从第一性原理出发，推演固态电池产业发展路线

执业证书编号：S0740519050004宋瀚清执业证书编号：S0740524060001 冯胜分析师 核心观点（一）当下节点，我们为什么看好固态电池产业？“市场需求+政策鼓励+产业升级”三重因素驱动传统电池产业升级迭代。固态电池在能量密度、安全性两个维度较液态电池具有显著优势，且与国家当下大力支持发展的低空经济、机器人产业具有极高适配度。政策端，2025年4月工信部出台动力电池新国标，对电池热失控、热扩散提出更严格要求，且发文要求加快固态电池行业顶层建设，国家政策呈现积极鼓励态势。同时从资本开支周期的角度看，以半固态为主的新型电池技术资本开支显著提升。我们认为，固态电池行业有望在“市场需求+政策鼓励+产业升级”的三重因素影响下，带动锂电行业完成新一轮产业技术升级迭代。半固态电池可以一定程度解决安全与电量焦虑，其成本与性能均达到产业化临界点。半固态电池结构上与液态电池接近，但电解液含量由原25%以上降至10%以下，并将隔膜通过涂覆固态电解质；全固态电池中则是完全无电解液，仅保留电解质膜，随着电解液含量下降电池本征安全性逐步提升。同时，半固态电池的能量密度能达到300-400Wh/kg，而液态电池平均在300Wh/kg以下。成本侧，随着规模效应的体现，半固态电池生产成本有望快速下降，目前国内头部动力半固态电池价格已高于液态电池不超过30%。根据TrendForce的预测，半固态电池综合成本在2035年有望降至0.4 ¥/Wh以下。路线之争：从第一性原理出发，固态电池需要何种电解质？从终局角度看，单一种类的无机/有机固态电解质难以满足高性能固态锂电池电解质的要求，有机-无机复合固体电解质被认为是发展高能量密度固态电解质的突破方向。理想的固态电解质应具备高离子电导率、化学稳定性、良好界面相容性和较强的机械强度等要求，单一电解质材料难以满足。 核心观点（二）硫化物短期落地难度较大，聚合物路线存在被低估。硫化物具有高离子电导率，但化学稳定性差，短期量产存在安全性、专利壁垒、高成本三大卡点。聚合物具有成本较低、化学稳定性高、易加工的特点，最广泛诟病的特点为室温下较低的离子电导率仅为10⁻⁷至10⁻⁸ S/cm，而聚合物通过交联改性处理后，离子电导率可接近氧化物材料的电导率水平（10⁻³至10⁻⁴ S/cm），一定程度提升其能量密度短板。同时作为有机物，其优秀的稳定性和界面性能可使其于与其他电解质复合制备成电解质材料，研究发展的潜力较大。同时其优秀的稳定性使其可应用于低倍率性能场景，例如储能领域。产业化落地有望成为技术路线收敛的重要标志。从产业落地看，聚合物、氧化物路线落地较快。国内清陶能源、卫蓝新能源、冠盛东驰等固态电池企业积极推进半固态产能建设，近年均有Gwh级别新增产能布局；而硫化物路线多集中于小试、中试阶段。随着上述企业半固态产能近年加速扩产，技术有望逐步收敛。全固态电池材料、工艺流程、设备有何升级替换？1）材料端，传统三元正极替换为高电压正极材料，负极由全石墨改为石墨+硅或全锂金属。固态电池通过采用高比容量的正负极材料并搭配材料改性，以实现电池能量密度的提升。但由于固固界面的设计，电解质和正负极间的贴合程度较差，离子传输通道效率下降，限制电池寿命和使用效率。半固态电池目前正极基本沿用传统三元材料，石墨负极中硅含量有所提升。全固态电池中，正极有望替换为高电压材料，负极材料为锂金属或硅基，当前核心卡点是锂枝晶和负极硅基膨胀的问题尚未得到良好解决。2）工艺、设备端，固态电池工艺变化主要变化集中于前、中道，新增无隔膜叠片机、胶框印刷机、等静压机等设备。半固态电池则是基本可沿用传统液态产线，仅需做部分设备改型。①前道：全固态可采用湿法/干法制备正负极和电解质膜。若采用干法制备电极/电解质膜，需引入干混机、干法涂布设、连辊设备，引入热复合设备强化电极-电解质结合。半固态前道基本可沿用传统液态产线。 核心观点（三）②中道：全固态电池取消隔膜分切与注液设备，引入无隔膜叠片机、胶框印刷机及等静压机，实现极片与电解质的直接堆叠。半固态电池产线则基本保留原有液态的分切、注液等环节，通过原位固化等工艺形成半固态电解质。③后道：全固态以高压化成分容机取代低压设备，同步优化离子通道与结构致密性。半固态则基本可使用原有环节设备。固态电池路线之争：“自上而下” VS “自下而上”？复盘光伏电池片技术迭代案例：参考2020-2022年光伏电池片技术2.5代TopCon与第3代HJT之争，“自上而下”分析，相较于TopCon，HJT具备理论转换效率高、薄片化、工艺简约等优势，彼时大多数产业方和投资人认为HJT是未来趋势；但是TopCon凭借较高的性价比快速占领市场，而HJT产业化几乎归零。所以我们提出在代际技术迭代的路线问题上，不能仅以“自上而下”的框架去预判，还要结合“自下而上”的视角进行修正。值得一提的是，钧达股份（002865.SZ）作为TopCon路线的首批量产企业，2021-2022年其收入、市值均实现3倍以上的增长。回到固态电池路线之争，以“自上而下”的视角，硫化物具有高离子导电率的相对优势，天花板高，加之宁德、比亚迪等大厂积极布局硫化物，市场普遍认为硫化物是固态电池路线的最优解。而从“自下而上”的视角，以氧化物、聚合物路线为主的半固态产能已率先开始放量，标志着产品已达到市场对电池成本和性能的需求。我们认为，率先放量的技术路线有望形成资本吸附和规模效应，实现成本快速下降，进而对其它技术路线形成挤压，加快技术路线的收敛。投资标的：推荐电池标的【冠盛股份】、干法电极和固态电池设备公司【纳科诺尔】；建议关注固态电解质及材料环节标的【长阳科技】、【赣锋锂业】【三祥新材】、【东方锆业】、【光华科技】、【有研新材】、【厦钨新能】；非上市标的【清陶能源】、【卫蓝新能源】。风险提示：固态电池技术发展不及预期；核心零部件成本高居不下带来的需求不及预期；下游落地场景拓展不及预期；固态电池商业化进程不及预期；行业规模测算偏差风险；研报使用的信息存在更新不及时风险。 从第一性原理出发，固态电池需要何种电解质？12向全固态过渡中，固态电池材料、工艺、设备有何升级？固态电池技术演进路线推演&投资建议3风险提示4 目录CONTENTS CCONTENTS专业｜领先｜深度｜信中泰证券研究所从第一性原理出发，固态电池需要何种电解质？ 1.1为什么当下节点看好固态电池产业？产业链层面，固态电池凭借能量密度与安全性能的突破性优势，正成为低空经济与机器人两大战略新兴产业的关键技术支撑。在低空经济领域，被视为行业核心载体的eVTOL（电动垂直起降飞行器）对电池能量密度提出刚性需求，其电池能量密度要求为300Wh/kg及以上，这一能量密度基准必须于依赖半固态及全固态电池技术的突破。此外，固态电池或是人形机器人最为适配的产品之一，不仅能够显著增强续航时间，加之其具有不易燃、无腐蚀、不挥发等特性，能够最大限度提升机器人室内工作安全性。政策端，对固态电池升级具有积极促进作用。2025年4月，工信部出台动力电池新国标，对单体快充循环后安全标准和电池包及系统热扩散、底部撞击等一系列安全性标准提出更严格要求。同时，工信部亦发布了《2025年工业和信息化标准工作要点》，明确提出将全固态电池作为重点领域，加强标准工作顶层设计，建立健全全固态电池标准体系。图表1：《电动汽车用动力蓄电池安全要求》（GB38031-2025）中新增或重要修订项目来源：科普中国，中泰证券研究所 1.2固态电池较传统液态电池有何性能提升？传统液态锂电池能量密度小于300Wh/kg，而固态电池的能量密度能达到300-500Wh/kg。电池的能量密度是由电池的工作电压及比容量决定的，固体电解质不仅具有较宽的电化学窗口，能适配高电压的正极材料，还能兼容高容量的金属锂负极；此外，传统液态电池需将单体先进行封装再进行串联组装，全固态电池可以先串联后封装，这能减少封装材料的使用，降低电池系统的重量和体积，从而使得固态电池的能量密度得到进一步提升。相比于传统液态电池，固态电池在安全性方面也有显著提升。传统液态电池的电解液使用可燃性有机溶剂，在受到外力或封装不善时容易发生漏液现象，而固态电解质不存在液体泄漏的问题，在针刺、挤压测试中不易短路或起火，抗物理损伤性能优于液态电池；另外，液态电解液在150-200℃即可分解，甚至有自燃和爆炸风险，而固态电池热失控温度通常在200-600℃，电池安全性得到有效提升。图表2：传统液态电池与固态电池的能量密度图表3：不同电解质的热失控温度来源：《固态电池关键材料体系发展研究》，中泰证券研究所来源《Approaching Practically Accessible Solid-State Batteries: Stability Issues Related to SolidElectrolytes and Interfaces》，中泰证券研究所 1.3液态、半固态、全固态电池结构上有何区别？液态电池、半固态电池、准固态电池、全固态电池的区别在于电解液含量与有无隔膜。第一，液态电池电解液含量在25%以上，半固态电池、准固态电池、全固态电池的电解液含量分别为5~10%、0~5%和0%；第二，液态、半固态、准固态电池有隔膜，全固态电池无隔膜。半固态、准固态电池属于液态与全固态的中间形态，一定程度提升能量密度及安全性。半固态电池可以一定程度提升电池的能量密度，同时由于电解液含量的减少，电池的本征安全性亦有提升。由于目前全固态电池的固—固界面问题仍无法得到良好解决，添加部分电解液用以缓冲是行业选择的折中方案。半固态电池多使用原位固化技术。在电池内部，通过特定的引发机制，使液态的电解质在原位发生聚合或凝胶化反应，转化为半固态或固态的电解质形态，形成三维的聚合物网络结构，将液态电解质固定在其中。图表4：传统液态电池、半固态电池和全固态电池的内部结构示意图来源：中泰证券研究所 1.4何为固态电解质界面问题？困扰固态电解质无法得到使用最大的卡点是固-固界面问题。固态电解质与电极材料之间难以实现完美接触，由于固态材料不像液态电解质那样具有流动性，无法自发填充电极材料的孔隙和表面不规则处，导致界面存在大量的空隙。因此全固态电池存在实际离子电导率低、界面高阻抗两大性能不足问题。Ø液态电解质普遍离子电导率在10⁻³-10⁻² S/cm，目前固态电解质离子电导率远不能及。仅参考离子电导率这一性能，所有固态电解质中离子电导率最高的硫化物固态电解质普遍为10⁻³-10⁻² S/cm，与液态电解质水平持平；而多数氧化物、聚合物等电解质离子电导率普遍集中在10⁻⁴ -10⁻³ S/cm之间甚至更低。较慢的离子迁移速度将直接导致充放电缓慢、能量密度受限等问题。Ø界面高阻抗问题目前是全固态电池主要卡点之一。固-固接触界面的电阻高且存在应力问题，电极与电解质间存在微米级空隙，界面阻抗高达百Ω级，液态电池仅为十Ω级。较高的阻抗同样会导致充放电缓慢、能量密度受限、电池倍率性能较差、循环寿命受限等问题。图表5：固-固接触界面反应示意图来源：Electrochemical Energy Reviews（IF 31.30），中泰证券研究所 图表6：固态电解质裂纹中锂枝晶生长图例来源：Nature(2023)，中泰证券研究所 固态电池工艺技术核心在于固态电解质制备及成膜技术，电解质膜的制备工艺主要分为湿法和干法两种。湿法工艺是通过涂布、烘干等工序制备电解质膜，该工艺操作简单，易于规模化生产。该工艺将电解质粉末与粘结剂和溶剂混合，形成均匀浆料；将浆料涂布在模具或基底上，通过控制涂布参数调节膜厚；最后通过烘干去除溶剂，形成固态电解质膜。该制备方法缺点在于有时会产生溶剂残留进而导致离子电导率下降。干法工艺可以降低电解质中溶剂的比例，提升离子传输性能，是更有潜力的发展方向。该工艺首先将电解质粉末与粘结剂混合均匀，然后通过气流粉碎机或双螺杆挤出机进行纤维化处理，最后在压力下压碾成型，得到自支撑的电解质膜。目