鋰離子電池具有高能量、長壽命、高性價比、少污染等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于新能源汽車、消費電子、儲能等領(lǐng)域，鋰離子電池主要分為液態(tài)與固態(tài)電池兩種類型，液態(tài)鋰電池包括液態(tài)電池、凝膠電解質(zhì)電池，固態(tài)鋰電池包括半固態(tài)、準(zhǔn)固態(tài)、全固態(tài)電池三種。其中，半固態(tài)鋰電池（電芯中固態(tài)電解質(zhì)含量90%—95%）通過減少液態(tài)電解質(zhì)含量、增加固態(tài)電解質(zhì)涂覆的方式，兼具安全性、能量密度和經(jīng)濟性，現(xiàn)已具備量產(chǎn)條件；準(zhǔn)固態(tài)鋰電池電芯中固態(tài)電解質(zhì)占比進一步加大（固態(tài)電解質(zhì)含量通常在95%以上），是半固態(tài)鋰電池向全固態(tài)電池過渡的階段；全固態(tài)鋰電池電芯則全部由固態(tài)電極和固態(tài)電解質(zhì)材料構(gòu)成。

總體而言，現(xiàn)階段固態(tài)鋰電池包含部分液態(tài)電解質(zhì)，技術(shù)路徑從固液混合電池向全固態(tài)電池漸進發(fā)展。與主流液態(tài)鋰電池相比，固態(tài)鋰電池具備兩大優(yōu)勢，使其成為主流。一方面多數(shù)固態(tài)電解質(zhì)材料具有不可燃的特性（如氧化物固態(tài)電解質(zhì)熱穩(wěn)定性高達1000 度），無腐蝕、不揮發(fā)且不存在漏液問題從而實現(xiàn)高安全性；另一方面，固態(tài)電池可匹配高能正極和金屬鋰負極，大幅提升理論能量密度。

1、發(fā)展歷程：

固態(tài)鋰離子電池發(fā)展歷程主要分為發(fā)展萌芽階段（1972—1999年）、初期發(fā)展階段（2000-2016）、快速發(fā)展階段（2017年至今）。自1972年采用Li1為電解質(zhì)的固態(tài)鋰離子電池以來，具有高離子導(dǎo)電率的固態(tài)電解質(zhì)陸續(xù)問世，多種氧化物、硫化物及聚合物固態(tài)電解質(zhì)材料被相繼提出；2000年后，固態(tài)電池的研發(fā)與實驗發(fā)展逐漸加速，全球多家公司宣布啟動固態(tài)電池的研發(fā)計劃；2017年玻璃狀介質(zhì)技術(shù)的提出標(biāo)志著固態(tài)電池第一階段的研發(fā)已經(jīng)完成，2022年衛(wèi)藍新能源啟動20GWh固態(tài)電池生產(chǎn)線項目構(gòu)建，標(biāo)志著我國固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化進程的進一步提速。放眼未來，相關(guān)廠商未來研究方向?qū)⒅�眼于克服固態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率低、固－固界面的接觸穩(wěn)定性、空間電荷層對離子傳輸?shù)挠绊�、充放電時體積膨脹影響電池安全性能、金屬鋰負極應(yīng)用困難、成本較高等問題。

2、發(fā)展環(huán)境

政策紅利持續(xù)釋放，推動固態(tài)鋰電池市場繁榮發(fā)展

早在1987年，固態(tài)鋰電池便被中國科技部列入“863”計劃重大專題，近年來，國家層面圍繞著固態(tài)鋰電池頂層設(shè)計的政策密集出臺，鼓勵和規(guī)范著行業(yè)健康有序發(fā)展。2015年和2017年發(fā)布的《中國制造2025》和《促進汽車動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動方案》均提出建立和健全富鋰層氧化物正極材料/硅基合金體系鋰離子電池、全固態(tài)鋰離子電池、金屬空氣電池、鋰硫電池等下一代鋰離子動力電池和新體系動力電池的產(chǎn)業(yè)鏈，推動固態(tài)電池能力密度達500Wh/kg ；2020年起，國務(wù)院發(fā)布的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃 （2021—2035年）》首次將固態(tài)電池列入行業(yè)重點發(fā)展對象并提出加快研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化進程；2022年下半年以來，固態(tài)電池先后兩次獲工信部、科技部、能源局等多部門聯(lián)合點名認(rèn)可，提出加快研發(fā)固態(tài)電池儲能技術(shù)，加強固態(tài)電池標(biāo)準(zhǔn)體系研究工作，強化應(yīng)用領(lǐng)域的支持和引導(dǎo)，奠定了固態(tài)電池在現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)中的定位。

新能源汽車產(chǎn)業(yè)的火熱，帶動固態(tài)電池行業(yè)需求快速擴容

根據(jù)EV Sales數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2012-2022 年全球新能源汽車銷量從12.5 萬輛增長至1052.2萬輛，CAGR 55.4%，滲透率從0.2%提升至13%。終端銷量的強勁增長帶動全球動力電池裝機量快速攀升，全球裝機規(guī)模由2015年的15GWh攀升至2022年的517.9GWh。隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，對動力電池的安全性和能量密度提出更高要求，在液態(tài)鋰電池性能逐漸達到上限的情況下，研發(fā)和應(yīng)用具備更高能量密度的固態(tài)鋰電池在行業(yè)內(nèi)達成了共識。

傳統(tǒng)企業(yè)與新興企業(yè)同臺競技，推動固態(tài)電池研發(fā)進程加速

國家重點研發(fā)計劃支持不斷，我國固態(tài)電池研發(fā)技術(shù)成果突飛猛進，不僅涌現(xiàn)出衛(wèi)藍新能源、清陶能源等將固態(tài)電池的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化作為主營業(yè)務(wù)的企業(yè)，而傳統(tǒng)鋰離子電池企業(yè)如贛鋒鋰業(yè)、寧德時代同樣進軍固態(tài)電池相關(guān)業(yè)務(wù)，各家企業(yè)不斷加大對固態(tài)電池研究的投入，同時蔚來汽車等新能源車企均開始在產(chǎn)品端導(dǎo)入固態(tài)電池車型，推動固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化進程加速。根據(jù)國家知識產(chǎn)權(quán)局?jǐn)?shù)據(jù)，我國關(guān)于固態(tài)電池的專利申請保持上升勢頭，由2013年的10項專利申請增加至2021年的305項專利申請，年均復(fù)合增長率高達53.3%。

3、發(fā)展現(xiàn)狀

產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)：由上游原材料和設(shè)備、中游電芯材料制造和固態(tài)電池制造、下游應(yīng)用市場三部分組成

產(chǎn)業(yè)鏈上游為原材料和設(shè)備。

固態(tài)電池的主要原料礦產(chǎn)有鋰、鈷、鎳、錳、磷、硫等，這些礦產(chǎn)的儲量和分布對固態(tài)電池的成本和供應(yīng)有重要影響，中國是全球最大的鋰礦資源消費國，但是鋰資源儲量較少，主要依賴進口，同時鈷、鎳等資源也存在供應(yīng)不足的風(fēng)險；固態(tài)電池的生產(chǎn)設(shè)備主要有攪拌機、疊片機、涂布機、注液機、切分機、混合設(shè)備、卷燒機等，此類生產(chǎn)設(shè)備相比液態(tài)鋰電池生產(chǎn)設(shè)備而言需要更高的精度和穩(wěn)定性，目前已基本實現(xiàn)國產(chǎn)化，行業(yè)毛利率在30%—35%。

產(chǎn)業(yè)鏈中游包括電芯材料和固態(tài)電池制造兩大環(huán)節(jié)。

（1）固態(tài)電池/半固態(tài)電池的電芯材料可部分沿用現(xiàn)有液態(tài)鋰電池材料體系，但在負極材料和隔膜方面會造成一定的沖擊。正極材料來看，半固態(tài)電池可以與現(xiàn)有液態(tài)鋰電池所用的正極體系（如磷酸鐵鋰、三元、錳酸鋰、鈷酸鋰等）進行匹配，全固態(tài)電解質(zhì)能夠兼容當(dāng)前的正極材料體系，同時可匹配高電壓的正極材料（如富鋰錳基等）；負極材料來看，半固態(tài)電池可以與現(xiàn)有液態(tài)鋰電池所用的負極體系（石墨系、鈦酸鋰、硅碳系等）進行匹配，但固態(tài)電解質(zhì)納米化包覆還存在較多技術(shù)壁壘，而全固態(tài)電池由于不存在液態(tài)電解質(zhì)，金屬鋰有望成為主流負極材料；隔膜材料來看，半固態(tài)電池同樣可以沿用當(dāng)前隔膜材料體系，同時可采用固態(tài)電解質(zhì)包被隔膜，而全固態(tài)電解質(zhì)可能會取消隔膜。

（2）固態(tài)電池制造包括聚合物、氧化物、硫化物和鹵化物四種體系，其中鹵化物電解質(zhì)雖然具備低成本、環(huán)境友好、正極穩(wěn)定性等優(yōu)勢，但其離子電導(dǎo)率、正極材料兼容性、空氣/潮濕環(huán)境穩(wěn)定性等問題還有待進一步改善，因此該路線參與者較少，市場主要聚焦于聚合物、氧化物、硫化物三種路線。

氧化物體系：采用氧化物作為主要固態(tài)電解質(zhì)，包括石榴石型電解質(zhì)、鈣鈦礦型電解質(zhì)、NASICON型電解質(zhì)、LIPON型電解質(zhì)四類，具有熱穩(wěn)定性強、電化學(xué)穩(wěn)定性強、機械性能好等特點，同時具備較高的離子電導(dǎo)率和較低的研發(fā)成本，現(xiàn)階段研究熱點在于提高室溫離子電導(dǎo)率及其和電極的相容性。目前國內(nèi)眾多頭部固態(tài)電池公司如北京衛(wèi)藍、江蘇清陶、臺灣輝能都是以氧化物材料為基礎(chǔ)的固液混合技術(shù)路線為主。

硫化物體系：硫化物電解質(zhì)如硫化鋰、硫化磷需要進行高壓下的化合，制備難度和成本較高，但其電導(dǎo)率極高的同時具有優(yōu)良的機械性能，現(xiàn)階段研究熱點在于提高電解質(zhì)穩(wěn)定性，降低生產(chǎn)成本、元素摻雜發(fā)揮各元素協(xié)同作用等。目前硫化物體系的主要參與企業(yè)和機構(gòu)主要集中在日韓及美國，國內(nèi)企業(yè)以寧德時代為代表。

聚合物體系：由于聚合物體系和傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池接近，可利用現(xiàn)有設(shè)備通過改造進行生產(chǎn)，具有工藝簡單、成本較低等優(yōu)勢，但由于離子電導(dǎo)率、能量密度較低且高電壓正負極材料兼容性不好，因此應(yīng)用領(lǐng)域有限。目前聚合物體系的主要參與企業(yè)和機構(gòu)主要集中在歐美國家。

固態(tài)電池下游應(yīng)用領(lǐng)域主要包括消費電子、儲能、新能源車。

（1）消費電子：固態(tài)電池現(xiàn)已率先作為高安全便攜式電源于可穿戴設(shè)備、無人機等對安全性要求較高、成本敏感度較低的消費電子產(chǎn)品上實現(xiàn)應(yīng)用。例如，輝能科技已搭建40MWh半固態(tài)電池產(chǎn)線、衛(wèi)藍新能源已搭建200MWh半固態(tài)產(chǎn)線用于無人機等消費電子中。

（2）儲能：固態(tài)電池符合儲能電池高安全、高能量密度的要求，但循環(huán)壽命、性價比受限，當(dāng)前應(yīng)用以示范性儲能項目為主，需技術(shù)突破、成本降低后才可實現(xiàn)廣泛的商業(yè)化應(yīng)用。

（3）新能源汽車：作為最主要的下游應(yīng)用市場，固態(tài)電池為新能源汽車提供高安全性和強續(xù)航能力，并有利于打造高電壓平臺、更高效的CTC技術(shù)和熱管理系統(tǒng)�，F(xiàn)階段中國頭部車企通過自研或與電池企業(yè)密切合作的方式共同推進固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化進程。

4、發(fā)展趨勢與展望

固態(tài)電池發(fā)展道阻且長，技術(shù)和成本難題亟待攻克

整體來看，目前我國固態(tài)電池行業(yè)正處于起步階段，固體電解質(zhì)材料仍存在離子電導(dǎo)率偏低、固體電解質(zhì)/電極間界面阻抗大、界面相容性較差、充放電過程中的材料體積膨脹收縮導(dǎo)致界面容易分離等問題，從而直接影響電池的低溫性能、快充性能、能量密度與功率密度，制約著行業(yè)進一步發(fā)展，業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為全固態(tài)電池的規(guī)模化量產(chǎn)尚需5-10 年。在此之前，大量車企官宣的半固態(tài)電池預(yù)計搭載時間集中在2024—2026年，屆時有望率先迎來半固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化浪潮，而隨著固態(tài)電池工藝的日趨成熟，技術(shù)和成本難題被逐漸攻克，未來行業(yè)市場規(guī)模有望實現(xiàn)跨越式增長，行業(yè)前景可期。根據(jù)觀研報告數(shù)據(jù)，預(yù)計2030年我國固態(tài)電池出貨量有望突破250GWh，屆時市場空間或?qū)⑦_到200億元。