固态电池全景图：方兴未艾，技术竞逐

证券研究报告 固态电池全景图：方兴未艾，技术竞逐 证券分析师 张之尧投资咨询资格编号：S1060524070005 皮秀投资咨询资格编号：S1060517070004 电力设备及新能源强于大市（维持） 2025年3月11日 请务必阅读正文后免责条款 固态电池：突破电池性能瓶颈的重要技术，前景可期。固态电池是采用固态电解质的锂离子电池。固态电解质热稳定性和电化学稳定性优于常见的电解液，使其理论上可适配更高能量密度的正负极材料体系，并实现更高的本征安全性，因此，固态电池有望突破现有液态锂电池材料体系的性能瓶颈。根据固态电解质的不同，固态电池技术路线可分为硫化物氧化物聚合物卤化物等路线；其中氧化物和聚合物路 线存在“半固态”的过渡方案。固态电池前景广阔，我国政策端重视固态电池路线发展，国内电池企业在硫化物全固态电池、氧化物全固态和半固态电池方面均有布局。 需求端：动力、消费、低空等领域潜力出色。当前的技术阶段，固态电池产品能量密度和安全性优于液态电池，但循环寿命和充放倍率较差，且成本更高。全球锂电池主要用于动力、消费、储能三大场景，各场景对电池性能的要求各有侧重。动力和消费电池注重能量密度和安全性，固态电池推广潜力相对较好；储能场景更注重循环寿命和成本，固态电池的比较优势尚不明显。除三大传统场景外，低空飞行器、 人型机器人等新场景正逐渐兴起。eVTOL和人形机器人面临轻量化和续航挑战，对电池能量密度的要求大幅提高，固态电池的发展有望成为其产业化的重要助力，而新应用领域的崛起也将为固态电池提供广阔的新市场。 供给端：技术与日俱进，产业链百舸争流。固态电池作为下一代锂电池技术，其材料体系将不断革新，向更高能量密度迈进，材料迭代路径大致遵循“固态电解质新型负极新型正极”的顺序。固态电解质多种路线并行，领先企业侧重硫化物方向；负极材料正从传统石墨向硅基负极过渡，远期将向锂金属过渡；正极材料目前以高镍三元为主，远期富锂锰基、高压镍锰酸锂等新型正极有望得到应用。电池企业凭借对电池系统和量产工艺的理解，成为固态电池研发和材料体系革新的牵头者，国内企业已公布的全固态电池量产规划集中于20272030年。电解质环节，材料企业布局硫化物和氧化物路线，多数处于中试阶段，计划逐步向量产过渡。负极材料环节，硅基负极产业化在即，有望在液态和固态电池中逐步渗透，参与者已有千吨级量产产能布局。正极材料环节，主要企业针对固态电池的超高镍三元产品已处 于认证阶段。导电剂环节，碳纳米管或将成为固态电池的重要添加剂，并有望受益于液态电池快充需求和电极材料迭代趋势，前景可期。设备环节，固态电池量产工艺尚未定型，设备路线亦不固定，锂电设备企业积极开发干法电极设备、固态电解质成膜设备等关键设备，并 力求提供整线解决方案。 投资建议：技术进步推动、低空等新场景拉动下，固态电池方兴未艾、前景可期。电池环节，电池企业是固态电池研发和材料体系革新的牵头者，推荐技术实力领先的宁德时代；固态电池产业化稳步推进的鹏辉能源。材料环节，建议关注扎实布局硫化锂及硫化物电解质的恩捷股份；硅基负极技术和产能布局领先的贝特瑞；碳纳米管赛道市占率领先的天奈科技。设备环节，建议关注具有固态电池整线供应能力的先导智能。 风险提示：1固态电池技术突破不及预期的风险。2固态电池量产进度不及预期的风险。3固态电池下游应用推广不及预期的风险。 新型正极材料 容百科技 当升科技 振华新材 格林美 中伟股份 厦钨新能 国内固态电池产业链参与者图谱 固态电池材料 固态电池设备 固态电池 固态电池设备 先导智能赢合科技利元亨海目星曼恩斯特纳科诺尔 氧化物电解质 三祥新材 东方锆业 上海洗霸 硫化物电解质 容百科技 当升科技 恩捷股份 天赐材料 瑞泰新材 厦钨新能 中科固能 瑞逍科技 固态电解质及原材料 新型负极材料 硅基负极 贝特瑞 杉杉股份 璞泰来 道氏技术 硅宝科技 翔丰华 石大胜华 尚太科技 中科电气 锂金属负极 赣锋锂业 天齐锂业 盛新锂能 中一科技 固态电池 宁德时代 比亚迪亿纬锂能国轩高科蜂巢能源赣锋锂业中创新航清陶能源 卫蓝新能源 鹏辉能源 欣旺达 孚能科技 普利特 金龙羽 德尔股份 高乐股份 辉能科技 添加剂 天奈科技 道氏技术 捷邦科技 碳纳米管（CNT） 导电剂 资料来源：各公司公告、官网，平安证券研究所 橙色字体为非上市公司，黑色为上市公司。 截至2025年3月5日。 目录CONTENTS 一、固态电池概述：突破电池性能瓶颈的重要技术 二、需求端：动力、消费、低空等领域潜力出色 三、供给端：技术与日俱进，产业链百舸争流 四、投资建议及风险提示 4 固态电池主要指采用固态电解质的锂离子电池。全固态电池（Allsolidstatebatteries，ASSBs）是指电解质和正负电极均呈固态的锂离子电池。全固态电池由正极材料、固态电解质和负极材料组成，不含任何液态组份。传统的液态锂离子电池由正负极、电解液与隔膜构成，其中主要的液态组分是电解液，因此，全固态电池与传统锂电池的主要区别在于电解质，采用固态电解质替代了锂离子电池中的电解液和隔膜。 电解质（及隔膜）在锂电池中承担导通锂离子、隔绝电子的作用。 锂电池的工作原理基于锂离子在正负极之间的嵌入脱出过程，以及电解质中锂离子的传输。充电时，锂离子从正极脱出，通过电解液与隔膜迁移到负极并嵌入；放电时则相反。 电解液是锂离子在正负极之间传输的介质，隔膜则充当正负极之间的绝缘层，防止两极间短路。电解液与隔膜允许锂离子通过，并阻止电子直接通过，确保电化学反应的有序进行。 固态电池中，固态电解质替代了液态锂电池的电解液与隔膜部分，起到传输锂离子、隔绝正负极的作用。 固态电池和液态电池的构成比较 资料来源：batterypowertips，平安证券研究所 热稳定性、 温度适应性 好 自身特性 离子电导率 潜力大 固态电池有望成为突破锂电池性能瓶颈的关键技术。应用端对锂电池性能的要求主要包括能量密度、安全性、循环寿命、充放倍率、环境适应性等。锂电池是一个复杂系统，各类材料选型和结构设计互相牵制，共同决定了电池性能上限。固态电解质热稳定性和电化学稳定性优于常见的电解液，使其 理论上可适配更高能量密度的正负极材料体系，并实现更高的本征安全性。因此，固态电池有望突破现有液态锂电池材料体系的性能瓶颈。 锂电池的性能迭代要求及影响因素 能量密度 正负极材料比容量；工作电压； 电解质可适配的电压范围；电解质的体积和 电压窗口宽 适配性能 非流质 形态；电池尺寸和结构 安全性 电解液的化学稳定性；正极材料的热稳定性 和化学稳定性；负极锂枝晶问题的控制；安 全装置和封装设计 循环寿命 正负极和电解质材料自身的稳定性；SEI膜 的稳定性；电池结构和封装设计；温湿度等 环境因素；充放电策略和BMS等使用因素 充放倍率 （快充性能） 负极材料脱嵌速度；电解液浓度和电导率；隔膜厚度和孔隙率；极耳设计和叠片结构等 资料来源：EETimesChina，中国电子企业协会，CNKI，21ic电子网，新材料在线，前瞻产业研究院，平安证券研究所 固态电解质的优势及潜力 热稳定性好，不易热失控，本征安全性优；温度适应性好，30100C宽温域内不凝固不气化。 有望简化系统安全防护和冷却结构设计，减少系统布局约束，进而提高能量密度或降低系统成本。 固态电解质的离子跳跃输运机制，有望实现更高的离子电导率，提高快充性能。 现阶段开发的固态电解质离子电导率整体低于电解液，需要材料结构的优化、以及相关基础研究的进步 拓宽材料选型范围，可适配更高能量密度的正负极材料（如金属锂负极），突破液态电池体系的能量密度瓶颈 固态体系可减缓锂枝晶形成，并避免刺破隔膜带来的短路风险，降低安全风险 可采用双极板（而非液态“全包”）结构，提升电池系统的能量密度， 并有可能降低制造成本 根据固态电解质的不同，固态电池主要可分为以下几类： 硫化物固态电池：使用无机硫化物材料作为电解质。硫化物电解质锂离子电导率高，接近传统电解液的水平。 固态电池分类 硫化物固态电池氧化物固态电池聚合物固态电池 聚氧化乙烯PEO聚丙 硫化物固态电池理论能量密度和倍率性能最优，成为电池和材料厂商主攻的路线选择；但现阶段成本较高，且稳定性和安全性有待提升。 氧化物固态电池：使用氧化物材料作为电解质，离子电导率介于硫化物和聚合物之间，化学稳定性好，但主要难点在于界面阻抗较大和加工性能差。现存的半固态电池技术方案主要采用氧化物电解质，通过保留少部分电 解液，改善界面问题。此外，复合固态电解质（氧化物与聚合物复合）的技术路线也存在发展潜力，可综合两者优势，并做到扬长避短。 聚合物固态电池：使用有机高分子材料作为电解质。加工性能和界面性能较好，但室温下离子电导率较低，且电化学窗口窄，推广受到限制。 电解质材料 电解质离子 导电率 LPS体系：LiGPS LPGS体系： LiSnPSLiSiPS LiSnPS、LiGPS103 LLTO105103Scm Scm 电化学窗口 较宽05V 宽055V 较窄04V 界面阻抗 大 很大 较大 界面相容性 低 高 高 热稳定性 高 高 高 空气稳定性 较差水解生成HS 高 高 能量密度 预期达900Whkg 预期达700Whkg 预期达600Whkg 材料优势 高离子电导率；固固接触好；能量密度高； 稳定性高，安全性好 电解质软，固固接触好；成本低；工艺设备 倍率性能好 成熟 102Scm 电解质稳定性差；成 晶态： NASICONLLZOLLTO 非晶态：LiPON NASICON104ScmLLZO106105Scm 离子电导率低；固固接 烯腈PAN聚硅氧烷 PS聚甲基丙烯酸甲酯PMMA等聚合物电解质其他 PEO107106ScmPAN、PS105104 常温离子电导率低；循 卤化物全固态电池：电压窗口宽、循环性能好，但离子 技术难点 本高；电池生产环境 触差；电池倍率性能差；环寿命较短；热稳定性 电导率低，目前发展阶段较早，处于实验验证阶段。 资料来源：前瞻产业研究院，新材料在线，平安证券研究所 要求高（对空气敏感） 机械加工容易脆裂 差；电化学窗口窄 半固态电池是固态电池的过渡路线，在电池中引入固态电解质的同时保留少量电解液，主要包括氧化物、聚合物路线。常见的固态电解质中，氧化物和聚合物电解质均存在“离子电导率低”和“界面接触差”的问题，因此部分参与者推出半固态电池作为过渡路线，保留一部分电解液浸润固态电解质，以改善离子电导率和界面接触情况。硫化物电解质的离子电导率较高，接近电解液，且界面接触较好，因此通常不采用半固态路线过渡。 半固态电池作为介于传统液态锂离子电池和全固态电池之间的技术，具有自身的优势和劣势。半固态电池与传统工艺的兼容性较好，产业化难度低于全固态电池，产线改造等理论成本低于全固态电池（但高于液态电池）；与液态电池性能相比，半固态电池 的能量密度和安全性均有提升，但固态电解质目前仍面临界面不稳定和机械应力等问题，导致循环寿命和快充性能弱于液态电池，技术和工艺仍需进一步突破。 半固态、全固态与液态锂离子电池的比较 特性液态锂离子电池半固态电池全固态电池 液态含量（） 25 510 0 材料构成 正极负极隔膜电解液 正极负极隔膜复合电解质 正极负极固态电解质 电解质选择 电解液 氧化物聚合物固态电解质电解液 硫化物氧化物聚合物卤化物 封装形态 卷绕叠片圆柱方形软包 叠片方形软包 叠片方形软包 优势 技术成熟，已大规模量产；循环寿命和快充性能好 能量密度、安全性较液态电池有一定提升；与传统工艺兼容性较好，产业化难度低于全固态电池 能量密度有望进一步提升；本征安全性较液态和半固态电池大幅提升 局限能量密度可能面临发展瓶颈 循环寿命和快充性能较液态电池有所下降；成本高于液态电池；固液电解质并存导致热管理问题更复杂、难