2023年固态电池专题报告：半固态装车引领，全固态未来可期

1. 固态电池：突破安全与能量密度瓶颈

固态电池：电解质变革，本质安全与高能量密度并存敏感性

固态电池与液态锂电池的核心区别是固态电解质取代隔膜和电解液 。1）传统液态锂离子电池以液态电解质作为离子迁移通道，用隔膜隔绝正极和负极以防止短路，固态电池的基本原理即带 电离子在正极和负极之间来回移动实现充放电过程，因此固态电池的正极和负极相比于液态电池没有变化 。 2）液态电池中用于传导离子的电解液与隔绝正负极以防止内部短路的隔膜，可由固态电解质实现替换，离子的迁移场所 从电解液转到固态电解质中，同时起到隔绝电极的作用。

固态电池的优势在于本质安全和高能量密度。 1）在安全性方面，液态锂离子电池发生热失控或因隔膜刺穿引发短路时，其内部有机电解液可能发生燃烧，从而产生安 全问题，而固态电池中没有有机电解液，其发生安全问题的可能性大幅降低； 2）在能量密度方面，液态锂离子电池能量密度在过去十年从150Wh/kg提升至250Wh/kg；据能源电力说微信公众号，固态 电池能量密度有望超过500Wh/kg，能量密度可实现大幅提升； 3）总体来看，相比于液态离子电池，固态电池具有高能量密度、高可靠性等优势，有望实现广泛应用。

从液态电解质含量演变来看，固态电池将产生半固态、准固态、全固态三种形态，半固态、准固态为过渡，全固态是最 终目标。 根据OFweek锂电，液态锂离子电池与固态电池分界线是电池液体含量10%，当液体含量5%~10%时为半固态电池，电池中液 态电解质质量占电池的比例为1%~5%的划分为准固态电池，不含有液态电解质的为全固态电池。几类电池开发难度依次为：半 固态<准固态<全固态。

固态电池分类：四大电解质材料体系，各有优势

聚合物易于加工/成本较低，氧化物安全性更高，硫化物能量密度更高。 聚合物具有良好的工艺成熟度和较低的成本，是目前成熟度最高的固态电解质，氧化物稳定性最高，因此安全系数较高， 由于其与电极界面接触较差，目前主要用于添加部分电解液的半固态电池中，硫化物固态电池的能量密度最高，同时具有较 好的离子电导率和加工性能，是具有未来发展潜力的固态电解质。

固态电池制造工艺：与液态锂电池部分兼容，叠片为主，成膜是关键

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，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；  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。

固态电池价值量拆分：材料成本占主导

为拆分半固态电池与全固态电池的价值量构成，我们的 核心假设为： ①半固态电池材料体系为三元锂/LLZO/电解液/隔膜/碳硅 负极，全固态电池材料体系为三元锂/LLZO/碳硅负极； ②根据GGII数据，LLZO电解质在半固态电池中单耗量100 吨/GWh，根据《Solid-State Battery Roadmap 2035+》 （Fraunhofer，2022），LLZO等固态电解质在全固态电池 中单耗量为500-1500吨/GWh，我们取中值1000吨/GWh，且 全固态电池不使用隔膜与电解液，其他原材料单耗用量假 设参考GGII、鑫椤锂电、iFind，列于下表（11月29日数 据）。 ③根据清陶能源宜春1GWh固态电池环评报告，其固定资产 建设投资5.5亿元，年均电力消耗7000万kWh以上，工人 220人，我们假设工人工资为6万元/年，据此假设我们测 算折旧、人工及能源单耗约为0.09元/Wh。

成本、工艺、材料尚未突破

固态电池成本、工艺、材料等诸多问题限制其发展与产业化应用。尽管固态电池具备本质安全特性，以及更高的理论能量密度，然而其发展与产业化应用仍然受到多方面因素的限制，如固 态电池成本高昂，氧化物电解质加工性能差导致制备困难，部分固态电解质的电导率低下导致倍率性能，相变、电极膨胀、 锂枝晶等因素会导致电解质与电极间接触变差，从而增大阻抗、降低循环性能，影响电池的服役性能。 我们梳理固态电池目前面临的核心问题主要有：1）成本居高，经济性差；2）高电导率和良好加工性能难以兼顾；3）固 态电解质与电极材料之间界面接触差。

2. 产业化：半固态元年将至，产业化齐头并进

区域：技术各有侧重，产业化齐头并进

日韩集中于硫化物全固态电池方向，固态电池专利方面居垄断地位。日韩具有大量锂离子电池厂商，松下、LG新能源、 三星等，汽车头部企业，丰田、本田、日产、现代等，具备雄厚研发基础，主要集中于硫化物全固态电池的研发；

欧美各企业路线各异，头部车企与初创固态电池企业强强联合。欧美老牌车企投资新兴固态电池厂商Quantumscape（氧 化物半固态电池）和Solid power（硫化物全固态）等联合开发固态电池及产业化装车；

中国固态电池厂与车企合作密切，集中氧化物半固态电池，量产及装车进程较快。国内侧重方向主要为氧化物路线，据 各公司（比亚迪宁德时代、赣锋钾业、孚能科技、蜂巢能源等钾电巨头以及清陶能源、卫蓝新能源、辉能科技等固态电池 企业）官网或官微等披露，国内固态电池已有/在建/规划产能达数百GWh，清陶能源将在2024年装车上汽智己，国内总体 产业化进展较快。

车企：以自主研发或合作方式推进装车，半固态陆续装车

布局固态电池技术的车企主要包括各国传统燃油车及新能源汽车巨头。日本丰田、本田、日产，韩国现代，自行布局固 态电池技术，奔驰参股美国固态电池公司Factorial Energy、投资中国固态电池企业辉能科技，宝马与福特共同投资Solid Power，合作开发固态电池并致力于量产装车，大众投资美国固态电池企业QuantumScape。

布局固态电池技术的车企主要包括各国传统燃油车及新能源汽车巨头。中国新能源车企巨头比亚迪自研布局固态电池技 术专利，包括氧化物与硫化物路线，已完成生产，可进行装车试验，蔚来、赛力斯、上汽等车企，与固态电池厂商合作致 力于量产装车，如蔚来与卫蓝新能源，赛力斯与赣锋锂电，上汽与清陶能源等。

成本可行性：半固态理论成本提升有限，只待规模起量

GGII测算，半固态电池与液态锂离子电池成本差异不大。经GGII计算，半固态电池与液态电池BOM成本差值小于0.1元/Wh，叠加考虑设备产线建设及折旧成本后，理论上总体 制造成本差仍小于0.1元/Wh。

产业化时间表：半固态临近装车，全固态尚需等待

装车应用方面：半固态电池元年将至，蔚来、宝马等陆续获得固态电池交付。 全固态电池发展仍需时日，行业专家预计产业化在2030年前后。根据我们梳理的全球各家固态电池厂商规划情况，目前已有的产能或较为成熟的产能规划，除富士通、村田的小规模 量产，法国BlueSolutions的聚合物固态电池，Solid Power向宝马交付的A样为全固态电池外，其他的已有、在建和规 划中产能均为半固态电池产能，全固态电池的产业化应用仍需时日。

出货量及渗透率

中商产业研究院预计2030年国内固态电池出货量达250GWh，全球渗透率8.22% 。预计国内2022/2025/2030年半固态+全固态电池出货量2.9/24.4/251.1GWh，对应期间CAGR为75%。中商产业研究院 统计、预测，国内2022/25/30年固态电池出货量2.90/24.4/251.1GWh，折合2022-2030年将增长接近86倍，对应期间 CAGR为75%，增长迅速。2030年全球固态电池渗透率约为8.22%，全固态电池占比较小。EVtank预测全球2022/30年锂离子电池出货量分别为 957.7/6080.4 GWh；中研普华产业研究院预测，2030年全球固态电池出货量达500GWh，对应渗透率为8.22%，对应 液态锂离子电池占比为91.8%。

3. 锂电池材料体系的影响：正负极材料高性能化

固态电池可选材料体系丰富

固态电池与液态锂离子电池主要区别在于固态电解质代替隔膜与电解液。根据Solid-State Battery Roadmap 2035+（ Fraunhofer，2022），分环节来看，固态电池可选材料体系较为丰富，电解质方面，固态电解质可选氧化物、聚合物、 硫化物等体系，对于半固态电池还可添加液态电解质。正极材料方面，除磷酸铁锂和三元锂电池，可选硫正极与高压无钴 尖晶石（富锂锰基）。负极材料方面，除石墨负极外，固态电池还可使用锂金属、硅、钛酸锂等负极材料。

正极材料演变：高镍三元与高电压富锂锰基将成为优选

据GGII，全固态与半固态电池相比液态锂离子电池安全性能更佳，高镍三元更能够发挥出性能优势；GGII 预测，2030年国内固态电池对高镍材料需求将超40万吨；此外，对于全固态电池，由于固态电解质的电压 耐受能力更高，因此可选择具有更高电压平台的正极材料。据GGII，磷酸铁锂电压平台3.2V，三元锂达到 3.7V，而富锂锰基正极材料的电压平台最高可达到4.6V，同时其具有更高的克容量，更低的成本，因此我们 认为富锂锰基正极材料是未来全固态电池正极材料的理想选择。

导电材料演变：碳纳米管导电剂用量增加

据捷邦科技在2023年2月13日在全景网投资者关系平台上对投资者的回复，固态电池中，除了锂负极导电能 力良好外，其余大部分正负极材料都存在电子导电性低的问题，需要添加具有化学惰性的碳类导电剂，碳纳 米管在力学、电学、热学和化学稳定性等方面较传统导电剂有明显优势，在固态电池上有较大应用潜力。据 GGII，固态电池中碳纳米管导电剂用量增加，对于半固态电池，其单GWh碳纳米管导电剂用量为70-120吨， 远高于液态锂离子电池的20-30吨，随着固态电池渗透率提升，碳纳米管导电剂用量将随之增长。

4. 产业链梳理

固态电池产业链与液态锂离子电池产业链类似。主要分为上游原材料、正极、负极、固态电解质、固态电池、应用端。

报告节选：

编辑：火腿肠