传统液态电池的有机液体易导致电极材料降解、易挥发、易燃、易爆，存在较大安全隐患。固态电池具有高能量密度、高安全性等优势，2024年以来多家电池厂和车企公布固态电池相关进展，其中半固态电池已率先实现量产上车，产业化进程有望加快。
围绕固态电池，我们梳理了锂离子电池的发展、液态电池的缺陷以及固态电池的优势、进展情况；固态电池发展过程中遇到的困境及解决策略；预测了市场空间情况，并对产业链及技术路线进行了相关分析，希望对大家了解固态电池有所帮助。
01
液态VS固态
1.锂离子电池
锂离子电池是一种在储能领域、动力电池及便携式电子设备中均得到广泛应用的一种储能器件，具有开路电压高、能量密度大、使用寿命长、无记忆效应、无污染及自放电小等优点，是目前综合性能最好的电池产品，也是可适用范围最广的电池产品。
锂离子电池体系成熟，由正极、负极、电解液、隔膜等部分组成，其工作原理为：锂离子电池在充放电过程中，锂离子在正负极之间嵌入和脱出，同时伴随着电子在外电路中进行移动而形成外部电路的电流。充电时，电池正极生成锂离子，经过电解液移动到负极并嵌入到负极碳层的微孔中。放电时，嵌在负极的锂离子经过电解液移动回到正极。
全球电动化快速发展，锂离子电池凭借高能量密度、长循环寿命等优势成为消费电子、新能源汽车、储能等诸多下游行业主要供能载体，支撑全球电动化进程。
2.液态锂电池存在问题
液态锂电池已成锂离子电池行业的主流，但应用端仍有部分问题亟待解决。20世纪70年代Whitting ham首次提出并开始研究锂离子电池，随后在1990s，索尼公司发明了商业化的液态锂电池。当前，液态锂电池凭借着其能量密度较高、充电速度快、寿命长、无污染等优点，已经成为行业主流。但与此同时，液态电池仍然存在着一些问题制约其未来的发展与应用。
（1）安全性问题
液态锂电池结构中的电解液和隔膜可能引发安全性问题。
➢锂枝晶的问题：锂离子在正负极间脱嵌以实现锂电池的充放电。但当出现一些异常情况使得锂离子无法正常脱嵌时，就可能形成锂枝晶。而锂枝晶积累到一定程度就可能刺穿电池隔膜、使得正负极短路，进而引发起火等安全性问题。
➢电解液的问题：液态锂电池的电解液常用锂盐溶于有挥发性、可燃的有机溶剂中，安全操作温度一般低于80℃，因此当电池温度过高时可能发生燃烧和爆炸等问题。
➢隔膜的问题：电池中使用的普通隔膜导热率较低，因此可能降低锂离子电池中的散热速率。
（2）能量密度问题
目前液态锂电池的能量密度天花板是300Wh/kg，而固态锂电池可凭借材料体系的更新达到更高的能量密度，可达到700Wh/kg以上。
3.固态电池有望成为新一代的锂电池技术方向
高安全、高能量密度的固态电池为锂电池发展必由之路。全固态电池使用固体电解质替代易燃易爆的电解液，实现电池本征安全，同时可以应用更高比容量的正负极材料，打开锂电池能量密度天花板，成为全面提升锂电池性能的必然选择。
早在1830s，法拉第首次发现了加热固体硫化银和PbF2的显著传导特性。随后在1960s，固态电解质迎来了发展的转折点，开始尝试将固态电解质加入电池中。随之先后出现了POE、钠超离子导体、氢化物、LiPON、硫化物、反钙钛矿等固体电解质体系。随着LiPON的发展，第一款薄膜电池于1990s问世。进入21世纪后，固态电解质的相关研究进一步得到了发展。凭借着结构设计、物理特征的优势，固态电池可以天然规避液态锂电池的安全和能量密度等问题。因此近年来固态电池快速发展、有望成为下一代锂电池技术方向。
4.固态电池是怎样一种电池？
（1）固态电池
固态电池使用固态电解质替代了液态锂电池中的电解液和隔膜。固态电池是一种新技术，使用固态电解质替代了液态锂电池中的电解液和隔膜。传统液态电池的主材是正极、负极、隔膜、电解液四种，在充放电的过程中，电解液一方面供应部分活性锂离子作为导电离子使用，一方面供应离子通道使得锂离子可以自由移动；而隔膜的作用主要是使得电解质离子正常通过，并避免正负极接触导致内部短路。而在固态电池中，由于固态电解质的物理形态可以天然地隔离正极和负极，因此在固态电池中主材为正极、负极、固态电解质三种，隔膜不是必需的。
固态电池可以克服锂液电池的缺点，在安全和能量密度方面实现进一步突破。在安全性方面，固态电池使用不可燃的固态电解质，具有无腐蚀、无挥发、无漏液、可抑制锂枝晶形成、天然隔绝正负极等优点，具有较高的安全性。在能量密度方面，固态电池可以使用锂金属等材料作为负极代替石墨，从而提高电池的能量密度。
（2）固态电池分类
固态电池根据内部液态含量比例可以分为半固态电池和全固态电池。根据固态电池中电解液含量的不同，可以分为半固态电池和全固态电池。一般来讲，电解液含量超过10%就是液态电池；半固态电池中的电解液含量占比在5-10%，电解液的添加能够提升电池内部的界面浸润性，降低电池阻抗，是目前产业化进展较快的固态路线；全固态电池是电池完全由固态物质组成，不含任何液态成分。
液态电池为目前全球锂电池主流技术，工艺及供应链成熟，成本低，但电池本征安全问题及能量密度限制其进一步发展。半固态电池安全性及能量密度较液态电池有所提升，且产线与液态电池可以较好的兼容，成为液态与固态电池之间的过渡方案；固态电池可以解决电池本征安全问题，并可大幅提升锂电池能量密度，此外具有更好的宽温性能，是锂电池发展终局之选，但目前仍有制造成本高、固固界面导电性差等问题，限制其大规模商业化应用。
（3）固态电池优势
固态电池核心优势之一为其具有高安全性，主要由于其以热稳定性强、不易燃的固态电解质，替代易燃的液态电解液，大幅降低电池自燃、爆炸风险。此外，固态电解质具有更高的机械强度，能更好地抵抗电池内部的机械应力，防止锂枝晶穿透隔膜导致短路。同时，其化学稳定性强，不易与电极材料发生反应，进一步增加电池稳定性。因此，机械滥用、电滥用、热滥用三大锂电池热失控主要成因，在固态电池的应用下均得到良好的解决，固态电池安全性较液态电池大幅提升。
固态电池另一大核心优势为能量密度大幅提升。其提升能量密度主要通过：1）以固态电解质替代液态电解质与隔膜，减少电池内部非活性材料，增加有效储能空间；2）固态电解质不易燃，不挥发，也不易引起电池内部短路，使电池可以承受更高电压，使用更广泛的电极材料，如金属锂负极、富锂锰基等，同时提升正负极材料比容量及电压平台，进而提升能量密度；3）结构优化，由于没有液态电解质，固态电池结构设计可以更紧凑，减少电池组件之间的空间，从而提高体积能量密度。
除高安全性及能量密度，固态电池具有更好的低温性能。液态电池在低温下，由于电解液粘度增加，锂离子电导率降低，电池内阻上升，容量损失较大，甚至可能因电解液凝固导致电池无法正常工作。固态电池由于使用固态电解质，避免了液态电解质的这些问题，根据相关研究资料，聚合物固态电池在-20℃的表现远优于液态电池，且在-50℃条件下仍能正常工作。
（4）固态电池技术难点
纵使固态电池具有高安全、高能量密度、优秀的低温性能等一系列优势，其产业化进程仍存一定阻碍，一方面由于生产工艺复杂、成本高，另一方面由于固态电池仍然存在科学问题，根据《全固态电池的研究进展与挑战》，固态电解质离子输运机制、锂金属负极枝晶生长机制、多场耦合体系失控/失效机制为固态电池三大核心科学问题，先进表征技术、原理机制创新、新型材料创制成为固态电池进一步发展重要途径。这一问题下面我们还会详细论述。
02
固态电池各国进展情况
1.各大企业纷纷布局固态电池技术
从上世纪50年代，科学家开始针对固态锂电池开展研究以来，至今已经历时70余年。尽管目前仍有一些技术问题有待解决，但是多年来材料的发展和电解质技术的进步，促进了固态电池产业的逐步落地。
固态电池领域有众多企业纷纷布局，分区域来看，欧美地区主要有Solid Power、24M公司、Quantum Scape公司、SeeO电池公司、法国Bollore公司等；日韩固态电池技术的代表企业主要有：日本丰田汽车公司、日本日立造船、日本TDK、松下、GS汤浅、韩国三星SDI、韩国LG化学以及韩国SK。我国成规模开展固态电池研发工作起始于2011年，随着国家对于基础研究工作越来越重视，投入不断增大，新材料及新工艺不断取得突破，目前我国已有多家高校及科研院所在固态电池技术方面进行布局。国内有代表性的固态电池生产企业主要有：北京卫蓝新能源有限公司（中科院物理所技术）、江苏清陶能源发展有限公司（清华大学材料学院技术）、浙江锋锂新能源科技有限公司（中科院宁波材料所技术）、台湾辉能科技等。
2.固态电池技术成为热门概念，多元化发展
技术飞速发展，政策催化固态电池产业化：过去二十年中锂固态电解质和固态锂电池相关研究的进展可以大致分为三个阶段。从2000年到2010年，年度文章发表和专利申请数量保持在较低水平。从2011年到2015年，文献数量的稳步增长表明该领域的逐渐发展。2015年之后，文章和专利的数量实现了爆炸性增长，并且今天仍在迅速增加。显然，固态锂电池技术已成为学术界和工业界的热门概念，并受到全球科学家和工程师的广泛关注。
中国专利领先：在文章发表数量和比例方面，中国、美国、日本、德国和韩国排名前五，分别占35.5%、16.1%、10.2%、7.5%和6.3%。显然，在文章发表方面，中国目前在固态锂电池领域处于领先地位。此外，专利申请数量和比例显示，中国（39.5%）、日本（21.4%）、美国（14.8%）、韩国（5.7%）和德国（2.6%）排名前五。
3.中日韩欧美技术领先
中国、日韩、欧洲和美国在固态电池技术方面具有较强的研发能力和自主创新能力，并且现在是该领域的主要研发国家，除了各国当前在科研方面取得的显著进展以外，固态电池产业发展迅速也与相关政策和计划有着深刻的关系。
4.各国技术路线各异
在技术方向上，日韩起步最早并选择了硫化物固态电解质路线；欧美选择氧化物固态电解质路线居多，且均在直接开发锂金属负极应用；中国三种固态电解质路线均有布局，在开发全固态电池的同时也在大力发展对现有产业更友好的半固态电池。
03
固态电池发展困境及解决策略
离子运输机制、锂枝晶生长机制、固-固界面问题是固态电池面临的三大问题：尽管固态电池能量密度与安全性占优，然而固态电池内部固-固界面能垒高导致锂离子传输速率低、锂枝晶生长、界面反应、以及锂金属和固体电解质(SE)之间的物理接触等仍然存在问题，导致成品固态电池充放电速度差，循环寿命低于传统液态电池，加之当前固态电池制造工艺不成熟等挑战可能会限制固态电池整体性能，阻碍全固态电池的广泛实际应用。
1.离子运输机制：制约充放电速度的关键
高离子电导率是提高全固态电池充放电速度的关键：固态电解质的离子电导率和固态电池多尺度界面性质共同决定固态电池的电化学性能，相比之下，离子在固态电池界面的迁移相对缓慢，这也是提高电化学性能的关键所在。当前固态电池面临的主要应用瓶颈包括较慢的充放电速度和较快的容量衰减，这与固态电解质的物理化学性质密切相关。与液态电解质不同，固态电解质中离子间相互作用力强，离子迁移能垒高（是液体的10倍以上），其导致离子电导率低。因此明确高离子电导率的实现条件是发展高性能固态电解质、提高全固态电池充放电速度的关键。
离子输运性能取决于在表界面的输运速度：固态电解质中的离子输运性能由离子在相、表界面中的输运过程共同决定，在多晶固态电解质中，表界面离子输运（晶界和跨晶界离子输运）被认为是离子输运过程中的限速步骤。但目前对表界面的结构组分以及输运机理的研究尚不充分，需要业界继续发展更为先进的表征技术和计算方法以深入研究晶格动力学和表界面的离子传输机理。
目前主要通过掺杂、开发纳米尺度结构以及界面工程等手段来改善离子电导率：目前主要通过掺杂、开发纳米尺度结构以及界面工程等手段来改善离子电导率，近年来也有研究发现体相中电导率的优化可以通过调控晶体结构特点实现，比如晶格体积、输运瓶颈尺寸、晶格畸变、缺陷等。总体来说，目前业界对于离子运输机制的理解远远不够，不同固态电解质体系的离子输运机制也存在较大的差异，仍需要对离子输运过程进行详尽且全面的研究，从而揭示可在各类固态电解质体系中使用的离子输运机制。
2.锂枝晶生长机制：固态电池安全性挑战
锂枝晶在电池内部生长易引发安全风险：固态电解质虽然具有高机械强度，但仍然难以完全抑制锂枝晶的生长和实现锂金属的均匀沉积。锂金属可能在负极表面形成枝晶，甚至在固态电解质内部成核，导致电池短路，从而引发安全风险。
根据著名的Monroe和Newman模型，在基于聚合物电解质的锂金属电池体系中，当固态电解质的剪切模量高于锂金属剪切模量的两倍时，可以抑制锂枝晶的生长。基于此理论，高剪切模量的无机固态电解质被认为能有效解决锂金属负极的枝晶问题。然而，对于剪切模量较高的无机固态电解质，其在有限的电流密度下循环时却也容易形成锂枝。
添加剂及结构设计可抑制锂枝晶的生长：对于聚合物固态电解质而言，其柔软的特性很难阻止枝晶的形成，但是也可以通过提高离子导电性、添加无机填料、添加额外的聚合物等方式来改善锂枝晶的形成；而对应无机固态电解质而言，可以通过改变微观结构缺陷、提高相对密度、降低电子导电率、管理电流密度等方式来抑制锂枝晶的形成。
3.固-固界面问题：固态电池性能及安全性关键挑战
固-固界面问题直接影响固态电池的循环寿命等性能：固态电池固固界面接触大部分情况下，接触方式为点接触，接触面积小。部分电池体系下，界面初始可能是面接触，但是随着电池的循环，电极材料不可以避免地发生体积膨胀，使得原本良好的接触恶化，从而增加界面阻抗，电池性能持续恶化。同时持续应力累积也可能导致正极和固态电解质层中产生微米级裂纹，正极与电解质之间的接触恶化，加剧电池性能衰减。
固态电解质与金属锂在外加电位下会发生电化学反应，固态电解质与锂金属之间的接触界面通常比较脆弱，接触电阻可能比较大，如果界面不稳定，可能会引发剧烈的界面反应，导致界面性能迅速退化。而在液态电解质系统中，锂金属表面会形成动态SEI，SEI层能够在一定程度上缓解电解质与锂金属之间的副反应，同时保持锂离子的导通性。此外，液态电解质具有良好的接触性和润湿性，可以在一定程度上自我修复或重新形成SEI层，从而适应锂金属沉积过程中表面形态的变化，并使锂枝晶的形成和生长更容易控制，因为在液态电解质的作用下，锂可以更均匀地沉积。
固态比液态更容易由于界面问题出现热失控：固态电解质一旦形成裂缝或与锂金属接触不良，就不像液态电解质那样能形成SEI膜并具有自愈性，更容易导致锂离子传输通道断裂，形成锂枝晶，枝晶持续生长可能穿透电解质，造成电池短路大量产热、温度升高。而高温可能会引起正极发生分解，高比容三元正极材料在热分解时可能产生氧气，与锂金属负极反应，引发放热反应，导致电池温度进一步升高和热失控。
界面工程与改性能有效解决固固界面问题：针对固态电池存在的固固界面问题，目前主流通过界面工程与改性来改善，通过材料与工艺两个维度实现改善。1）材料维度:选择体积变化更小的Li金属负极和包覆复合正极。2)工艺维度:宏观界面问题，通过增大制备过程中的压力，以消除孔隙、增强界面接触。
04
产业链及技术路线分析
1.电解质是固态电池中变化较大的环节
固态电池产业链与液态锂电池大致相似，也包括上游资源端、中游制造端和下游应用端，两者主要的区别在于中游材料端负极材料和电解质的不同，在正极材料方面基本一致。未来随着半固态电池逐步发展至全固态电池，隔膜也将被替代。同液态电池类似，固态电池整体成本主要由电池材料成本及电池生产成本构成，其中材料成本占据了较大占比。材料成本包括正极、负极材料、电解质、集流体、结构件等组成。
固态电解质是固态电池的核心部件，也是固态电池中变化最大的环节。固态电解质在固态电池中起到锂离子传输等作用，是固态电池中的核心部件，其性能也很大程度上决定了固态电池的各项性能参数，如电池的功率密度、循环稳定性、安全性能、高低温性能以及使用寿命等。固态电解质根据材料类型不同，大致可以分为聚合物、氧化物、硫化物三类固态电解质，其性能各有优劣。目前全球固态电池企业都在不同的电解质体系上进行技术研发，目前日韩和欧美等海外企业更倾向于硫化物技术路线，致力于全固态电池的开发，产业化进程相对缓慢；而国内企业多数选择氧化物技术路线，研发的产品多为半固态电池。
2.聚合物是商业化较早的路线，优点和缺点均很明显
聚合物固态电解质材料较多。固态聚合物电解质采用聚合物作为基体，具有优异的性质，比如柔韧性、易加工性，可通过溶液浇铸或熔融挤出压延成膜。常见的固态电解质聚合物材料包括聚环氧乙烷（PEO）、聚丙烯腈（PAN）、聚偏氟乙烯（PVDF）、聚偏氟乙烯-六氟丙烯聚（PVDF-HFP）、甲基丙烯酸甲酯（PMMA）等。各种聚合物电解质在性能方面存在差异，如离子电导、热稳定性等。其中PEO是一种热塑性结晶水溶性聚合物，其解离锂盐的能力强,而且与锂金属相容性好,稳定性强,价格也比较低廉,所以是研究较为广泛的一类聚合物电解质，但由于其结晶度很高,抑制了锂离子在电解质中的传输；PAN是由丙烯腈单体自由基聚合而成的一种稳定性好、耐热性强、阻燃性好的聚合物。其缺点就是强度太低,很脆,易破碎,不能单独用来成型作为聚合物电解质的基体材料；PMMA聚合物的溶剂保持能力和室温离子电导率更高,与锂电极界面相容性好,但机械强度较差。
聚合物电解质的优点和缺点均很明显。聚合物固态电解质膜的优势和劣势均较为明显，优势方面，其安全性好、易于制备加工，且不会发生液态电解液的漏液等问题，但同时，其也具有室温离子电导率低等问题，因此，聚合物固态电解质一般不会单独使用。聚合物的黏弹性和可塑性赋予聚合物电解质加工便捷性，加工成型成本低，能设计成任意形状，具有较好的加工和形状灵活性。此外，聚合物合成条件较为简易，对温度、压力等环境要求不苛刻，适宜规模化生产。
PEO商业化较早，但存在技术瓶颈。法国博洛雷集团从2011年开始尝试固态电池在电动车领域的商业化，其自主研发的电动汽车Bluecar搭载了30kWh金属锂聚合物电池，续航为120km，这也是国际上第一个采用固态锂电池的电动汽车案例。该公司选择全固态中的聚合物技术路线，正极材料采用磷酸铁锂，负极材料采用金属锂，电解质采用PEO。但该技术存在一定的技术瓶颈，一方面电池的能量密度较低，该电池Pack能量密度约为100Wh/kg；另一方面，该电池对于工作温度有要求，其工作温度要求60-80℃，必须持续将电池加热至60°C以上来维持电池内部的离子电导能力。
PVDF-HFP有望获得规模化应用。PVDF作为聚合物电解质材料之一，由于分子结构规整，不利于锂离子传导。为了解决这个问题，可以将偏氟乙烯(VDF)和六氟丙烯(HFP)共聚,得到P(VDF-HFP)共聚物。PVDF-HFP不仅保留了PVDF良好的机械强度、化学稳定性、电化学稳定性、热稳定性和对电解液的亲和性，而且还降低了PVDF的结晶度，减弱了氟离子的反应活性，有利于吸收更多的电解液和改善电极与电解质之间的界面稳定性，是比较理想的聚合物电解质材料。
3.氧化物具有离子电导高等优点，产业化相对易行
氧化物电解质按晶体结构可以大致分为三种类型。氧化物电解质在微观水平上形成结构稳定的锂离子传输通道，其具有机械强度高、空气稳定性好、电化学窗口宽等优点，受到产业的重点关注。根据电解质晶体结构，氧化物电解质可以分为钙钛矿结构型（如LLTO）、石榴石结构型（如LLZO）、快离子导体型（LISICON、NASICON）等。其中，钙钛矿型LLTO电解质材料的本征离子电导较高，但稳定性相对较差；石榴石型LLZO电解质离子电导较高，稳定性好，受到广泛关注；钠快离子导体结构的LATP的电化学窗口较高，被认为是高电压固态电池的理想电解质；锂快离子导体结构电解质通过硫代方式得到的LGPS具有接近于液态电解质的电导率。
氧化物电解质一般搭配其他电解质使用。氧化物固体电解质具备离子电导率高、空气稳定性好，化学/电化学稳定性好等优点。但由于氧化物本身的材料特性，也存在刚性强、易碎等缺点，尤其是电极和电解质界面接触能力较差，造成循环过程中界面稳定性较差，导致循环过程中界面阻抗迅速增加。因此，氧化物固体电解质往往需要添加一些聚合物成分并与微量离子液体/高性能锂盐-电解质混合来使用。
氧化物电解质产业化相对易行。氧化物电解质粉体材料的制备方法相对较为成熟。根据氧化物固态电解质专利中所述，通过高温加机械球磨法工艺合成氧化物固态电解质粉体，借助机械球磨法配合外温加热能量为电解质合成反应提供驱动能量，同时在同一设备内实现产品高效冷却收集，设备内即可实现高效冷却至室温，即可获得成分、粒径均一，表面活性高的电解质粉体。工艺流程简单，有效降低反应温度，生产成本低，可实现连续化、自动化生产，减少对环境氛围接触。
4.复合电解质具备优势，未来有望成为主流路线之一
复合电解质能够结合聚合物和氧化物的优点。复合固态电解质一般是由无机填料和聚合物固态电解质复合得到的电解质。复合固态电解质结合了无机固体电解质和有机固体电解质的优点，兼具高锂离子导电率和电化学稳定性。在聚合物固态电解质中加入无机填料后得到的固态电解质综合性能较好。聚合物基体在复合固体电解质中可以发挥以下优点：聚合物的加入可以显著提高固体复合电解质的柔韧性；聚合物的存在有助于减小电极-电解液界面的电阻；聚合物通常比无机陶瓷电解质更容易加工且更具成本效益，有利于大规模制造。无机填料可以发挥以下三方面的作用：一、降低结晶度，增大无定形相区，利于锂离子迁移；二、填料颗粒附近可以形成快速锂离子通道；三、增加聚合物基体的力学性能，使其易于成膜。
复合电解质膜中的无机填料可以分为惰性填料和活性填料。聚合物基体中可以添加纳米无机填料来降低其结晶度，提高链段的运动能力，进而提升电解质的离子电导率。无机填料根据是否具有快速输运锂离子的能力分为惰性填料和活性填料。对于不能传输锂离子的惰性填料，加入聚合物基体后可以提高复合电解质的机械性能，也可以改变聚合物结晶状态来提高聚合物电解质输运锂离子的能力。对于活性填料来讲，其不仅具有上述优点，填料本身在室温下展现出较高的离子电导率，可以直接参与锂离子传输，另外活性填料具有较高的电化学稳定窗口。聚合物基体中常见的惰性填料包括：Al2O3,TiO2,石墨烯，MOF等，常见的活性填料包括LATP,LLTO,LLZO,LGPS等。
无机填料的颗粒大小和添加比例对电解质膜影响较大。陶瓷颗粒的大小和复合比例也会对复合电解质性能有影响。无机填料的颗粒大小和添加比例对电解质膜影响较大。陶瓷颗粒的大小和复合比例也会对复合电解质性能有影响。根据朱鑫鑫等在《固态锂硫电池电解质及其界面问题研究进展》发表的研究成果，相比较微米级的陶瓷颗粒，纳米尺寸的陶瓷颗粒能够显著增强复合电解质膜的电导率。此外，无机填料所占复合电解质比例不同，电解质的离子电导率也不同，并有一个最优的陶瓷颗粒比例得到的复合电解质离子电导率最高。在最优复合比例下，纳米颗粒复合电解质相比微米级具有更高的电导率，主要原因是纳米颗粒具有较大的比表面积，聚合物基体和陶瓷颗粒具有更多的相界面，扩大了锂离子的传输路径。
企业积极布局复合电解质膜，未来有望成为主流路线之一。复合电解质同时具备聚合物和氧化物电解质优势，得到产业重点关注，相关企业积极布局。据上汽集团“向新十年上汽集团新能源技术发布会”介绍，江苏清陶能源电解质采用有机和无机复合路线，能够实现降本和提升离子电导率；据起点锂电报道，北京卫蓝新能源采用氧化物+聚合物固态电解质路线，半固态电池采用原位固态化技术改善正负极界面性能。值得一提的是，上汽集团在2024年5月24日举办的新能源技术发布会上表示，上汽全固态电池基于聚合物-无机物复合电解质技术路线，将于2026年实现量产。该全固态电池能量密度超过400Wh/kg，体积能量密度超过820Wh/L，电池容量能超过75Ah。2027年，搭载全固态电池的智己新车将实现量产，并正式交付用户；后续全固态电池能量密度有望进一步提升至500Wh/kg。
复合电解质的制备方法相对易行。复合电解质的制备方法主要有溶液浇铸法、热压法和原位聚合法等。溶液浇铸法一般是将聚合物和溶剂混合后形成溶液，然后将溶液浇铸到模具中，待有机溶剂挥发完毕即可获得柔性的自支撑聚合物膜。溶液浇铸法相比其他复合方法，操作方便、便于大面积制备，但是使用这种方法制作的复合膜容易发生陶瓷颗粒的偏聚现象。热压法适用于各种比例的复合材料，但此种方法对热压设备有一定的要求。原位聚合法指的是将反应单体添加到纳米状物的层间发生聚合反应，通过此方法可以获得在聚合物基体中良好分散的陶瓷颗粒。
5.硫化物电解质依然是全固态电池技术首选
硫化物电解质性能优异。硫化物电解质相比于氧化物和聚合物电解质具有更高的导离子率，室温下可达到10-3S/cm，是理想的固态电池电解质材料。根据晶体结构，硫化物固态电解质可以分为玻璃态、玻璃陶瓷态和晶态。晶态电解质按照晶体结构又可以分为硫代超快离子导体型（LATP）、硫银锗矿型和LGPS型。其中，LGPS的电导率到达了1.2×10-2S/cm，这一数值已经可以与有机电解液的离子电导率相比。但是，由于金属Ge（锗）的使用，提高了LGPS的成本，严重阻碍其实际应用。
硫银锗矿型电解质优点突出，未来有望产业化。硫银锗矿结构的Li6PS5X（X=Cl、Br、I）硫化物电解质是晶态结构的一种，其具有较低的成本、高室温电导率（10-2S/cm）、合成简单、电化学稳定性相对其他硫化物较好等优点而受到行业关注。但是，Li6PS5Cl电解质也具有空气稳定性差、与正极材料兼容性差、与金属锂不稳定等缺点。目前，主要是通过元素掺杂、正极包覆、锂合金负极、复合固态电解质等措施来改善其性能。总的来说，硫银锗矿电解质，尤其是含卤素的电解质，因同时具备较高的室温锂离子电导率、在硫化物电解质中相对较低的成本和较高的稳定性和电极兼容性，是最具应用前景的无机固态电解质之一，未来有望率先实现产业化。
硫化物电解质制备环境要求高，工艺优化和降本是关键。硫化物固态电解质虽然具备较高的离子传导性能等优势，但同时也面临应用难题。硫化物固态电解质在空气中极不稳定，易与水和氧气发生反应生成剧毒的硫化氢气体。因此硫化物固态电解质的制备与组装均需在无水无氧的环境中进行，制备成本大幅提高。为了提高硫化物电解质的空气稳定性，实现降本目的，目前有以下几种方法：1）使用添加剂吸收硫化氢气体；2）表面涂层或钝化；3）构建硫化物-聚合物复合电解质等。其中，构建复合电解质的策略有望整合硫化物和聚合物电解质的优势，从而可能满足电解质材料的所有先决条件并加速全固态电池的商业化。
各大企业纷纷布局硫化物电解质。硫化物电解质受到国内和国外众多生产和研发机构关注。国内方面，据宁德时代首席科学家吴凯近期透露，宁德时代2027年小批量生产全固态电池机会很大，硫化物路线进展较快，并已建立10Ah级全固态电池验证平台。广汽集团今年4月发布了能量密度达400Wh/kg以上的全固态电池，计划于2026年首先搭载于昊铂车型。据业内人士分析，广汽采用了硫化物电解质。国外方面，丰田汽车去年宣布，争取2027至2028年使全固态电池进入实用化阶段，亦采用硫化物固态电解质，此外，松下、本田、三星、宝马等不少企业也都选择硫化物固态电解质路线。
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全固态电池市场空间
1.全固态电池量产节点或于2027年到来
目前只有半固态电池在国内实现了装车应用，全固态电池作为真正意义上的革命性新技术，量产应用仍面临一系列的挑战。但结合近期政策层面对全固态电池研究的大力扶持、产业资本对固态电池企业大规模投资以及主要企业的固态电池研发和量产计划来看，预计全固态电池有望于2027年实现量产，电解质路线将以硫化物为主。
2.2030年固态电池出货量有望接近400GWh，其中全固态电池出货量达85GWh
在全固态电池实现规模化量产之前，半固态电池的渐进式路线将率先走向商业化。由于短期内材料与成本依然较高，我们预计车规领域一些高端或特定需求的电动车型会接受一定溢价，搭载（半）固态电池，到2030年动力电池中固态电池渗透率达到10%，其中主要为半固态电池；而在消费电子、航空航天等领域，下游市场对价格的敏感度较低，能够包容较高的新技术溢价，因此我们预计固态电池的渗透率提升将快于车用市场，2030年固态电池渗透率达到20%，其中全固态电池渗透率为10%。因此，我们预计2030年全球固态电池出货量将达到396GWh，其中全固态电池出货量超85GWh。
3.2030年硫化物全固态电池市场空间或超700亿元，远期空间广阔
全固态电池将以硫化物为主要技术路线，假设2030年实现中期降本愿景，即硫化物全固态电池BOM成本降至0.85元/Wh，则对应超700亿元市场空间。并且随着技术进步和规模效应显现，我们认为2030年同时有望成为全固态电池开启降本通道的起点，随着成本下降市场竞争力增强，全固态电池将打开更广阔的应用市场，渗透率加速提升。
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固态电池相关公司
1.赣锋锂业
公司是全球领先且国内最大的锂化合物生产商及金属锂生产商，产品应用广泛，尤其是在电动汽车、储能、航天航空、功能材料及制药方面。公司是全球锂行业唯一同时拥有“卤水提锂”、“矿石提锂”和“回收提锂”产业化技术的企业，拥有五大类逾40种锂化合物及金属锂产品的生产能力，是锂系列产品供应最齐全的制造商之一。
公司拥有独特的垂直整合业务模式，业务贯穿上游锂资源开发、中游锂盐深加工及金属锂冶炼、下游锂电池制造及退役锂电池综合回收利用，各个业务板块间有效发挥协同效应，以提升营运效率及盈利能力，巩固市场地位。
从中游锂化合物及金属锂制造起步，公司积累了丰富行业经验及专业技术知识，并成功开发及实施了一系列创新生产技术，提高产品质量及改善盈利能力。目前，锂化合物及金属锂仍为公司垂直整合业务模式的核心。凭借锂产品业务的市场及技术优势，公司已成功将上游业务拓展至锂资源开发，将下游业务拓展至电池制造及回收。
在上游，通过投资锂矿资源的开发，公司确保了高品质锂原材料的稳定供应，这为中游的锂化合物及金属锂的生产提供了坚实的物质基础。公司运用其在锂化合物生产领域积累的丰富经验和创新技术，以成本低效益高的方式生产出优质的锂产品，这些产品直接供应给下游的电池制造业务，从而缩短了供应链，降低了成本，增强了价格竞争力。
在下游，公司电池制造业务帮助公司把握电动汽车电池需求激增的市场机遇；公司回收锂电池的能力可有效满足电池制造商及电动汽车生产商的退役电池回收处理业务的需要，有利于巩固与客户的业务关系。此外，公司在固态电池的阶段性开发亦将通过垂直整合的业务模式实现，这将在未来的新能源市场上占据重要地位。
2.宁德时代
公司是全球第一大动力储能电池企业。公司成立于2011年，前身是全球消费电池领先企业ATL的动力电池事业部。2012年公司与宝马达成合作，后续又相继开拓宇通、上汽、吉利等客户。2018年公司在深交所IPO，并进入戴姆勒、大众供应链。2023年公司发布凝聚态电池、神行超充电池等新产品。公司2023年全球动力电池市场占有率达到36.8%，连续七年位列全球第一；2023年全球储能电池市占率为40%，蝉联全球榜首。
受益于全球汽车电动化与储能市场的快速发展，公司2019-2023年营收与利润均呈现显著增长态势。公司2023年实现营收4009.2亿元，同比+22%，2019-2023年均复合增速为72%。公司2023年实现归母净利润441.2亿元，同比+44%，2019-2023年均复合增速为76%。
公司主要产品与服务包括：1）动力电池系统：涵盖电芯、模组及电池包产品。2）储能电池系统：涵盖电芯、电池柜、储能集装箱以及交流侧系统等产品解决方案。3）电池材料及回收：电池材料产品主要包括锂盐、前驱体及正极材料等，公司亦通过回收方式提取废旧电池金属材料及其他材料加工成电池所需要材料。4）电池矿产资源：锂镍磷等资源项目投资、运营。5）其他业务：主要包括废料处理和技术许可、研发服务等。
宁德时代发布骁遥超级增混电池。10月24日，宁德时代发布骁遥超级增混电池，在以下方面实现突破：1）高性能：骁遥电池纯电续航里程达400公里以上，同时支持4C快充，充电10分钟即可实现续航280公里。通过采用钠AB电池系统集成技术和全温域电量精准计算技术，骁遥电池实现零下40度极寒环境电池可放电；2）高可靠：独创智能挤压涂布系统，可实现毫米级响应速度和微米级控制精度；质量控制点超6800个，确保了电池性能的高一致性；3）高安全：采用NP2.0设计，首创烟气与高压主动隔离，提升用户安全体验；4）高价值：通过B2G技术接入电网，全生命周期内可反向送电约3.3万度。目前，骁遥电池已经成功落地理想、阿维塔、深蓝、启源、哪吒等多个车型品牌。
3.亿纬锂能
公司是全球领先的电池企业，发展已超23年。公司主营动力电池、储能电池、消费电池，23年收入分别为239.8、163.4、83.6亿元，同比+31.4%、+73.2%、-1.8%。1）动力电池：主要产品包括方形磷酸铁锂电池、软包三元电池、方形三元电池、46系列大圆柱电池、模组、BMS及电池系统；应用领域包括新能源乘用车、商用车、工程动力等领域的解决方案。2）储能电池：主要产品包括大铁锂电池、方形铁锂电池、圆柱铁锂电池，从电芯、电池包、系统到BMS等全方面产品及解决方案；应用领域包括电力储能、工商业储能、户用储能、通信储能、数据中心备电、船舶动力等。3）消费电池：涵盖锂原电池、小型锂离子电池、圆柱电池，我们测算23年收入分别约23、21、40亿元。整体看，公司的消费电池下游领域主要为电动工具、园林工具、电子雾化器、TWS耳机、智能表计等。
公司近年收入、利润高增。伴随下游新能源汽车、储能等场景的需求提升，公司的收入从18年43.5亿元增长至23年487.8亿元，CAGR=62%，归母净利润从18年的5.7亿元增长至23年40.5亿元，CAGR=48%。1Q24，由于电池价格同比下滑，公司收入93.2亿元，同比-16.7%，归母净利率10.7亿元，同比-6.5%。
公司龙头地位突出。亿纬锂能的锂原电池销售额和出口额连续8年位列国内第一，自2012年起一直保持着较高的毛利率水平和稳健增长的营业收入。公司2022年市占率超过34%，远超业内其他竞争对手，产品主要应用于智能表计、ETC、胎压监测等领域，是下游多家主流客户的主要供应商。
公司深耕细分市场。公司的小型软包电池主要应用于电子雾化器、可穿戴设备、蓝牙设备及其他物联网终端。公司在电子雾化器市场和可穿戴设备市场与国内外排名前列的公司建立了深度合作关系，为其提供高质量的产品和服务。同时，公司布局了锂金属二次电池和半固态电池研发，以满足未来中高端消费市场的需求。
亿纬锂能Omni全能电池LMX系列正式发布。10月25日，亿纬锂能正式发布“Omni全能电池LMX系列”新品。1）针对新国标领域，LMX系列打造48V25Ah、48V30Ah等超值电池包方案，兼具安全宽温、经济耐用的优势。其中48V30Ah电池包能量密度高达140Wh/kg；100℃超宽温域，在-35℃环境下仍可释放80%电量；体积仅为铅酸电池的1/3，极大满足了电动车轻量化设计需求；2）针对共享换电领域，亿纬锂能推出48V30Ah、60V45Ah等“单王”电池包解决方案，满足配送服务长续航、快补能需求。其中使用60V45Ah电池包方案可实现50km/h行驶续航130km，30分钟快充即可满足续航90km；3）针对平衡车、滑板车领域，亿纬锂能推出186502.2Ah、217003.3Ah电芯，其寿命相比常规三元电池寿命提升25%，支持30分钟快速补能至80%。
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参考研报
