目錄安全與性能要求日益提高，固態(tài)電池應運而生 3新能源需求迅速增長，對安全性和能量密度提出更高要求 3固態(tài)電解質(zhì)為核心材料，四種材料方向并行發(fā)展 6固態(tài)電解質(zhì)是固態(tài)電池材料體系的核心 6聚合物固態(tài)電解質(zhì)：柔韌性好質(zhì)量輕，電位低室溫電導率較差78硫化物固態(tài)電解質(zhì)：室溫電導率高，空氣穩(wěn)定性較差 8鹵化物電解質(zhì)：耐高壓電導率高，對濕度和溫度敏感 9固態(tài)電解質(zhì)當下的難點仍待改進 固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化初探，氧化物配套混合態(tài)有望率先量產(chǎn) 1212相關企業(yè)：氧化物和硫化物技術路線布局領先 12投資建議 16風險提示 16數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2012-202212.51052.255.4%0.2%13%帶動全球動力電池裝機量快速攀升，2022年全球裝機規(guī)模達到517.9GWh，同比增長71.8%。圖1：2022年上半年全球新能源車銷量達到430輛 圖2：動力電池裝機量迅速提升數(shù)據(jù)來源：EVSales， 數(shù)據(jù)來源：SNEresearch，年電池300Wh/kg的突破，而關于傳統(tǒng)液態(tài)鋰電電池理論能量密度圖3：電池能量密度規(guī)劃持續(xù)提升數(shù)據(jù)來源：百度公眾號傳統(tǒng)電池安全問題引發(fā)關注，新材料體系降低風險。傳統(tǒng)液態(tài)電池電解液由電解質(zhì)、有機溶劑和添加劑組成，工作溫度通常不能超過60℃，否則作為易燃物的有機溶劑可能高溫燃燒，尤其在航空航天、電動汽車、儲能電網(wǎng)等關鍵領域，電池安全問題更亟待解決。除此之外，電池充放電中不可避免存在鋰枝晶的生長，可能刺破電池隔膜造成短路，進一步引發(fā)電池失控風險。因此，尋找材料替代可燃有機電解液是降低動力電池安全風險的重要解決方案之一。圖6：多種因素導致電池熱失控數(shù)據(jù)來源：《中國科學基金》，鋰離子動力電池熱失控機理及熱管理技術研究進展依據(jù)電解液液體含量分類，鋰電池可分為液態(tài)、固態(tài)混合態(tài)和全固態(tài)三大類。固態(tài)鋰離子電池的工作原理與液態(tài)鋰離子電池相似，固態(tài)鋰離子電池主要由正極、負極以及固態(tài)電解質(zhì)組成，最本質(zhì)區(qū)別是將液態(tài)電池的電解液與隔膜替換成固態(tài)電解質(zhì)，實現(xiàn)不用或者少用隔膜及電解液。圖7：固態(tài)電池搭配固態(tài)電解質(zhì) 圖8：固態(tài)電池多使用軟包封裝工藝數(shù)據(jù)來源：《為全固態(tài)鋰電池“正名”》（徐曉雄等，2018）與主流液態(tài)鋰電池相比，固態(tài)電池主要體現(xiàn)為：1）都是易揮發(fā)易爆的化學物，而固態(tài)電池使用固態(tài)電解質(zhì)，本身不具備可燃性，可以不用或者少用有機溶劑，有效固態(tài)電池的固態(tài)電解質(zhì)本身絕緣可以液態(tài)鋰電池電解液在高電壓下極易氧化分解，且易與負極發(fā)生反應，固態(tài)電池電化學穩(wěn)定性窗口寬，可能搭配負載5V電壓，適配硅基（4200mh/g、金屬鋰3860mh/g）2）液態(tài)鋰離子電池中隔40%20%固態(tài)電池電芯可以實現(xiàn)先串聯(lián)后并聯(lián)組裝的方式一次組裝成型，固態(tài)電解質(zhì)的安全性可以減少系統(tǒng)熱管理系統(tǒng)需求，成組效率大幅提升，更有效利用空間。相對方便。表1：固態(tài)電池和液態(tài)電池材料和性能對比技術路線 液態(tài)電池 固態(tài)電池由溶劑、溶質(zhì)（電解質(zhì)）和添加劑組成，溶劑電解液

為可燃有機物

僅使用固態(tài)電解質(zhì)，本身不具備可燃性隔膜 使用隔膜將正負極隔開并允許離子通過 固態(tài)電解質(zhì)本身是絕緣的，不用或少用隔膜高電壓達到高電壓達到5V的正極材料，提升能量密度負極材料電解液易與負極持續(xù)發(fā)生反應可適配硅基、金屬鋰等多種負極材料提升能量密度，固態(tài)電解質(zhì)的存在能有效抑制鋰枝晶的生長極耳材料有內(nèi)部極耳無內(nèi)部極耳封裝材料鋁殼方形、鋁殼圓形、鋁塑膜軟包等鋁塑膜軟包形態(tài)組裝方式先做成單體電芯再挨個并聯(lián)疊加先串聯(lián)后并聯(lián)組裝，一次成型安全性較低較高能量密度較低較高充放電倍率較低較高副反應較多較少室溫離子電導率約10-2S/cm比電解液低十倍以上界面阻抗較小較大快充性能一般較好，但需解決高內(nèi)阻問題高低溫性能低溫性能較好高溫性能較好

電解液高壓易氧化分解，正極材料負載電壓不

固態(tài)電池能夠充電到更高的電壓，可搭配負載數(shù)據(jù)來源：中國知網(wǎng)，贛鋒鋰電發(fā)布混合固態(tài)電池產(chǎn)品，開啟固態(tài)電池國內(nèi)車端商業(yè)化進程。2050年10和電動巴士上搭載由子公司BatScap制造的固態(tài)電池，以聚氧化乙烯(PEO)作為電解質(zhì)，磷酸鐵鋰作為正極,的商業(yè)化202020232022150臺搭載贛鋒鋰業(yè)混合固液電池示范運營車正502023ET7360Wh/kg。圖9：贛鋒鋰電發(fā)布固態(tài)鋰電池 圖10：東風搭載混合固液電池示范運營車數(shù)據(jù)來源：贛鋒鋰電固態(tài)電解質(zhì)是固態(tài)電池材料體系的核心固態(tài)電解質(zhì)是固態(tài)鋰離子電池的核心組成部分，可同時作為電池的隔膜以及電池的電解質(zhì)。電解質(zhì)的核心作用是起著在正負極之間傳輸Li+的作用。理想的固態(tài)電解質(zhì)應滿足離子電導率高、界面阻抗低、結構穩(wěn)定安全性高、機械強度高、價格低廉等特點。目前來看，根據(jù)電解質(zhì)的不同，主要可分為聚合物固態(tài)電解質(zhì)和無機固態(tài)電解質(zhì)。前者代表性的體系是PEO聚環(huán)氧乙烷；后者是氧化物、硫化物和鹵化物體系。圖11：理想固態(tài)電解質(zhì)的性能及結構要求數(shù)據(jù)來源：《鋰離子電池氧化物固態(tài)電解質(zhì)研究進展》（姚忠冉等，2023）表表2：不同電解質(zhì)類型的固液混合態(tài)鋰電池和全固態(tài)鋰二次電池類型及特點項目 特點負極無鋰正極對應負極：厚金屬鋰箔、鋰箔、鋰合金、鋰復合材料、含鋰嵌入化合物鋰源正極對應負極：不含鋰遷入化合物、薄鋰箔、鋰合計、鋰復合材料分類固液混合態(tài)全固態(tài)鋰電池電池結構設計界面電阻低較低高較低鋰枝晶生長，可抑制生長，可抑制生長，可抑制不易生長界面副反應有，可自行中斷有，可自行中斷有，可自行中斷有，可自行中斷正極設計容易較困難困難較困難電位范圍5V較困難5V困難5V有可能5V有可能低溫性能可以困難困難困難能量密度較高較高較低較低安全性較好較好氧化物體系很好好加工性較容易較容易較困難較困難數(shù)據(jù)來源：《為全固態(tài)鋰電池“正名”》（徐曉雄等，2018）較差聚合物固態(tài)電解質(zhì)是由高分子量的聚合物和鋰鹽（、F6、等）組成的體系，具有離子傳輸能力的聚合物電解質(zhì)，與堿金屬P（聚環(huán)氧乙烷，在電場作用10-6-10-8S/c（10-3c60°C-85°C3.8V較低，只能圖12：PEO中鋰離子傳導機理示意圖數(shù)據(jù)來源：Polymerelectrolytesandinterfacesinsolid-statelithiummetalbatteries易脆裂氧化物固態(tài)電解質(zhì)由氧化物類無機鹽組成，可分為晶態(tài)電解質(zhì)和非晶態(tài)電解質(zhì)。除可用在薄膜電池中的鋰磷氧氮LiPON型非晶態(tài)電解質(zhì)之外，當前商用化主要聚焦在晶態(tài)電解質(zhì)材料的研究，主流的晶態(tài)電解質(zhì)材料體系有：石榴石（LLZO）結構固態(tài)電解質(zhì)、鈣鈦礦（LLTO）結構固態(tài)電解質(zhì)、NASICON鈉超離子導體型固態(tài)電解質(zhì)和LISICON型固體電解質(zhì)等。石榴石型電解質(zhì)的通式為 ，主要材料體系為73r212目前使用較廣鈣鈦礦型電解質(zhì)的通式為3x2/3-xT3，具有結構穩(wěn)定，制備工藝簡單，成分可變范圍大等優(yōu)勢，但其離子電導率略低型電解質(zhì)利用骨架結構通過鋰鈉替換可以制備高性能固態(tài)電解質(zhì)目前主流材料有Ti2-x(PO4)3(磷酸鈦鋁鋰體系。上述材料中對于鋰負極具有較高的兼容性；NaSICON型和鈣鈦礦型電解質(zhì)對金屬Li的電化學穩(wěn)定性較差整體上，氧化物固態(tài)電解質(zhì)室溫離子導電率較高，達到10-5-10-3S/cm，并且化學窗口寬、化學穩(wěn)定性高、機械強度較大，是理想的固態(tài)電解質(zhì)材料體系，但也存在燒結溫度較高和機械加工容脆裂風險。圖13：鋰鑭鋯氧氧化物電解質(zhì)結構示意圖數(shù)據(jù)來源：DFTstudyoftheroleofAl3+inthefastion-conductorLi7-3xAl3+xLa3Zr2O12garnet硫化物固態(tài)電解質(zhì)：室溫電導率高，空氣穩(wěn)定性較差硫化物電解質(zhì)屬于無機固態(tài)電解質(zhì)，是由氧化物固體電解質(zhì)衍生出來的，S2?與O2?的相互作用更小，極大提高電解質(zhì)的室溫離子電導率。按結晶形態(tài)分為晶態(tài)、玻璃態(tài)及玻璃陶瓷電解質(zhì)。晶態(tài)固體電解質(zhì)的典型代表是Thio-LISICON和Li2SiP2S12體系。Thio-LISICON化學通式為、Si=P、、Zn2.2×10-3S/cm2SP2S12i和Li2S-P2S5體系為主要代表，組成變化范圍寬，離子電導率可達10?4-10?2S/cm。但S2?O2?容易氧化，硫化物電解質(zhì)在高電壓下更易氧化分解，電化學窗口更窄。圖14：硫化物電解質(zhì)結構示意圖數(shù)據(jù)來源：Alithiumsuperionicconductor鹵化物電解質(zhì)：耐高壓電導率高，對濕度和溫度敏感(XCl、F)M及空位濃度進而類化合物。相較于氧化物及硫化物，一價鹵素陰離S2?O2?更弱且半徑較更大，極大提高電解質(zhì)10?2S/cm量級。同時，鹵化物一般具有較高的氧化還原電位，與高壓正極材料具有更好的兼容性，可以實現(xiàn)在高電壓窗口下的穩(wěn)定循環(huán)，被認為是全固態(tài)鋰離子電池中非常有發(fā)展?jié)摿Φ牟牧?。、及?0-3S/cm圖15：鹵化物電解質(zhì)結構示意圖數(shù)據(jù)來源：《鹵化物固態(tài)電解質(zhì)研究進展》（陳帥等，2023）表3：固態(tài)電解質(zhì)材料優(yōu)劣勢對比技術路線 有機物電解質(zhì) 無機物電解質(zhì)聚合物固態(tài)電池 氧化物固態(tài)電池 硫化物固態(tài)電池 鹵化物固態(tài)電池示例 PEO

NaSICON

Li2SiP2S12

Lia-M-Cl6Lia-M-Cl4、Lia-M-Cl8電化學窗口較窄（3.8V）較寬（可達5.5V）較窄較寬室溫離子電導率(S/cm)

10-6-10-8（高溫下更高）

10-5-10-3 10-3-10-2

部分可達10-3理論可達10-2界面阻抗 較大 大 大 大熱穩(wěn)定性 高 高 高 較差較高（PEO可安全性燃）空氣穩(wěn)定

高 高 較高性金屬鋰負

高 高 較差（水解生成H2S） 較差LLZO好、極相容性

好 NaSICON和鈣鈦礦型較差

好 較差機械強度 較低 高 高 高能量密度 較低 高 高 高制作難度 簡單 較高 高 較高成本 較高 較低 高 較高數(shù)據(jù)來源：中國知網(wǎng)，固態(tài)電解質(zhì)當下的難點仍待改進固體電解質(zhì)材料主要的問題集中在/界面阻抗大，界面相容性較差、充放電過程中的材料體積膨脹收縮導致界面容易分離等，從而直接影響電池的低溫性能、快充性能、能量密度與功率密度，具體來看：質(zhì)的分子結構較為松散，離子可以更自由地運動，相比之下固態(tài)電解質(zhì)的晶體結構通常比較穩(wěn)定，離子的運動需要克服晶格的位移和能壘，導致離子電導率受限。因此液態(tài)電解質(zhì)室溫離子電導率約為10-2S/cm，但固態(tài)電解質(zhì)離子電導率通常比電解液低10倍以上。低離子電導率會限制電池的充放電速率，導致電池的功率輸出受限，降低電池在高功率需求下的能量密度。因此固態(tài)電池在商業(yè)化之前需突破離子電導率的瓶頸。傳輸，導致電池的功率輸出能力減弱、充放電效率降低。速失效、壽命減少。針對以上問題，主要的改善工藝集中在元素摻雜、界面層修飾、電極柔性復合等：將例如鋯酸鋰等含鋯成分添加到固態(tài)電解質(zhì)中，以改善其離子電導率和界面穩(wěn)定性。鋯酸鋰作為一種具有高離子遷移率的材料，當其添加到固態(tài)電解質(zhì)中時，可以提供更多的離子傳輸通道，促進離子在電池中的快速傳輸。除此之外，鋯摻雜工藝可以改善固態(tài)電解質(zhì)與電極之間的界面接觸，減少界面阻抗和界面反應，提高電池的循環(huán)穩(wěn)定性。、Al2O3等。界面修飾層能提高的傳輸效率。界面修飾層還可以起到物理和化學屏障的作用，減少界面反應發(fā)生，提高界面穩(wěn)定性。電池方案與固態(tài)電解質(zhì)進行混合。量產(chǎn)近量產(chǎn)當前固態(tài)鋰電池的應用大體還處于實驗室階段，商業(yè)領域仍屬于小批量制造。具體來看：生產(chǎn)，但只適用于微型器件，大容量的電芯比較難以制作。氧化物電解質(zhì)接近量產(chǎn)條件。同的路線。硫化物高成本短期較難改善。硫化物電解質(zhì)如硫化鋰、硫化磷需要進行高壓下的化合，制備難度較高，同時硫化鋰成本極高導致硫化物固態(tài)電池成本遠高于液態(tài)電池，據(jù)贛鋒鋰電估算當前350Wh/kg體系硫化物全固態(tài)電池成本約40元/Wh，距離量產(chǎn)還尚為遙遠。鹵化物電解質(zhì)進展迅速潛力巨大。目前鹵化物電解質(zhì)的研究進展較快，其離子電導率、正極材料兼容性、空氣/潮濕環(huán)境穩(wěn)定性等問題還有待進一步改善，但其低成本、環(huán)境友好，相比其他電解質(zhì)具有更為優(yōu)異的高電壓正極穩(wěn)定性，相對較高的鋰離子電導率等特性適合作為一項獨特的正極側的電解質(zhì)策略推動全固態(tài)電池走向?qū)嵱没ＵJ為，考慮到全固態(tài)電池研發(fā)和加工門檻較高，固液混合電池作為中間形態(tài)電池方案有望率先大規(guī)模生產(chǎn)，成為液態(tài)鋰離子電池體系的有效補固液混合鋰電池雖然在安全性、能量密度和電位上限有所折讓，但工藝門檻更容易突破，因此混合固態(tài)電池被視為液態(tài)電池向全固態(tài)電池迭代的一種重要方案，短期內(nèi)有望成為國內(nèi)企業(yè)主要路線。相關企業(yè)：氧化物和硫化物技術路線布局領先固態(tài)電池初創(chuàng)企業(yè)、傳統(tǒng)動力電池企業(yè)和汽車廠商加速固態(tài)電池落地。QuantumScape蘇清陶、北京衛(wèi)藍等；第二類則是具有規(guī)?；a(chǎn)經(jīng)驗的傳統(tǒng)動力電池企業(yè)，如寧德時代、國軒高科、贛鋒鋰電等；第三類是致力于布局上游的主流汽車廠商，如豐田、寶馬、大眾、東風等；第四類是致力于固態(tài)公司電解質(zhì)路線公司電解質(zhì)路線固態(tài)電池布局QuantumScape氧化物技術特色：800可符合新能源汽車的快速充電所需的功率密度產(chǎn)業(yè)化進度和規(guī)劃：2021其后增加1GWh的中試生產(chǎn)線（“QS-1”），21GWhJV，以實現(xiàn)固態(tài)電池的工業(yè)生產(chǎn)水平臺灣輝能氧化物技術特色：BiPolar+60V2020年全新堆疊式固態(tài)鋰電池總能量密度29%56%。440~485Wh/L1000次以上；固態(tài)鋰金屬電池能量密度可達383Wh/kg和1025Wh/L，可在室溫下循環(huán)500次產(chǎn)業(yè)化進度和規(guī)劃：1-2022580120GWh20222024年量產(chǎn)江蘇清陶氧化物技術特色：公司量產(chǎn)的第一代產(chǎn)品半固態(tài)電池液含量在5%-15%之間，能量密度在240-420wh/kg5%，能量400-500wh/kg；第三代全固態(tài)電池內(nèi)沒有任何液體，目前已經(jīng)完成了實驗室階段的驗證，正在進行產(chǎn)線的設計和工藝開發(fā)相關工作，能量密度在500wh/kg以上產(chǎn)業(yè)化進度和規(guī)劃：210GWh產(chǎn)業(yè)化項目在蘇州昆山正式開工；202321410015GWh清陶能源動力固態(tài)電池儲能產(chǎn)業(yè)基地正式簽約落地成都市郫都區(qū)北京衛(wèi)藍氧化物技術特色：2018年實現(xiàn)300+Wh/kg的固態(tài)電池，2023年初宣布和蔚來汽車合作，將其半固態(tài)電池產(chǎn)品應用于ET7車型，單體能量密度達360Wh/kg產(chǎn)業(yè)化進度和規(guī)劃：2022225100GWh固態(tài)鋰2023360Wh/kg贛鋒鋰電氧化物技術特色：，循環(huán)壽命接400次。公司的高安全半固態(tài)電池，單體能量密度達量達160KWh，續(xù)航里程超過1000km，預計2023年批量交付產(chǎn)業(yè)化進度和規(guī)劃：2022年7月在重慶兩江新區(qū)開工建設“贛鋒新型鋰電池科技產(chǎn)業(yè)園及先進電池研究院項目10GWh10GWhPACK項目，總投資96億元，建成后將成為國內(nèi)最大的固態(tài)電池生產(chǎn)基地。PACK236產(chǎn)，電芯產(chǎn)線預計24年年初試投產(chǎn)寧德時代聚合物/硫化物/氧化物技術特色：在聚合物、硫化物以及LATP氧化物路線上均具備技術專利產(chǎn)業(yè)化進度和規(guī)劃：419能量密度高達500Wh/kg國軒高科技術特色：公司的高安全半固態(tài)電池單體能量密度達360Wh/kg，配套車型的電池包電量達160kWh，續(xù)航里程超過1000km產(chǎn)業(yè)化進度和規(guī)劃：360Wh/Kg三元半固態(tài)電池計劃在23年實現(xiàn)量產(chǎn)，400Wh/Kg的三元半固態(tài)電池目前在公司實驗室已有原型樣品表4：布局固態(tài)電池的電池企業(yè)蜂巢能源硫化物技術特色：硫系全固態(tài)電池原型能量密度達350Wh/kg-400Wh/kg產(chǎn)業(yè)化進度和規(guī)劃：是國內(nèi)首家完成20Ah級硫系全固態(tài)原型電芯研發(fā)的公司，計劃在2025年在量產(chǎn)車上應用能量密度達350-500Wh/Kg的固態(tài)電池孚能科技技術特色：第一代能量密度能量密度330Wh/Kg，第二代半固態(tài)電池已處于產(chǎn)業(yè)化開發(fā)階段,兼顧能量密度、循環(huán)壽命和快充性能的新型正負極材已處于中試階段產(chǎn)業(yè)化進度和規(guī)劃：20229產(chǎn)。孚能科技對于固態(tài)電池的研發(fā)將分為四代，并計劃分階段實現(xiàn)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化力神電池能量密度達到360Wh/kg，可滿足最大1200公里乘用車續(xù)航或280公里物流無人機續(xù)航，通過嚴苛的針刺測試鵬輝能源固態(tài)電池處于研發(fā)階段，公司計劃在未來2-3年內(nèi)推出固態(tài)電池產(chǎn)品三星SDI2023年已經(jīng)完成了全固態(tài)電池中試線的建設，準備在下半年生產(chǎn)樣機中自科技固態(tài)電池中試線正進行設備安裝調(diào)試德爾股份聚合物/氧化物公司研發(fā)的固態(tài)電池采用正極和負極上涂布電解質(zhì)的技術方案，使用由聚合物和氧化物構成復合電解質(zhì)，具有較好的離子傳導率和高溫特性。正積極推進固態(tài)電池產(chǎn)品的測試的相關研發(fā)工作數(shù)據(jù)來源：公司官網(wǎng)、公司公告、中國專利網(wǎng)，公司電解質(zhì)路線固態(tài)電池布局日產(chǎn)公司電解質(zhì)路線固態(tài)電池布局日產(chǎn)2023年4月9日宣布正在與美國宇航局（NASA）合作開發(fā)新型全固態(tài)電池，計劃在2024年建立全固態(tài)電池試驗生產(chǎn)線，在2028年正式投產(chǎn)全固態(tài)電池豐田硫化物2020年試運行第一輛配備全固態(tài)電池的汽車，規(guī)劃在2025年前實現(xiàn)全固態(tài)電池小規(guī)模量產(chǎn)，首先搭載在混動車型上；2030年豐田的全固態(tài)電池要實現(xiàn)持續(xù)、穩(wěn)定的生產(chǎn)寶馬硫化物將與美國初創(chuàng)公司SolidPower啟動下一階段全固態(tài)電池的聯(lián)合研發(fā)，并在其自己的電池制造中心(CMCC)采用SolidPower的全固態(tài)電池中試生產(chǎn)線。第一輛采用全固態(tài)電池的寶馬原型車計劃在2025年之前推出，2030年之前將實現(xiàn)全固態(tài)電池的量產(chǎn)大眾氧化物將在2025年比亞迪氧化物擁有眾多固態(tài)電池相關專利東風氧化物東風汽車已完成了新一代高比能固態(tài)電芯的研發(fā)，該電芯能量密度可達405瓦時/千克，固液混合比例可超過90:10，將于2024年實現(xiàn)乘車搭載數(shù)據(jù)來源：公司官網(wǎng)、公司公告、中國專利網(wǎng)，公司電解質(zhì)路線固態(tài)電池布局當升科技公司電解質(zhì)路線固態(tài)電池布局當升科技聚合物/硫化物/氧化物公司在已系統(tǒng)布局氧化物、硫化物、聚合物等主流固態(tài)電解質(zhì)技術路線。同時，公司固態(tài)超高鎳材料已批量導入主要固態(tài)電池客戶上海洗霸與中國科學院上海硅酸鹽研究所簽署固態(tài)電解質(zhì)材料技術相關知識產(chǎn)權轉(zhuǎn)讓協(xié)議，受讓專利包括《一種有機-無機復合準固態(tài)電解質(zhì)以及準固態(tài)鋰電池》、《一種鋰空氣電池用或鋰鋰對稱電池用電解液》、《一種固態(tài)鋰金屬電池及其制備