固态电池产业产业化阶段及招商机遇研究

幸福招商行业研究院 01固态电池行业概述 CONTENTS 02技术路线对比分析 目录 03招商机遇与挑战 固态电池定义及分类 2.1锂电池分类 1固态锂电池定义 p按电解质中液体含量，锂电池可分为液态、半固态、准固态和全固态。其中其中半固态、准固态和全固态三种统称为固态电池。 p固态锂电池是指采用固态电解质/混合固液电解质的锂离子电池，使用固态电解质替代液态锂离子电池中的电解液和隔膜。p固态锂电池有望大幅提升电池的安全性能和能量密度，被认为是最具前景的新一代锂电池。 液态锂电池与固态锂电池结构对比 固态锂电池 液态锂电池 2.2固态锂电池分类 需要隔膜：防止正、负极直接接触引起的短路，允许电解质、锂离子等通过，但阻止电子通过 不需要隔膜：固态电解质绝缘性好，能够阻止电子的传导，可以承担隔膜的功能 p按照电解质种类固态电池可分为聚合物、氧化物、硫化物三类。 聚合物型 氧化物型 硫化物型 •率先应用 •进展快•综合性能好，机械强度高、稳定性好、电化学窗口宽•成本较高，界面接触较差。 •潜力大 •制备简单，界面接触较好•电导率低、能量密度低，性能上限较低 •电导率最高、机械强度高•研究难度最大，稳定性差 •固液混合电池主要采用氧化物与聚合物复合电解质 固态电池优劣势及应用场景 p与液态锂电池对比，固态锂电池在能量密度、安全性、环保性等方面，均更具优势。固态电池将在新能源汽车、储能、消费电子等部分场景下对液态锂电池形成有效的替代。 2固态锂电池应用场景 1.1固态锂电池优势 •固态电池成本较高，在储能领域主要应用于对安全性和能量密度较高的细分领域 •固态电池能够大幅度提升新能源汽车安全性和续航里程 工作温度可达150度 1.2固态锂电池劣势 成本较高 •固态电池预计将在无人机、便携式储能、可穿戴设备等领域将有较大的应用 •特种车辆、航空飞行器、医用等场景 循环寿命差 固态电池应用场景持续拓展 p2025年，伴随固态电池性能持续提升、成本逐步下降、产业化加速推进，在新能源汽车、消费电子、储能等领域，固态电池有望逐步从小规模试应用迈向小规模批量应用。 小规模批量应用 •新能源汽车：部分高端车型规模化装车•消费电子：部分高端智能穿戴设备、移动电源•储能：示范性项目•其他场景：植入式医疗设备、无线传感器等微电池领域 小规模试应用 •新能源汽车：小批量装车发布•消费电子：小规模试应用•储能：示范性项目•其他场景：小规模试应用 开始大规模应用 •新能源汽车：批量应用于新能源汽车•消费电子：智能穿戴设备、移动电源、无人机等领域加速渗透•储能：在部分特定场景开始应用•其他场景：在军工航天、医疗开始批量应用 固态电池市场规模 p2024年，在下游新能源汽车、消费电子等场景驱动下，全年固态电池需求有望达到4GWh。未来，新能源汽车、消费电子仍将呈现高速增长的趋势，储能等新场景预计在2025年左右开始贡献增量。多场景驱动下，固态电池需求将迎来快速增长，2030年固态电池需求有望达到322GWh，市场规模有望达到2578亿。 固态电池竞争格局（电池厂商） p全球多家企业推出固态电池产品，披露固态电池最新进展。其中，中国企业产品和技术路线多样化特征明显，产品类型（固态、半固态）和技术路线（氧化物、硫化物和卤化物）并行推进。海外企业产品以固态电池为主；技术路线上日韩以硫化物为主，美国三条路线均有。 固态电池竞争格局（车企） p技术路线多元化与未定型：可以看出，目前主流车企的固态电池技术路线尚未统一。硫化物（丰田、宝马）、聚合物-无机物（上汽）是已明确的主流路线，但更多车企（如比亚迪、广汽、吉利等）并未明确披露，显示出技术路径仍处于探索和竞争阶段，未来哪种路线能最终胜出还存在变数。 p清晰且集中的量产时间表：2026-2027年是一个关键窗口期。长安、广汽、奇瑞、丰田等多家主流车企均将全固态电池的量产或大规模商业化应用节点设定于此。这表明行业普遍认为全固态电池技术将在未来2-3年内突破从实验室到工厂的关键瓶颈。 01固态电池行业概述 CONTENTS 目录 03招商机遇与挑战 技术路线|从性能看：氧化物和卤化物进展加快，硫化物发展潜力最大 n固态电解质是实现高安全性、能量密度、循环寿命性能的关键。根据电解质的种类，可分为聚合物、氧化物、硫化物、卤化物四种路线。硫化物发展潜力最大，卤化物的热度也在提升。 l聚合物：不够安全，上限低，已基本被淘汰，主要与氧化物/硫化物/卤化物混用。 l氧化物：安全性最高，电导率一般，加工难度最大，成本低，但质地较脆，目前主要用于半固态。 l硫化物：潜力最大，电导率高，易加工，但难点最多，成本高，稳定性差，长期潜力较大。 l卤化物：介于氧化物和硫化物之间，难点是耐还原度差，成本低，近一年进展相对较快。 技术路线|从成本看：硫化物和聚合物成本高，氧化物的性能和经济性较为均衡 p硫化物像“性能贵族”，原料贵、成本高，但它的导电率和能量密度都很强，想追求极致性能就得付出这个代价；p聚合物复合电解质就像在做纳米级工艺品，分子设计和加工都很精细，但越精细越贵，所以制造成本被拉高；p氧化物比较均衡，材料成本和工艺难度都处在中间位置，性能和经济性都兼顾，因此现在产业化里更受青睐。 技术路线|聚合物：加工性能最好，性能提升有限，已基本被淘汰 Ø聚合物易于合成和加工，率先实现商业化应用，但常温电导率低，整体性能提升有限，制约大规模应用与发展。 Ø其电导率低、电化学窗口窄，仅能和铁锂正极匹配，性能上限较低，工作时需持续加热至60℃，因此制约了其大规模应用，预计后续与无机固态电解质复合，通过结合两者优势，在应用端实现性能突破。 技术路线|氧化物：稳定性最好，脆度高难以加工，率先用于半固态 Ø氧化物稳定性最好，电导率一般，但质地脆度高，加工难度最大，介面接触差，目前在半固态电池发展进度较快。 Ø氧化物电解质是含有锂、氧以及其他成分(磷/钛/铝/镧/锗/锌/锆)的化合物。 Ø量产方面，氧化物体系制备难度适中，较多新玩家和国内企业选取此路线，采用与聚合物复合的方式，在半固态电池中率先规模化装车。 技术路线|卤化物：介于氧化物和硫化物之间，进展相对较快 Ø卤化物介于氧化物与硫化物之间，综合性能相对优异，且具备成本优势，近一年进展相对较快。 Ø理论上，卤化物固态电解质既具有高于氧化物固态电解质的氧化电位，又具有与硫化物接近的易变形性和接近的离子电导率，同时具有媲美聚合物的大规模应用前景，但卤化物的还原电位不够低，无法与金属锂负极匹配，需要包覆等方式解决，整体成本、性能处于硫化物和氧化物之间。 Ø近一年来，国内对于卤化物的热度快速提升，尤其含锆的Li2ZrCl6材料，其具备低成本的优势，成为清陶能源等公司重点突破方向，未来预计与硫化物复合应用，进而实现降本的效果。 技术路线|硫化物：电导率最高，兼具加工性能，未来潜力最大 Ø硫化物凭借电导率最高兼具加工性能成为目前的国际主流路线。 Ø硫化物基固态电解质体系常见有四种，即锂锗磷硫(LGPS)，锂硅磷硫氯(LSiPSCl)，锂磷硫氯(LPSCl)以及锂磷硫(LPS)。Ø锂锗磷硫(LGPS)离子电导率最高，但原材料成本极高，不能与锂金属共存，主要用于科研应用；Ø而锂磷硫氯(LPSCl)具备成本优势，离子电导率优异，并与锂金属良好的兼容性，成为量产主流选择。 技术路线|硫化物电池结构：固态电解质选用硫化物，负极可选硅碳/锂金属材料 u全固态电池中，固态电解质为核心增量，其中硫化物为主流量产路线，主要采用锂磷硫氯材料；u正极仍沿用液态电池的三元高镍材料，电压或者镍含量略有提升；u负极选用硅碳/锂金属材料，目前主流为硅碳材料，量产成熟度较高，电芯能量密度可达350-400Wh/kg，锂金属（含无负极）为未来潜力方向，目前技术仍不成熟，电芯能量密度可达500Wh/kg+。u硫化物固态电池需要关注污染问题，生产过程有毒，存在硫化氢泄漏风险，若无法解决硫化氢问题，硫化物路线可能被政府否决。 固态电解质 三元高镍（主流）成熟，高电压，超高镍 硅碳（目前主流）相对成熟，能量密度350-400Wh/kg 硫化物（主流）离子电导率高，加工质地好 镍锰酸锂（非主流）不成熟，锰溶解 聚合物、氧化物、卤化物（部分）相对成熟，产品力差 锂金属（长期潜力）不成熟，潜力大，能量密度500Wh/kg 固态电池难点|技术：核心为固-固界面的接触，硫化物体系存在高专利壁垒 u全固态量产难点在于改善固-固界面接触，导致电池循环寿命差，运行压力较高，未来预计通过设备+工艺实现，核心壁垒在于电池制造，对设备的精度和能力要求大幅提升，对电池制造工艺的要求大幅提升。 u全球固态电池领域的专利申请已超过4.6万件，中日差距正在缩小，但90%以上的硫化物专利属于日本。 中日两国在固态电池专利方面差距正在缩小 全球固态电池专利布局占比（专利申请所在国别） 前道：关键在于电极片制造环节和固态电解质成膜环节，湿法成熟但干法更优（1）极片的干法工艺避免了溶剂的使用和干燥环节。 （2）固态电解质成膜环节中湿法路线相对成熟，干法路线潜力更大：全固态电池中硫化物电解质对极性有机溶剂较为敏感，此外金属锂负极容易与溶剂反应，需切换干法电极工艺 中道：叠片机需升级改造，新增极片胶框印刷。全固态电池为防止短路，正极、负极、电解质面积不同，极片会在高度致密化后成为锋利的刀片，如果有错位或者面积不同，会产生相互切断的情况。因此叠片机需改造升级，精度提升几个数量级，此外新增极片胶框印刷，减少气流扰动等工序。 中国近三年在固态电池领域布局加速，中国企业在专利申请数量与日本的差距不断缩小，但是在头部公司方面，日本仍具有较明显的优势。（丰田，2100件；松下，910件；日产，420件；本田，290件；对比国内宁德时代，170件；蜂巢能源，150件；国轩高科，120件；比亚迪，90件） 数据来源：东吴证券研究所后道：等静压设备仍无法替代，迭代至卧式实现连续化生产。全固态电池一体化叠片存在固-固界面接触问题，需通过施加压力等手段来进行改善，主要采用等静压设备，一般温度在80-120℃，压力在500MPa左右，从各个方向对试样进行均匀加压，进而获得坚实的坯体，等静压设备已迭代至卧式实现连续化生产。 硫化物专利专利壁垒就很高，90%属于日本，丰田在硫化物全固态电池技术上的专利数量全球领先，超过1000件，有绝对优势。 固态电池难点|专利壁垒延伸 n技术封锁与专利壁垒 •日本企业掌握全球63%的固态电池核心专利，其中丰田独享1300余项硫化物电解质专利，并联合本田、松下建立“专利池”，对中国车企收取电池成本15%的授权费。例如蔚来ET9搭载的150kWh固态电池需支付日方2.3万元/块的专利费，导致整车成本飙升18%，迫使宁德时代改用性能折损23%的氯化物电解质路线。 n生产设备与标准体系的排斥性打击 •设备禁运与量产延迟。东京电子、爱发科等日企控制真空蒸镀机、氩气封装线等核心设备市场，对华禁售导致卫蓝新能源南京工厂量产进度延迟18个月。中国半固态电池产线建设成本超10亿元，而日本硫化物电解质产线已实现空气暴露30分钟后电导率保持95%，量产时间表提前至2027年（较中国早3年）。 •标准体系的技术性排斥。日本主导制定的JIS C 8715:2025标准将界面阻抗测试温度提高至85℃（远超中国国标55℃），使比亚迪刀片电池出口认证通过率暴跌至37%。这种技术壁垒迫使中国企业转向氧化物/聚合物路线，但面临能量密度不足（氧化物路线理论值仅350Wh/kg）与高温性能缺陷。 n全球固态产业链重构与破局路径总结 •中国企业的技术替代方案硅基负极突破：中科电气研发4200mAh/g硅碳负极材料，能量密度达传统石墨负极10倍，配套宁德时代/比亚迪半固态电池方案，成本较硫化物路线下降18%。•氧化物电解质