固态电池系列报告四：氧化物+聚合物复合固态极限几何？

固态电池系列报告四：氧化物+聚合物复合固态极限几何？ |报告要点 我们认为全固态电池凭借其高能量密度与高安全性的优势，后续产业化有望加速发展。因兼具氧化物的高机械强度与聚合物的柔性界面接触优势，氧化物+聚合物复合固态电池实验室研究已达量产标准，正加速迈向产业化。目前采用LLZO/LLZTO与PEO/PVDF的有机+无机复合固态电解质广受关注。 |分析师及联系人 瞿学迁 张磊SAC：S0590524110005 电力设备 固态电池系列报告四：氧化物+聚合物复合固态极限几何？ 氧化物+聚合物复合固态为重点研发路径之一 投资建议：强于大市（维持）上次建议：强于大市 实现固态电解质从实验室研究到产业化量产，需满足以下关键指标：1）高离子电导率（通常大于10⁻³S/cm）；2）高锂离子迁移数（越接近于1，Li⁺迁移能力、循环稳定性越好）；3）宽电化学窗口（4.5V以上）；4）良好机械强度；5）良好热稳定性；6）良好界面兼容性。氧化物+聚合物复合固态电解质是在聚合物中引入无机填料（氧化物）以提升机械强度和离子导电性，这样既能保持聚合物的柔韧性，也具有金属氧化物的机械强度，提高电导率和电化学稳定性，有望率先实现突破。 氧化物+聚合物复合固态技术难点迎突破 氧化物+聚合物复合固态电解质主要技术难点在于降低填料/聚合物界面阻抗和解决锂枝晶生长问题，目前均已有相应解决方案。对于降低界面阻抗主要采用表面改性技术与原位聚合技术解决；锂枝晶生长问题主要通过以下方式解决：1）引入液体添加剂；2）固定化柔性阴离子；3）构筑夹心电解质；4）设计分层电解质。 氧化物+聚合物复合固态制备方法迎创新 相关报告 聚合物+氧化物复合固态电解质主要制备方法有物理法、化学法及新兴创新型制备方法。物理法/化学法中分别溶液共混法/原位聚合法应用最广泛，发展“物理+化学”协同复合制备方法，可在保证制备效率的同时实现界面性能优化；新兴创新型设计方法主要包括静电纺丝、3D打印与冰模板法，而填料3D结构设计大大提升复合电解质性能，采用3D填料+创新制备方法可推动复合固态电解质性能持续提升。 1、《电力设备：1000V平台开启油电同速时代》2025.03.272、《电力设备：光伏玻璃：如何看待涨价后行业变化趋势？》2025.03.24 氧化物+聚合物复合固态实验室研究达量产标准 氧化物无机填料包含惰性填料（如SiO₂、Al₂O₃等）和活性填料（如LLZO、LATP等），如LATP（氧化物）+PEO（聚合物）复合固态电解质可实现高达1.36×10⁻³S/cm室温离子电导率+4.8V以上电化学窗口，已达量产标准。目前采用LLZO/LLZTO与PEO/PVDF的有机+无机复合固态电解质广受关注。 氧化物+聚合物复合固态产业化进程加速 目前采用氧化物+聚合物进行复合全固态研发厂商有上汽清陶、冠盛股份、孚能科技、中创新航、辉能科技和太蓝新能源；卫蓝新能源、蜂巢能源及国轩高科实现了复合半固态，但全固态仍采用硫化物或卤化物路线。太蓝新能源世界首块车规级120Ah复合固态研发能量密度较高，达720Wh/kg，预计2027年实现批量生产和新能源汽车示范应用；冠盛股份产业化进展较快，聚合物半固态预计2026年下半年大规模投产，一期产能达2GWh。氧化物+聚合物复合固态能量密度达450Wh/kg。 投资建议：关注前瞻布局复合固态路线企业 我们认为全固态电池凭借其高能量密度与高安全性的优势，后续产业化有望加速发展。因兼具氧化物的高机械强度与聚合物的柔性界面接触优势，氧化物+聚合物复合固态电池实验室研究已达量产标准，正加速迈向产业化。我们建议关注积极布局氧化物+聚合物复合固态产业路线并取得相关进展的冠盛股份、三祥新材。 扫码查看更多 风险提示：技术推进不及预期；政策变动风险；需求不及预期。 投资聚焦 核心逻辑 全固态电池量产进度加快，氧化物+聚合物复合固态电池因兼具氧化物的高机械强度与聚合物的柔性界面接触优势，后续产业化有望加速发展。实验室研究中，LATP（氧化物）+PEO（聚合物）复合固态电解质可实现高达1.36×10⁻³S/cm室温离子电导率+4.8V以上电化学窗口，已达量产标准。目前采用LLZO/LLZTO与PEO/PVDF的有机+无机复合固态电解质广受关注。产业化进程中，目前采用氧化物+聚合物进行复合全固态研发厂商有上汽清陶、冠盛股份、孚能科技、中创新航、辉能科技和太蓝新能源；卫蓝新能源、蜂巢能源及国轩高科实现了复合半固态，但全固态仍采用硫化物或卤化物路线。太蓝新能源世界首块车规级120Ah复合固态研发能量密度较高，达720Wh/kg，预计2027年实现批量生产和新能源汽车示范应用；冠盛股份产业化进展较快，聚合物半固态预计2026年下半年大规模投产，一期产能达2GWh。氧化物+聚合物复合固态能量密度达450Wh/kg。 投资看点 我们认为全固态电池凭借其高能量密度与高安全性的优势，后续产业化有望加速发展。因兼具氧化物的高机械强度与聚合物的柔性界面接触优势，氧化物+聚合物复合固态电池实验室研究已达量产标准，正加速迈向产业化。我们建议关注积极布局氧化物+聚合物复合固态产业路线并取得相关进展的冠盛股份、三祥新材。 正文目录 1.氧化物+聚合物复合固态为重点研发路径之一............................51.1固态电池量产条件严苛........................................51.2氧化物+聚合物复合固态电解质优势明显..........................71.3氧化物+聚合物复合固态技术难点迎突破.........................102.复合固态电解质实验室研究达量产标准...............................122.1复合电解质制备方法迎创新...................................122.2复合固态电解质形态改进可显著提升性能........................173.氧化物+聚合物复合固态产业化进程加速...............................203.1聚合物产业化进展快，氧化物技术积累雄厚......................203.2复合固态2027年有望迎产业化拐点.............................224.投资建议：关注前瞻布局复合固态路线企业............................235.风险提示.........................................................23 图表目录 图表1：液态电池与全固态电池结构示意图................................5图表2：固态电池所面临的不同稳定性问题................................6图表3：聚合物固态电池的主要挑战......................................7图表4：不同类别固态电解质主要特征的比较..............................8图表5：PEO聚合物中离子传输机制......................................8图表6：不同类别固态电解质主要特征的比较..............................9图表7：氧化物/聚合物复合固态电解质优势..............................10图表8：聚合物复合固态电解质潜在研究方向以降低界面阻抗...............11图表9：聚合物/氧化物固态电解质物理制备过程与方法....................13图表10：聚合物/氧化物固态电解质化学制备过程与方法...................14图表11：LLZTO+PVDF复合固态电解质（CSEs）的制备流程示意图............14图表12：不同维度与排列方式填料在复合聚合物电解质中的结构示意图......16图表13：3D打印技术产生的原理图.....................................16图表14：不同填料类型（惰性vs活性）及极性溶剂添加对锂离子迁移的影响17图表15：复合固态电解质中的主要改性策略..............................18图表16：复合固态电解质体系性能参数表................................20图表17：生产氧化物和聚合物固态电解质原材料厂商进展..................20图表18：氧化物固态电解质企业进展....................................21图表19：聚合物固态电解质企业进展....................................21图表20：氧化物+聚合物复合固态电解质企业进展.........................22 1.氧化物+聚合物复合固态为重点研发路径之一 1.1固态电池量产条件严苛 固态电解质相较液态电解液优势明显。目前使用的锂电池液态电解液存在泄漏、挥发、易燃或爆炸的风险。此外，液体电解液由于低电化学窗口特性导致选择正极材料受限，同时负极持续生长的固态电解质界面（SEI）会影响电池库伦效率，且能量密度存在上限，因此发展固态电解质成为当前主流方向。固态电解质具有高稳定性、宽电化学窗口、低易燃性，高能量密度等优点。 实现固态电解质从实验室研究到产业化量产，需要满足以下几项关键指标： （1）高室温离子电导率：离子电导率是衡量固态电解质传导能力的核心指标，直接影响电池的倍率性能和能量效率。离子电导率通常要求大于10⁻³S/cm，以满足动力电池的倍率性能需求，甚至在室温下提升至10-2-10-3S/cm以达到液态电解质水平。 （2）高锂离子迁移数（Li⁺）：高锂离子迁移数可提高电解质的离子迁移能力，使其在低电导率下也可实现快速离子传输。同时高离子迁移数可降低电解质浓差极化，帮助抑制锂枝晶的生长，提高锂负极的循环寿命。Li⁺迁移数越接近1，表示体系中几乎只有Li⁺在迁移，可有效降低电池内阻并提升循环稳定性。大多数情况下，固态聚合物Li⁺迁移数一般低于0.5。无机固态电解质中只有一种类型的离子能自由移 动，因此具有极高的离子迁移数，理想条件下，其离子迁移数为1。 （3）宽电化学窗口：为保证电池的稳定和可逆性，电解质还原电势应低于锂金属负极，氧化电势应高于正极处锂离子嵌入电势。两者差值为电化学窗口，理想电化学窗口应大于4.5V以获得更好的界面稳定性，并匹配高电压正极材料，提升能量密度。宽电化学窗口有助于防止电解质在高电压下氧化或分解，提高整个电池的工作电压范围。 （4）良好的机械强度：机械强度关系到电解质能否有效抑制锂枝晶刺穿，尤其在使用金属锂负极时。陶瓷电解质刚性强但脆性大，聚合物柔软但强度低。复合体系如引入3D无机骨架（如LLZO）或芳纶纳米纤维支撑网，能显著提升整体的力学模量和热稳定性。 （5）良好的热稳定性：材料在电池工作温度范围内必须具备热不分解、结构不塌陷的能力，避免高温下引发电解质变性和安全事故。具备良好的热稳定性保证了电池在极端环境下（如过热，过充）仍能安全使用。 资料来源：《Challenges and Advancements in All-Solid-State Battery Technology for Electric Vehicles》Rajesh Shahet al.,国联民生证券研究所 （5）良好的界面兼容性：界面问题是固态电解质商业化最大障碍之一。无机电解质与金属锂或高电压正极间易发生副反应或接触不良，导致阻抗升高、容量快速衰减。聚合物具有良好的界面润湿性，但电导率差