 械性能 好，并 且电 化学稳定 窗口较 宽（5V 以 上），工作性 能表 现优 异，在 全固 态电 池中 发展 潜力 最大。其 缺点 包括：（1）界面 不稳 定，容易 与正 负极 材 料 发 生副 反应，造成界面 高阻抗，导致 内阻增 大；（2）在制 备工艺 层面，硫化物 固态电 池的制 备工艺 比较复 杂，且 硫化物容易 与空气 中的水、氧气 反应产 生硫化 氢剧毒 气体。其中，聚 合物电 解质发 展最为 迅速，技术较 成熟，最早 推进商业 化应用，已实 现小规 模量产，但存 在电导率低等 缺点，性能上 限较低，到目 前也并 未大面 积铺 开。氧化 物电解 质各方 面的性 能表现 较为均 衡，目前进展 较快。硫化物 电解质 的电导 率较高，性能 表现 最优异，最适用 于电动 车，商 业化潜 力大，但研究难度也 大，如 何保持 较高稳 定性有 待解决。对固 态电 解质的关 键问题 实现技 术突破，将有 望加速 产 业化的进程。6/26 2024 年 4 月 8 日 行业|深度|研究报告 1 固态电解质发展面 临三大科学问 题。固 态电解 质离子 输 运机制、锂金属 负极锂 枝晶生 长机制、多场 耦合体系失控 失效机 制为固 态电池 发展面 临的核 心科学 问题，解决 这些 问题 是创制 新型固 态电解 质材料、优化固态电 池物理 化学性 能、推 动固态 电池发 展的必 经之 路。固态电池电解质综 合性能难以平 衡。从 材料特 性来看，无论聚合 物、氧 化物还 是硫化 物，其 作为固 态电解质的综 合表现 不佳，如聚合 物电解 质易加 工、生 产难 度低，但 是离子 电导率 不高，影响充 放电性 能，氧化物和 硫化物 电解质 具有更 高的电 导率、安全性 和机 械强度，但是其 制造难 度更大，成本 更高。7/26 2024 年 4 月 8 日 行业|深度|研究报告 解决思路：复合电 解质融合多种 材料优势。为 此，复合 材料的思 路是将 不同种 材料结 合使用，以期 兼顾两 种材 料的 优势。聚 合物/聚 合物 复合 电解质 材料，可制 备性 更强，机 械强 度与 离子 电导 率均 有所 提高，对于聚合 物/无机物（氧化 物/硫 化物）复合电 解质材 料，其结合 了聚合 物与氧 化物/硫化 物的特 性，实现了高强 度与较 好的柔 性、电 导率和 易制备 等多重 优势 的综合。因此，复合固 态电解 质是固 态电池 电解质克服性 能瓶颈 的重要 发展方 向。全固态电池的瓶颈 主要在较慢的 充放电速度 和较快的容 量衰减。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 中的离 子输运 性能由 离子在 体相、表界面 中的输 运过程 共同决 定。相 比液态 电解质，固态 电解质 离子间 相互作 用力强，离子 迁移能 垒是 液体的十 倍以上，离子 电导率 低。高机械强度的固态 电解质仍难以 完全抑制锂 枝晶生长、实现锂金属均匀沉 积。研究 表明高 剪切模 量的 无机固态电 解质也 不能完 全阻止 锂枝晶 在 固态 电解质 中渗 透，锂枝 晶仍是 阻碍全 固态电 池实际 应用的 重要因素。如 氧化物 固态电 解质剪 切模量 为锂金 属剪切 模量 十倍以上（50GPa 以上），锂枝 晶生长 依旧可 能导致固态 电池短 路。固-固界面接触导 致稳定性降 低是电池失效 主要原因。固 态电池界 面为固-固接 触，电 导率 往往受 到电极与电解质 界面处 高接触 电阻的 阻碍。高阻抗 增加了 过电 位，导致 容量衰 减和能 量密度 降低。界面较 高阻抗主要来源于以下几个方面：1）固态电解质与负极的界面问题；2）固态电解质与复合正极的界面问题；3）复合正 极内部 的正极 活性物 质与固 态电解 质之间 的微 观界面问 题；8/26 2024 年 4 月 8 日 行业|深度|研究报告 解决思路：界面工 程与改性，通 过材料与工 艺两个维度 实现改善。材料维 度：选择 Li 金属 负极和 包覆复合正极。负极方面，通过采用体积 变化更小的 Li 合 金作为负极，缓解负 极膨胀问题，宏 观界面问题，选择稳定 性更高 的固态 电解质，以减 少界面 之间副 反应 的发生，在复合 正极的 微观界 面，可 通过表 面包覆（涂层）的方 式减小 界面应 力、提 高离子 和电子 传输 效率等。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，或 通过 原位凝固 的方式，向固 态电池 中注入 液体，在封装完成后，通过 加热等 形式让 液体凝 固，从 而增强 固态 电解质与 电 极之 间的界 面接触。2 固态电池原材料供 应链及电池制 造设备不完 善。目前 固 态电池部 分原材 料未实 现量产，整体 产业链 尚不完善，因 此电池 制造成 本较高。此外，固态 电池作 为新 型电池，工艺制 造缺乏 特定的 设备，如烧结、真空、干燥 房、特 定气氛 等环节 均将增 加固态 电池制 造成 本。固态电池电极材料 成本高。氧 化物正 极材 料主要 是由氧 化铝、氧 化钛等 无机材 料制成；硫化 物正极 材料则是由硫、硫化 物及聚 合物构 成；而 聚合物 正极则 是由 聚碳酸酯、纤维 素等多 种高分 子化合 物组成。如性能可观的 LGPS 型 硫化物 电解质 来说，锗的高 成本阻 碍了量产。此外，固态 电池所 需的电 极材料 都是高科技新 材料，既需要 科技进 步降低 生产难 度，也 需要 时间由市 场消化 高昂的 价格使 其被广 泛使用。目前固态电 池已商 业化销 售实例 少，以 蔚来 2023 年 7 月 上线的 150kWh 电池 包信息 测算，其半固 态电 池成本约为 1.7-2.2 元/Wh，远高 于同期 车用方 形三元 电芯、铁锂电 芯均价 0.73、0.65 元/Wh。截止2024 年 4 月 3 日，方 形三元 电芯、铁锂电 芯均价 已降 至 0.465、0.375 元/Wh，液态 锂电池 均价持 续下降，固态 电池降 本方面 仍面临 不小挑 战。解决思 路：半固态 先行，规模化 拉低材料成 本。半固 态 电池因为 技术相 对成熟，并且 更加接 近液态 锂离子电池，如能实 现半固 态电池 产业化，则随 着相应 固态 电解质产 能放量、原材 料成本 降低，工艺优 化，则原材料 与生产 成本有 望降低。固态电池使用复合 正极、电解质 添加方式与 液态电池不 同，以叠片为主。固 态电 池与液 态电池 在制造 工艺上具有 诸多相 似性，如电极 极片的 制造过 程都是 基于 浆料混合、涂布 和延压，分切 完成后 进行极 耳焊接、PACK（电 池包加 工成组），最 核心的 区别有 三点，1）固态 电池正 极材料 复合 化，即 固态电 解质与正极活性 物质的 混合体 作为复 合正极；2）电 解质添 加方 式不同，液态电 池是在 极耳焊 接后将 电解液 注入电池内 并进行 封装，而固态 电解质 除了与 正极活 性物 质形成复 合正极 外，还 需要在 延压完 成的复 合正极上再进 行一次 涂布；3）液态 锂离子 电池极 片可用 卷绕 或者叠片 的方式 组合，而固态 电池由 于其固 态电解质如 氧化物 和硫化 物韧性 较差，通常使 用叠片 形式 封装。9/26 2024 年 4 月 8 日 行业|深度|研究报告 固态电解质核心工 艺在于成膜，可分为干法、湿法和其 他工艺。固态 电池的 制造，核心工 艺在于 固态电解质成膜 环节，电解质 的成膜 工艺会 影响电 解质厚 度及 相关 性能，厚度 偏薄，会导致 其机械 性能相 对较差，容易 引发破 损和内 部短路，偏厚 则内阻 增加，并由 于电解质 本身不 含活性 物质，降低电 池单体 和系统的能量 密度。湿法成膜工艺：模 具支 撑成膜，适用 于聚合 物和复 合电 解质，将 固体电 解质溶 液倒入 模具，溶剂蒸 发后获得固态 电解质 膜；正 极支撑 成膜，适用于 无机和 复合 电解质膜，即将 固体电 解质溶 液直接 浇在正 极表面，溶剂 蒸发后，在正 极表面 形成固 体电解 质膜；骨架 支撑成膜，适用 于复合 电解质 膜，将 电解质 溶液注入骨架 中，溶 剂蒸发 后，形 成具有 骨架支 撑的固 态电 解质膜，能够提 升电解 质膜的 机械强 度。湿 法工艺的核心 是粘接 剂与溶 剂选取，溶剂 便于蒸 发、并 对电 解质有良 好的溶 解和化 学稳定 性。湿 法的缺 点是溶剂可能 有毒，总体成 本相对 高，如 果溶剂 蒸发不 完全，可能降 低电解 质的离 子电导 率。干法成膜工艺：将 电解 质与粘 接剂混 合后研 磨分散，对 分散后的 混合物 进行加 压（加 热）制 备获得 固态电解质膜，该方 法不使 用溶剂，无溶 剂残留，干法 的缺 点在于电 解质膜 相对较 厚，由 于其内 部不含 活性物质，会 降低固 态电池 的能量 密度。其他成膜工艺：包 括化 学、物 理、电 化学气 相沉积，以 及真空溅 射等方 法。此 类工艺 成本较 高，适 合于薄膜型全 固态电 池。10/26 2024 年 4 月 8 日 行业|深度|研究报告 聚合物可兼容更多 工艺，硫化物 对环境要求 较高，氧化 物适用于沉积与流 延成型法。固 态电 解质成 膜方法较多，聚合物、硫化 物和氧 化物可 结合自 身特点 匹配 最合适的 成膜工 艺。1）聚合 物固态 电解质 因为其加工性 能最优，具有 最强的 工艺兼 容性，除了因 无法 造粒不适 用于沉 积法之 外，采 用干法 延压、干法喷涂、挤 出、流 延成型 和浸润 等工艺 均可实 现聚合 物固 态电解质 成膜。2）硫化物 因空气 稳定 性较差，不适合高 温条件 的挤出 法和小 尺寸的 沉积法，除此 之外 的延压、喷涂等 工艺均 可用于 硫化物 固态电 解质成膜。3）氧化物 因具有 陶瓷特 性，脆 性高，需结合 颗粒 沉积+烧 结的方 式成膜，或者 在溶液 共 混条 件下流延成型。半固态电池可兼容 传统锂电池生 产工艺，生 产设备基本 上可以与锂电兼容，只需新增加 一条专产半 固态隔膜的生产线，生 产设备与液态 电池隔膜的 设备兼容。半固态电池要求隔 膜的孔径更大、强度更高，并采用湿 法+涂覆的工艺。对 比传统 电池，半固态 电池的隔膜无明 显工艺 改变，调整参 数即可，不过 因为半 固态 电池需要 提升离 子导电 率，所 以要求 隔膜的 孔径更大、强 度更高，因此 需要采 用湿法 拉伸+涂覆的 工艺。另外，单位半 固态电 池对隔 膜的需 求量没 有变化。11/26 2024 年 4 月 8 日 行业|深度|研究报告 1 全固态电 池是全 球公认 的下一 代电池，被列 入中国、美 国、欧盟、日韩 等主要 国家的 发展战 略。全 球企业都在积 极布局 固态电 池，全 固态电 池成为 下一代 电池 技术竞争 的关键 制高点。从全球固态电池产业布局来看，中国参与的企业最多，包括传统电池企业、初创电池企业、整车企业等；其次是日 本，技 术实力 最强；美国以 一些初 创企业 为主；欧洲主 要是车 企和美 国的初 创企业 合作；韩国企业不多，但实 力也强。12/26 2024 年 4 月 8 日 行业|深度|研究报告 2 1 日本企业 在固态 电池的 研发起 步较早，在固 态电池 开发 领域处于 技术领 先地位。由于 硫化物 固态电 解质电导率高、性能 表现优 异且最 适配全 固态电 池，丰 田、日产、本 田、松 下、LG 新能 源、三星 SDI、SKon 等日韩 企业 长期以 来选择 最有前 景的硫 化物固 态 电池（全 固态电 池）为 主攻技 术路线。丰田、本田、日产，既研 发固态 电池，又生产 整车，在电池 与整 车性能匹 配结合 方面可 能会更 有优势。丰田 起步最早，且 研发进 展最快，拥有 全球最 多的固 态电池 专利（1300 多 项），但距 离商业 化还需 一段时 间，预计 2025 年 量产第 一代全 固态电 池（300Wh/kg，600Wh/L），2030 年量 产第二 代全固 态电池（400Wh/kg，800Wh/L）。2 欧洲在聚 合物技 术路线 上最早 开始商 业化应 用。但 由于 聚合物电 导率太 低，欧 洲量产 的固态 电池，在相同电池容 量下，实际续 航还不 及液态 锂电池，因此，到 现在也未 形成趋 势。目 前美国 固态电 池领域 以Quantum Scape、Solid Power 等初 创企业 为主，在硫化 物、氧化 物和聚 合物都 有布局，大众、宝马、奔驰等欧 洲车企 通过 投 资这些 美国初 创企业，推动 其在 固态电池 领域发 展。比 如，大 众投资 Quantum Scape，成 为该公 司最大 股东，Quantum Scape 计划 2025 年底开始量 产固态 电池；宝马和 Solid Power紧密合作，2023 年 Solid Power 向宝 马交付 第一批 A 样，固态电 池正式 进入装 车验证 阶段，预计 2026年量产。3 国内企业 多数选 择氧化 物技术 路线。由于氧 化物电 解质 非常坚硬、孔隙 率高，容易导 致电离 子传输 通道不畅，以 目前的 技术需 要加入 电解液，因此，目前 国内 研发的氧 化物固 态电池 主要为 固液混 合方向。卫蓝新能源、清陶能 源、赣锋锂电、辉能科技 等 国内 多家 固态电池 公司都 是选择 以氧化 物材料 为基础 的固液混合技 术路线。已公 开的半 固态电 池的单 体能量 密度 可突破 400Wh/kg。2022 年后 国内部 分车企 开始搭载半 固态电 池，如 蔚来发 布的 ES6、东 风发布的 E70、岚图 发布的 追风等 车型，大部 分是搭 载以氧化物为电 解质的 半固态 电池。此外，从行业的动 态来看，我国 在固态电池 领域有加速 发展的势头：据国家知 识产权 局介绍，在锂 电池特 别是固 态电池 领域，我国是 全球主 要的技 术来源 国之一。截至2023 年 5 月，全球固 态电池 关键技 术专利 申请量为 20798 项，其 中我国有 7640 项，占比达 36.7%。近 5 年，我国固 态电池 全球专 利申 请量年 均增长 20.8%，增速位 列全球 第一。2023 年 12 月 18 日，由中国一 汽、东 风汽车、长安 汽车 等 27 家单位组建 的固态 电池产 业创新 联合体 在深圳成立。创新 平台涵 盖基础 研究、材料开 发与生 产、电芯设计 与制造、系统 集成与 整车应 用等环 节，涉及我国 多家整 车企业、材料 领域公 司、高 校、研 究机 构等单位。2024 年 1 月 21 日，中国全 固态电 池产学 研协同 创新平 台（CASIP）成立。平台是 为推动 全固态 电池技术创 新与产业化进程，在中国产学研合作促进会的指导下，由多位院士专家，多家领军企业、知名高校、研究机构，以及 多个地 方政府 联合发 起。13/26 2024 年 4 月 8 日 行业|深度|研究报告 3 1 2023 GWh 根据高工 锂电数 据显示，截至 2023 年 12 月，国 内半固 态电池的 产能规 划累计 已接近 300GWh，落 地产能约 15GWh，出 货量突破 GWh 级 别。其 中，以 初创 电池企业 卫蓝新 能源为 代表，其半固 态电池 装车量达 0.8GWh，主 要搭载 在蔚来 汽车。据高工 锂电预 计，2024 年国 内搭载（半）固态电 池 上市 的新车型将超过 5 款，出货量 有望迈向 5GWh 级 别。在关键材 料方面，部分 企业已 经成功 研发出 固态电 解质，有些处 于中试、送样 客户阶 段，有 些已实 现小批量供货。整体 来看，目前固 态电解 质的产 业规模 尚小，但具备 一定的 规模化 基础。14/26 2024 年 4 月 8 日 行业|深度|研究报告 2 2023 2024 国内企业多以半固态电池为主，海外企业基本为全固态电池。国内企业的半固态电池率先进入量产阶段，部分企业 的半固 态电池 已经在 相关车 型上得 到装车 验证，并于 2023 年实现 小批量 生产。2024 年将 有更多企业的 半固态 电池启 动量产。日韩、欧美 等海外 企业 的固态电 池量产 时间集 中在 2026-2030 年。15/26 2024 年 4 月 8 日 行业|深度|研究报告 3 2023 年，蔚来 ES6、ET7、东风 E70、岚 图追 风、赛 力 斯 SERES5 等车型 已搭载 半固态 电池，上汽、广汽、长 安等车 企也计 划将于 2024-2026 年 上市搭 载半 固态电池 车型。丰田、本田、大众、宝马等 日本、欧洲 车企计 划启动 搭载固 态电池 车型量 产上市 的时 间在 2026-2030 年。16/26 2024 年 4 月 8 日 行业|深度|研究报告 固态电池产业链包括 上游各种矿资源等原材料，中游为正极、负极、固态电解质等关键材料及制造环节，下游为消 费、动 力、储 能等各 领域应 用场景。1 1 氧化物固 态电解 质 LLZO 的原材料 包括二 氧化锆、硝酸 锆、碳酸 锆等。我国锆 矿资源 储量少，需求 量大，进口依赖 度高达 90%，供 需格局 长期偏 紧。锆英砂行业处于供 应紧平衡的状 态。2022 年全球 锆英 砂产量为 30.27 万吨，同比-7%；销售量 则达到33.36 万吨。陶 瓷、铸 造、耐 火材料、锆 金属及 其化学 制品等构 成锆的 主要消 费领域，目前 全球锆 应用最为广泛 的领域 是传统 陶瓷，占据了 接 近 50%的 需求量；随着国 内经济 复苏，陶瓷等 锆制品 主要应 用的传统行业 有所反 弹，从 而拉动 锆行业 的新一 轮需求 增长。同时，伴随 3D 打印、半导体、新能 源电池 材料、陶瓷 基刹车 片以及 光伏等 行业发 展，新 兴市场 对锆 制品的需 求持续 上升。国内锆生 产企业 主要包 括 东方锆业、三祥新材、凯盛科 技 等。东 方锆业 现有 2.6 万吨电 熔氧化 锆、0.94万吨二氧 化锆（国内份 额 40%）、5 万吨氯 氧化锆（国 内份额 20%）产能；在建 电熔 氧化锆 产能 2 万吨。目前公司 已供应 部分锆 材料样 品给到 下游材 料客户 研发。三祥新 材现有 2.6 万吨 电熔氧 化锆、2 万 吨氯 17/26 2024 年 4 月 8 日 行业|深度|研究报告 氧化锆产 能；在 建氯氧 化锆产能 8 万吨。公司固 态电解 质材料研 发处于 实验室 小试阶 段。凯 盛科技 现有电熔氧化 锆产能 2.6 万吨。目前 公司正 在进行 固态电 池 材料相关 研发工 作。2 氧化物固 态电解 质 LLZO/LLTO 的 原材料 包括氧 化镧、硝酸镧、氢氧化 镧等。中国具 有丰富 的稀土 资源，贡献了全球 70%产量。2022 年全球 稀土产 量约为 30 万 吨，中国 产量达到 21 万 吨。国 内企业 中 北方稀土、盛和资源 等 具有氧 化镧生 产能力。3 氧化物固 态电解质 LLTO/LATP 的原材 料包括 二氧化 钛、焦磷酸 钛等。2022 年全球钛 资源储 量（以TiO2 计）约为 7 亿吨，以钛铁 矿为主；国 内占据 全球 29%的储量，位列 全球第 一。全 球钛矿 下游需 求主要是钛 白粉（白色颜 料和功 能性材 料，主 要成分 为二 氧化钛）、海绵 钛等。国内主 要钛白 粉生产 企业包括 龙佰集团、中核钛白、钒钛股份等。4 氧化物固 态电解质 LAGP、硫 化物固 态电解质 LGPS 等 原材料包 括二氧 化锗、硫化锗 等。2022 年全 球锗储量约为 8600 金属吨，中国 储量为 3500 吨左 右，份 额为 41%，是 全球第 二大锗 矿资 源国（仅次于 美国 45%的份额）。2022 年全球 金属 锗产量 约为 182 吨，其中国 内产量 占比近 7 成。锗是 重要的 半导体材料，主 要应用 场景包 括红外 成像领 域（43%）、光纤 通信领域（28%）、光伏领 域（19%）等。驰宏锌锗具备 金属锗 年产能 60 吨（全球三 分之一 左右、国 内 50%左右份 额）、探明锗 资源量超 600 吨，2022 年产量达到 55.9 吨。云南锗业 具 有锗资 源储 量超 600 吨，目前 布局有 区熔 锗锭、二氧化 锗、太 阳能锗晶片、光纤 用四氯 化锗、红外光 学锗镜 头等产 品。18/26 2024 年 4 月 8 日 行业|深度|研究报告 2 1 固态电池 可以沿 用传统 液态电 池的正 极材料 体系，但由 于固态电 池具有 更宽的 电化学 窗口，因此可 以兼容更高电 压的正 极材料，从而 提高电 池能量 密度。在固 态电解质、金属 锂负极 等材料 技术逐 步成熟 后，未来固态电池正极材料将向超高镍、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。富锂锰基为一种新 兴正极材料，多家企业已 有所布局。中高镍（5 系、6 系）和高 镍（8 系、9 系）的比容量上限 分别达到 205mAh/g 和 220mAh/g。富锂锰 基 为一种新 兴正极 材料，具有更 高的比 容量和 高电压的特 点，在约 2.0V-4.8V 区间内 具有超 过 250mAh/g 的比容量。目前，国内 已有 多家企 业储备 了富锂锰基正 极材料 的相关 生产技 术。上市公司 中，容百科技、当升科 技 等正 极材料 头部企 业 均提前布 局了针 对固态 电池使 用的高 镍三元、富锂锰基等 正极材 料的研 发，目 前已进 入小试 阶段，并配 合客户在 公司现 有产线 进行产 品性能 优化及 工艺放大试验。镍锰酸锂正 成为正极材料研究热点之一。高压尖晶石型 镍锰酸锂具有高能量密度、高安全及低成本 优势。镍锰酸锂 材料的 理论比 容量为 146.7mAh/g，锂电 压上 限高达 5V，电压平 台高达 4.7V，具有 超高的 能量密度（650Wh/kg）及功 率密度。当固 态电解 质与高 压镍锰酸 锂电极 相匹配 时，能 够进一 步提高 固态电池的能 量密度。目前 正成为 锂电池 正极材 料研究 热点 之一。2 固态电池对高能量密度的要求，将促使负极材料从石墨负极向硅基负极发展，长远将向金属锂负极迭代。目前锂电 池的负 极材料 主要为 人造石 墨，其 具有电 导率 高和稳定 性好的 优势，但石墨 材料的 比容量 理论值较低，当前石 墨负极 的比容 量约为 360mAh/g，已接 近理论最 大值 372mAh/g。硅基负极理论比容 量是石墨负极的 10 倍以上，已初步 实现产业化。无 定型碳 材料具 有良好 的寿命 和循环性能。硅具有 超过石 墨材料 10 倍的 理论比 容量（4200mAh/g）和略 高于石 墨的嵌 锂电压 平台。因此，硅碳材料 是短期 内最有 可能替 代石墨 材料成 为负极 材料 的新方向。但由 于硅基 负极存 在体积 膨胀大、导电性差和 SEI 膜不稳定 的缺点，在液 态锂电 池中，硅和 电解液容 易发生 副反应，因此 目前多 与石墨 掺杂使用，同 时目前 的应用 也较为 受限。19/26 2024 年 4 月 8 日 行业|深度|研究报告 据 GGII 数据显示，2022 年硅基负 极规划 产能超 20 万吨/年，包括 璞泰来、杉杉股 份、翔丰华 等 石墨头部负极 企业，同时，包括 天目先导、兰溪致 德、索理 德 等一批 聚焦于 硅碳材 料 的创 新企业 也正在 硅基负极产业 化痛点 上重点 攻关。2022 年我国硅 基负极 出货 量为 1.6 万吨。金属锂负极在全固 态电池的应用 潜力大。金 属锂 负极具 有高比容 量（3860mAh/g）、低 电位及 导电性优异的优 点，能 够极大 地提升 电池的 能量密 度，可 实现 1000Wh/L 的能 量密度，意味 着续航 里程可 以超过 1000km，可 以应用 于全固 态电池，是未 来最具 潜 力的负极 材料之 一。但 目前尚 不成熟，应用 于半固态/固 态电 池中仍 面临锂 枝晶的 威胁，有待技 术上取 得 突破。3 1 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。高分 子主要 选用聚 氧化 乙烯（PEO），也 可采用 聚硅氧 烷（PS）、聚 丙烯腈（PAN）、聚甲基 丙烯酸 甲酯（PMMA）等材料，但也存在 室温离 子电导 率低，质地较 脆等问 题，仍在研发 改性阶 段；锂 盐主要 采用 LiTFSI，在聚合 物中 的良好分 散能力 与稳定 性；惰 性填料 主要为 氧化物，如 TiO2、Al2O3、ZrO2、SiO2 等，起到 降低聚 合 物结晶度，改善 机械性 能等作 用。目 前聚合 物大规模应用 受制约，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。20/26 2024 年 4 月 8 日 行业|深度|研究报告 2 氧化物固 态电解 质按照 形态可 分为晶 态和非 晶态。非晶 态主要为 LiPON 型，晶态 类可分 为钙钛 矿型（LLTO）、反 钙钛矿 型、GARNET 型（LLZO）、NASICON 型（LATP）、LISICON 型 几类。晶态 氧化物电解 质空气 和热稳 定性较 高，因 此容易 实现大 规模 生产，其 中，钙 钛矿型（LLTO）拥 有最高 的晶体电导率，对锂 金属较 为稳定，尽管 烧结温 度高带 来更 高成本，但业内 普遍认 为，从 长期来看 LLTO 应用潜力相 对较大。而非 晶态固 态电解 质主要是 LiPON 型 固态电解 质，离 子电导 率低，是目前 唯一实 现商业化应 用的氧 化物电 解质材 料，多 家国外 企业已 率先 实现全固 态薄膜 锂电池 在无线 传感器、射频 识别标签、智 能卡、消费类 电子等 低容量 需求电 子设备 上的 应用。薄膜型产品：通 过降低 电解质 厚度，弥补离 子电 导率问 题，目前 非晶态的 LiPON 可通过 真空蒸 镀制成薄膜，虽 离子电 导率差，但在 较薄厚 度时（2 m），面电阻可 控，因 此倍率 性能、循环性 能优异。但薄膜型电 池容量 很小（mAh 级），主要应 用在微 型电子、消费电 子领域，但在 Ah 级电 动车领 域则需 大量串并联，工艺 困难且 造价不 菲，应 用范围 有限。非薄膜型产品：综 合性 能优异，可制 备容量 型电池，目 前以 LATP、LLZO、LLTO 路 线为主。LATP 电化学窗口 最宽，空气稳 定性好，烧结 温度低，生产 成本 低，但 Ti4+
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