机械一周解一惑系列：固态电池产业进展加速，设备企业有望受益

固态电池产业进展加速，设备企业有望受益 2025年03月16日 ➢本周关注：津上机床、灿勤科技、博众精工 推荐 维持评级 ➢根据液态电解质占电芯材料混合物的质量分数分类，电池可细分为液态(25%)、半固态(5%~10%)、准固态(0%~5%)和全固态(0%)四大类，其中半固态、准固态和全固态3种统称为固态电池。固态电池中的固态电解质取代了液态电池的液态电解质、隔膜，缩减了电池包质量和体积，使得固态电池具备不易燃爆且热稳定性好、能量密度高、循环寿命长、充放电性能更好等优势。 ➢氧化物、硫化物和聚合物是目前常见的三大类固态电解质。各类固态电解质的性能表现各有所长，在离子电导率方面，部分硫化物可以和液态电解质媲美，而氧化物凭借良好的力学性能和电化学稳定性成为较好的材料选择。目前，国际上主流厂家均 以氧 化物和 硫化 物这两 种技术 路线为主。 氧化物代表 企业为Quantum Scape。丰田、三星SDI、宁德时代、Solid Power、LG化学、松下等公司均选择理论性能最佳、但工艺难度极高的硫化物路线。国内部分新型固态电池企业目前亦集中于氧化物和硫化物，部分企业选择固液混合技术作为过渡方案使用。 分析师李哲执业证书：S0100521110006邮箱：lizhe_yj@mszq.com 相关研究 1.一周解一惑系列：可控核聚变最新进展及其系统结构拆分-2025/03/102.一周解一惑系列：看好工程机械投资机会-2025/03/033.一周解一惑系列：折叠屏持续迭代，苹果有望入局-2025/02/194.机械行业2024年业绩预告综述：料峭春寒，梅花点点-2025/02/115.一周解一惑系列：机器人x具身智能的再思考-2025/02/10 ➢全固态电池制程工艺主要包括电解质合成、成膜、电芯组装三个阶段。1）电解质合成包括原料的预处理、混合、烧结及烧结后的颗粒破碎微纳化等几个阶段，以LPSC的合成为例，经破碎后的LiCl、P4S10与Li2S充分混合，混合物经200-600℃，10-20h烧结后可获得LPSC块状物，对块状LPSC进一步破碎可获得不同粒径的LPSC粉末，其中用于全固态电池的正极层电解质粉末平均粒径通常要2μm，负极层要求更细，通常要1μm，常规电解质层粒径不小于4μm，需要合理的破碎工具结合粒径测试进一步明确。2）电解质合成后需要结合成膜工序分别进行电解质层成膜制备及正负极成膜制备，当前主要有湿法成膜和干法成膜两种制程工艺，湿法工艺成膜与液态电池有许多相似之处，且操作简单，工艺成熟，易于规模化生产，是目前最有希望实现固体电解膜量产的工艺之一，全固态电池湿法成膜工序中溶剂除水是重要的环节，溶剂残留会降低膜的离子电导率。干法工艺是将固体电解质与聚合物粘结剂进行纤维化分散，然后对混合物进行压碾成膜，干法成膜无溶剂残留，可获得更高的离子电导率。固态电池负极一般采用金属锂，电极制备主要是指正极极片，制备工艺也可以分为湿法和干法工艺，与传统锂电池的主要差别就是在电极中需要加入固态电解质组分，替代液态电解液。3）电解质成膜和电极制备工序段完成后，需要经过模切、叠片、热压、焊接、封装及等静压等工序，最终获得成品的全固态电池。 ➢车企、电池企业加速布局，固态电池产业化研发和应用持续推进。国内厂商上汽、长安、比亚迪、宁德时代等均给出明确的固态电池量产时间，目前看到的信息，基本聚焦在2027年实现小批量上车，2030年实现规模化量产，将会率先搭载在高端车型上。此外，本田、日产、丰田、现代官宣已有投产专门的产线试生产固态电池。技术路线方面，国内外企业均聚焦于硫化物/氧化物。 ➢投资建议：建议关注固态电池制造相关企业：先导智能、赢合科技、先惠技术、海目星、纳科诺尔、利元亨等。 ➢风险提示：1）技术路线发生变更的风险。2）市场竞争的风险。3）下游需求不及预期的风险。 目录 1固态电池行业概况....................................................................................................................................................31.1固态电池具备安全性好、能量密度高等优势................................................................................................................................31.2固态电池路线包括氧化物、硫化物、聚合物三大类...................................................................................................................51.3全固态电池生产工艺：包括电解质合成、成膜、电芯组装三部分..........................................................................................92固态电池产业化进程加速，中长期低空经济拓宽应用场景......................................................................................112.1车企、电池企业加速布局固态电池..............................................................................................................................................112.2中长期eVTOL提供固态电池应用场景........................................................................................................................................123相关标的..............................................................................................................................................................144风险提示..............................................................................................................................................................16插图目录..................................................................................................................................................................17表格目录..................................................................................................................................................................17 1固态电池行业概况 1.1固态电池具备安全性好、能量密度高等优势 根据液态电解质占电芯材料混合物的质量分数分类，电池可细分为液态(25%)、半固态(5%~10%)、准固态(0%~5%)和全固态(0%)四大类，其中半固态、准固态和全固态3种统称为固态电池。半固态电池是液态锂电池向全固态电池过渡的阶段，半固态电池的装车量产，能够提供一个缓冲阶段，为全固态电池产业链的提前布局打下基础。随着技术革新，混合固液电池将逐步减少液态电解质的用量，最终实现全固态的目标。 锂电池主要由正极材料、负极材料、电解质、隔膜4部分组成，其中电解质起到输送锂离子、传导内部电流的作用。 液态电解质中的有机溶剂具有易燃、高腐蚀、抗氧化性较差等特点，且无法解决锂枝晶问题，存在热失控风险，导致液态锂离子电池安全性能和能量密度性能进一步提升面临诸多障碍：1）安全性：锂枝晶生长及其他因素可能造成热失控会由于有机溶剂的易燃特性更加不可控；2）能量密度：液态电解质中溶剂、锂盐的氧化还原窗口窄，极大地限制了高电压正极、锂金属负极鞥高能量材料的使用；此外，液态电解质锂离子电池中使用的有机高分子隔膜的热稳定性差和机械强度低的固有缺陷分别严重限制了锂离子电池的工作温度范围和应对机械滥用下的安全性能。 固态电池中的固态电解质取代了液态电池的液态电解质、隔膜，缩减了电池包质量和体积，使得固态电池具备不易燃爆且热稳定性好、能量密度高、循环寿命长、 充放电性能更好等优势。 1）不易燃爆且热稳定性好。传统锂离子电池使用的液态电解液具有可燃性，在高温、过充、挤压等情况下容易引发燃烧甚至爆炸。而固态电池采用固态电解质，不含有易燃的液态成分，大大降低了电池热失控的风险，提高了使用过程中的安全性。固态电解质具有更好的热稳定性，能够在较宽的温度范围内保持稳定的性能。相比之下，液态电解液在高温下可能会发生分解、挥发等反应，影响电池的性能和安全性。 2）电池能量密度高。半固态电池相较传统液态电池的能量密度更高，对于正极而言，固态电解质大多数拥有较宽的电化学窗口，可以兼容更多高电压正极材料（高镍正极、镍锰尖晶石正极等）。此外，全固态电池高电压比和良好的安全性还可以让电池管理系统更为简化，最后用于新能源汽车的电池系统能量密度还可以进一步提高。 3）循环寿命长。固态电池一方面抑制锂枝晶生长，另一方面有效减少电极材料老化。在传统锂离子电池循环过程中，锂金属负极表面容易生长出锂枝晶，锂枝晶会刺穿隔膜，导致正负极短路，缩短电池寿命。固态电解质能够有效抑制锂枝晶的生长，使电池在充放电过程中更加稳定，从而延长循环寿命。固态电池的固态电解质与电极材料之间的界面稳定性更好，在长期的充放电过程中，能够减少电极材料的脱落、粉化等现象，减缓电池性能的衰退，提高电池的循环使用寿命。 4）充放电性能更好。固态电池中的离子传导机制与传统锂离子电池不同，部分固态电解质具有较高的离子电导率，能够实现更快的离子传输，从而支持电池的快速充电。在低温环境下，传统锂离子电池中的液态电解液粘度增加，离子传导速度变慢，导致电池的充放电性能大幅下降。而固态电池受低温的影响相对较小，在低温下仍能保持较好的充放电效率和容量输出，具有更好的低温适应性。 资料来源：《固态电池技术发展现状综述》，张春英等，民生证券研究院 1.2固态电池路线包括氧化物、硫化物、聚合物三大类 氧化物、硫化物和聚合物是目前常见的三大类固态电解质。各类固态电解质的性能表现各有所长，在离子电导率方面，部分硫化物可以和液态电解质媲美，而氧化物凭借良好的力学性能和电化学稳定性成为较好的材料选择。目前，国际上主流厂家均以氧化物和硫化物这两种技术路线为主。氧化物代表企业为QuantumScape。丰田、三星SDI、宁德时代、SolidPower、LG化学、松下等公司均选择理论性能最佳、但工艺难度极高的硫化物路线。国内部分新型固态电池企业目前亦集中于氧化物和硫化物，部分企业选择固液混合技术作为过渡方案使用。 1.2.1氧化物生产成本低，但存在电化学上限问题 氧化物电解质在微观水平上