当前，液态锂电池凭借着其能量密度较高、充电速度较快、寿命长等优点，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。
①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。②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。③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500Wh/kg以上。
随着新能源汽车等下游终端容量逐步扩大，对安全性和能量密度要求逐步提高，而固态电池可以解决消费者这两大核心诉求，因此固态电池成为液态电池下一代电池的技术升级方向。
固态电池工作原理跟传统锂离子电池一样，其锂离子主要以固态电解质作为介质，在正负极之间移动，产生电流。固态电解质是固态电池和液态电池最大的区别。固态电池采用固态电解质，部分或全部替代液态电解质，可大幅提升电池的安全性、能量密度，是现有材料体系长期潜在技术方向。依据电解质分类，电池可细分为液态(大于25wt%)、半固态(5-25wt%)、准固态(1-5wt%)和全固态(0wt%)四大类，其中半固态、准固态和全固态三种统称为固态电池。
从材料体系的变化来分类，固态电池的技术进步路线可以分成三个阶段：
①传统液态电解液替换为固态电解质，正负极材料不变。该阶段通过减少电解液用量，理论上对安全性有一定提升；但由于正负极材料体系没有本质变化，主要还是高镍三元+石墨掺硅的正负极体系，无法通过提高能量密度来摊薄固态电池成本的提升。目前大部分厂商的量产规划均是基于该阶段，主要用以打通固态电解质技术与量产的难点。
②负极换成金属锂，正极材料不变。基于锂金属负极的固态电池成本能够显著提升能量密度，成本也比传统液态电池更低，是固态电池降本的关键，但锂金属负极还面临许多科学和技术问题。
③负极用金属锂，正极换成更高能量（比如硫化物/镍锰酸锂/富锂锰基等材料）的材料。在锂金属负极的基础上，通过正极材料的更新换代能够继续提升能量密度，但技术上需要解决的问题更多，实现周期也更遥远。
图表1：固态电池对目前液态电池产业体系影响
数据来源：起点研究院（SPIR）
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，主要分为氧化物、硫化物、聚合物三种路线。目前三大技术路线各有优缺点，未有能同时满足以上要求的，在技术突破上仍存在一定的难度。总体来看，①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，制约了大规模应用与发展。②氧化物兼具电导率和稳定性，量产难度适中，目前发展进度较快.③硫化物电解质未来在全固态电池中最具有发展潜力。
图表2：固态电解质三大技术路线对比
数据来源：起点研究院（SPIR）
固态电池具有高安全性、高能量密度等核心优势，但同时也存在以下大规模量产难点：
1）材料端离子电导率低：固态电池中，电极与电解质之间的界面接触由固-液接触变为固-固接触，由于固相无润湿性，因此接触面积小，形成更高的界面电阻。
2）快充性能较差：同时固体电解质中有大量的晶界存在，且晶界电阻往往高于材料本体电阻，不利于锂离子在正负极之间传输，从而影响快充性能和循环寿命；
3）循环寿命差：固-固接触为刚性接触，对电极材料体积变化更为敏感，循环过程中容易造成电极颗粒之间以及电极颗粒与电解质接触变差，造成应力堆积，导致电化学性能衰减，甚至导致裂缝的出现，造成容量迅速衰减，导致循环寿命差的问题。
4）生产成本高：①固态电池体系通常选用高性能正负极材料，材料本身尚未真正实现规模化商用，价格高于传统正负极材料；②而核心材料固态电解质技术路线尚不明确，生产过程更为复杂，同时涉及高价稀有金属（如氧化物电解质含锆、硫化物电解质含锗）原材料成本远高于液态电池；③在制造方面，量产工艺开发更滞后于材料体系，部分电解质体系对于生产环境要求严苛，进一步抬高制造成本。特别是全固态对生产工艺、成本和质量控制也提出了更严苛的要求，生产设备替换率大，全固态电池成本预计明显高于现有液态电池。
固态电池的商业化应用之路面临技术与成本两大阻碍，半固态电池仍保留隔膜与部分电解液，材料体系较液态电池变化较小，工艺设备与液态电池的重合度较高，可继承现有的成熟产业链，有望率先实现产业化落地。国内较多企业选择半固态电池作为过渡阶段产品，积极进行研发与产能布局，包括新势力（半）固态电池企业卫蓝新能源、清陶能源、辉能科技等，包括传统电池企业宁德时代、亿纬锂能、国轩高科、中创新航等。
图表3：部分中国传统电池企业（半）固态电池进展
数据来源：起点研究院（SPIR）
图表4：部分中国传统电池企业（半）固态电池进展
数据来源：起点研究院（SPIR）
目前全球范围内，全固态电池主要处于研发和试制阶段。目前制约全固态电池产业化的主要局限在于：材料技术、制备技术还不够成熟，生产成本过高等。因此半固态电池技术成为当下最好的过渡方案，从发展路径来看，大部分企业按照液态→半固态→准固态→全固态方向发展。
图表5：固态电池发展路径
数据来源：中科院物理研究所，起点研究院（SPIR）
固态电池面临市场机遇的同时也需要克服很多挑战，技术方面：全固态电池离子电导率低、固态电解质路线不确定、固固界面问题、机械不稳定性、材料选型匹配、工艺不成熟等；产业化方面：电池成本高、供应链不完善、下游应用规模小等。受政策和资本推动，起点研究院（SPIR）预计全球固态电池将加速发展，2025-2030年将是半/准固态电池产品导入期，2030-2035年之间将是全固态电池产品导入期，预计2035年全球固态电池（含半固态/准固态电池）市场规模将超过2000亿元。
图表6：2023-2035年全球固态电池（含半固态/准固态）市场规模预测（亿元）
数据来源：起点研究院（SPIR）
附：《2024中国固态电池行业调研报告》目录
第一章 固态电池行业基本介绍
第一节固态电池定义及分类
一、固态电池定义
二、固态电池分类
第二节固态电池产业链分析
第二章 固态电池发展动力分析
第一节 液态电池发展瓶颈
第二节固态电池优缺点分析
第三节固态电池行业发展政策分析
一、海外固态电池行业发展政策分析
二、国内固态电池行业行业发展政策分析
第三章 固态电池技术路线分析
第一节 聚合物固态电解质技术路线
第二节氧化物固态电解质技术路线
第三节 硫化物固态电解质技术路线
第四章 固态电池行业发展现状分析
第一节 固态电池行业投融资情况分析
第二节 固态电池技术路线应用现状
一、海外固态电池技术路线应用现状
二、国内电池技术路线应用现状
第三节 固态电池企业发展现状
一、生产成本及价格
二、固态电池生产技术难点
第四节下游终端固态电池应用现状
一、新能源汽车固态电池应用现状
二、消费终端固态电池应用现状
三、其他终端固态电池应用现状
第五章 固态电池对液态锂电池影响分析
第一节固态电池与液态锂电池对比分析
第二节固态电池对液态锂电池产业链影响分析
一、固态电池对材料端影响分析
二、固态电池对设备端影响分析
第六章 固态电池行业市场规模及重点企业分析
第一节全球及中国固态电池市场规模分析
第二节海外主要固态电池企业介绍
第三节国内主要固态电池企业介绍
第七章 固态电池发展趋势分析
第一节固态电池发展瓶颈分析
第二节固态电池技术发展趋势分析
第八章 固态电池行业发展机会与风险分析
第一节固态电池行业发展机会分析
第二节固态电池行业发展风险分析
附录：固态电池产业链企业名录
