一、行业需求与固态电池定义
液态电池的安全问题频发，如有机液态电解液的易燃性导致多起电动车自燃事件，引发公众对锂电池安全性的疑虑。同时，液态电池的能量密度已接近上限，无法进一步突破，固态电池凭借其高安全性及适配更高容量材料的能力，成为下一代确定性方向。
二、固态电池类型与电解质
固态电池根据含液量的不同分为半固态、固态和全固态电池。根据电解质类型，固态电池主要可分为聚合物/氧化物/硫化物固态电池，目前业内主要以氧化物/硫化物为主，固液混合和软包消费成为固态电池前期应用落地的解决方案。
2.1 固态电解质
固体电解质是实现固态锂电池高能量密度、高循环稳定性和高安全性能的关键。理想材料应具备高离子电导率、宽电化学窗口、对正负极材料均具有良好的化学稳定性以及良好的机械性能。不同类型的固态电解质各有优劣：
- 聚合物电解质：研究相对成熟，如PEO基固体电解质，但室温离子电导率偏低，主要研究方向为减弱结晶性以改善离子电导率。
- 氧化物电解质：包括NASICON型、石榴石型和钙钛矿型，近年来主要通过制备、改性、参杂、引入界面层等改善离子电导率和稳定性。
- 硫化物电解质：理论上最好的固态电解质材料，电导率优势明显，但与空气接触会形成有毒的硫化氢，材料生产对工艺要求极高，成本较高。
2.2 固态电池制造工艺
固态电池的制作工艺与液态电池存在一定差异，锂金属的高活性要求特定环境和设备，如挤压、熔融、蒸镀等工艺需要在加压或烧结条件下处理锂。不同类型的固态电池核心工艺有所差别：
- 薄膜型固态电池：由于无法做到大容量，竞争劣势于块状固态电池。
- 块状固态电池：不同电解质的制造和新工艺有所差异，氧化物需要烧结，硫化物需要加压且对环境敏感。
三、固态电池产业链与关键问题
固态电池产业链与液态电池结构相似，但上游原材料会多一些金属元素，制造设备端亦会出现一些新的设备。目前固态电池面临的关键问题包括：
- 成本：大多数固态电解质/电池、相关设备未大规模生产，产业化工艺不成熟导致目前成本高企。
- 界面问题：固态电解质与阴阳极材料的界面问题是导致固态电池容量/倍率性能不佳的主要原因之一，引入界面修饰层被认为是最有效的方法。
- 安全性：固态电池较液态电池有改进，但并非无限制安全性，部分使用条件下亦会有锂枝晶的生长，热失控的问题出现，电池滥用条件有限。
- 能量密度：固态电池可兼容更强氧化性的正极（高镍/高压三元正极、硫正极）、更强还原性的负极（硅碳负极、锂金属负极），提升潜力巨大。
- 循环寿命：对于固态电池来说，循环寿命是阻碍其发展的一大障碍，界面空隙是导致电池失效和寿命不佳的主要原因之一，复合固态电解质有望成为解决方案之一。
四、固态电池产业化现状与未来方向
目前固态电池尚处于半固态向全固态发展的阶段，全固态电池的技术难题仍有待解决，真正实现产业化及规模上车仍需要较长时间。未来固态电池产业发展的主要方向包括基础科学和产业化关键技术，安全的界定亦是固态电池行业发展关键点。
五、固态电池主要企业及技术路线选择
国内外主要车企和电池企业都积极布局固态电池技术，目前主要技术路线包括：
- 国外车企：丰田、本田、雷诺-三菱-日产联盟、现代、宝马、大众等选择硫化物路线；松下选择卤化物路线；LG计划2025年实现全固态电池商业化。
- 国外电池企业：博洛雷选择聚合物路线；QuantumScape选择氧化物路线；BlueSolutions选择聚合物路线；SES选择聚合物路线。
- 国内企业：卫蓝新能源、清陶能源、赣锋锂业、辉能科技、蜂巢能源、宁德时代、比亚迪、国轩高科等，技术路线涵盖氧化物、硫化物和聚合物。
六、固态电池发展机会梳理及分析
固态电池的发展将使固态电解质/制造设备/电芯设计和制造诞生巨大的市场空间，未来氧化物和硫化物会成为重要的材料类型，聚合物在复合固态电解质具备一定空间。固态电解质涂敷隔膜虽为目前半固态的主流应用方案，但未来市场空间将被逐渐取代。干电极技术具备极大的应用前景，但各大电池后续会逐渐开始研发和应用干电池技术。
