1.簡介

1.1. 定義

固態(tài)電池指使用固態(tài)電解質(zhì)代替電解液的鋰電池。根據(jù)固態(tài)電解質(zhì)用量的關(guān)系，可以將其細(xì)分為半固態(tài)電池和全固態(tài)電池兩大類：

1） 半固態(tài)電池：電解質(zhì)采用固液混合形態(tài)，電池中液體（電解液）質(zhì)量占比5-10%左右。本質(zhì)上是液態(tài)鋰電池和全固態(tài)電池的折中方案。

2）全固態(tài)電池：完全使用固態(tài)電解質(zhì)代替電解液。

一般將“電池內(nèi)液體質(zhì)量占比10%”作為半固態(tài)電池和液態(tài)電池的分界線。

1.2. 驅(qū)動因素

從液態(tài)電池向固態(tài)電池的轉(zhuǎn)化，從長期來看是電池技術(shù)發(fā)展的大趨勢。推動這一轉(zhuǎn)化的原因主要有安全性、能量密度兩點。我們認(rèn)為車企采用固態(tài)電池替代液態(tài)電池，安全性為短期驅(qū)動因素，能量密度為中長期驅(qū)動因素。

安全性主要包括熱穩(wěn)定性和鋰枝晶兩大問題。1）熱穩(wěn)定性：即隔膜熔化導(dǎo)致正負(fù)極短路的問題。液態(tài)鋰電池隔膜材料PP/PE聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度約為140-160度，經(jīng)過涂覆處理后可提升至160-180度。但超過此溫度后，聚合物會轉(zhuǎn)化為流動態(tài)，導(dǎo)致正負(fù)極直接短路。2）鋰枝晶：即鋰枝晶刺穿隔膜導(dǎo)致電池短路起火的問題。鋰離子在充放電過程中會部分還原，沉積在極片上形成鋰枝晶，鋰枝晶生長到一定程度將刺穿隔膜，導(dǎo)致電池短路起火。

短期來看，安全性是車廠采用半固態(tài)/固態(tài)電池的主要考量因素。液態(tài)鋰電池由于短路起火概率較高，在威脅車內(nèi)乘客安全的同時，也增加了車輛因安全問題召回的概率，為車廠帶來額外成本負(fù)擔(dān)。

能量密度指固態(tài)電池通過引入新型負(fù)極材料（硅基負(fù)極、金屬鋰負(fù)極）及正極材料（鎳錳氧LNMO，層狀富鋰錳等）實現(xiàn)能量密度提高。目前應(yīng)用高鎳三元 硅碳負(fù)極的液態(tài)電池（例如4680）能量密度約為300wh/kg，但固態(tài)電池在應(yīng)用新型材料后，能量密度可提升至500wh/kg以上。但新型材料的電壓較高，超出電解液適配的極限，因此必須配合固態(tài)電解質(zhì)才能應(yīng)用于電池中。

短期來看，能量密度并非車廠的主要考量。目前高能量密度的811/NCA三元正極由于安全性較差、原料價格高等原因，尚未占據(jù)主導(dǎo)地位，因此液態(tài)電池的平均能量密度仍有提升空間。且目前金屬鋰負(fù)極等新材料仍有較多技術(shù)問題尚未解決，我們預(yù)計第一代半固態(tài)/固態(tài)動力電池仍將采用現(xiàn)有的三元 石墨（或硅碳）材料體系。

需要注意的是，安全性和能量密度之間也存在聯(lián)系，例如應(yīng)用金屬鋰負(fù)極后，鋰枝晶問題更加嚴(yán)重，對電池安全性也提出更高的要求。

1.3. 技術(shù)迭代路徑

從液態(tài)電池到固態(tài)電池的技術(shù)迭代路徑大致遵循“固態(tài)電解質(zhì)-->新型負(fù)極-->新型正極”的順序，如下表所示：

Step 1: 引入固態(tài)電解質(zhì)，保留少量電解液，正負(fù)極仍為三元 石墨（或硅碳），但可能采用負(fù)極預(yù)鋰化技術(shù)提高能量密度。

Step 2: 用固態(tài)電解質(zhì)完全取代電解液，正負(fù)極仍為三元 石墨（或硅碳），但可能采用負(fù)極預(yù)鋰化技術(shù)提高能量密度。

Step 3: 在Step 2的基礎(chǔ)上，用金屬鋰取代石墨負(fù)極，正極仍為三元材料。

Step 4: 在Step 3的基礎(chǔ)上，用硫化物/層狀碳/層狀富鋰錳等材料取代正極。

表：固態(tài)電池技術(shù)迭代路徑

圖：不同階段固態(tài)電池技術(shù)示意

2. 和液態(tài)電池的比較

2.1. 結(jié)構(gòu)方面

和液態(tài)電池相比，半固態(tài)/固態(tài)電池最大的特點在于引入了固態(tài)電解質(zhì)。以取代現(xiàn)有的電解液 隔膜的電池構(gòu)成。但半固態(tài)電池和固態(tài)電池的結(jié)構(gòu)又有所不同：

半固態(tài)電池：保留部分電解液和隔膜結(jié)構(gòu)。半固態(tài)電池出于提高導(dǎo)電能力的需求，在加入固態(tài)電解質(zhì)的同時，仍保留了少量電解液，也因此需要隔膜作為分隔正負(fù)極的結(jié)構(gòu)。另外根據(jù)不同的技術(shù)路線，固態(tài)電解質(zhì)也有顆粒狀和膜狀等多種結(jié)構(gòu)。

全固態(tài)電池：不保留電解液，隔膜不確定。在全固態(tài)電池中，電解液將被固態(tài)電解質(zhì)完全替代。隔膜是否被替代，要視不同技術(shù)路線而定。在一些固態(tài)電池技術(shù)方案中，隔膜被保留作為支撐極片的架構(gòu)；而另外一些方案中，隔膜則被完全取消。

圖：固態(tài)、液態(tài)鋰電池對比

半固態(tài)、固態(tài)電池對電池各類主材及輔材需求的影響如下：

1.電解液：短期需求將有所抑制，長期將被顯著替代，更換為固態(tài)電解質(zhì)。短期來看，我們預(yù)計半固態(tài)電池商業(yè)化應(yīng)用的概率更大，因此電解液仍將有一定的應(yīng)用；但長期（5年以上）隨著全固態(tài)電池的滲透率提升，電解液將被顯著替代。

2.隔膜：短期不會被替代，長期視主流技術(shù)路線而定。短期來看，在半固態(tài)電池率先產(chǎn)業(yè)化的前提下，隔膜仍是電池至關(guān)重要的核心材料。長期來看，隨著全固態(tài)電池的普及，隔膜是否被取代要看哪種技術(shù)路線占優(yōu)。

3.三元/石墨正負(fù)極：短期替代效應(yīng)不大，長期將被取代。現(xiàn)有的三元/石墨正負(fù)極結(jié)構(gòu)可兼容固液混合/固態(tài)電解質(zhì)結(jié)構(gòu)，鑒于正負(fù)極新型材料應(yīng)用仍需時間，三元/石墨正負(fù)極仍將有廣泛應(yīng)用。長期來看，其將被金屬鋰/層狀富鋰錳等取代。

4.結(jié)構(gòu)件：固態(tài)電池封裝技術(shù)以軟包為主，方形、圓柱構(gòu)型較為少見，對結(jié)構(gòu)件的需求不大，但會增加鋁塑膜的需求。

5.銅箔、鋁箔：和正負(fù)極的更新?lián)Q代保持一致。

6.導(dǎo)電劑等輔材：會更新?lián)Q代，但不會被替代。

2.2. 優(yōu)劣勢

2.2.1. 優(yōu)勢：

1.能量密度：固態(tài)電池能量密度相較液態(tài)電池是否有提升，要視不同的正負(fù)極材料而定。

1）我們預(yù)計第一代固態(tài)電池由于繼續(xù)采用傳統(tǒng)三元/石墨正負(fù)極材料，其能量密度相較液態(tài)電池提升并不顯著。由于固體密度大于液體，若用同等體積的固態(tài)電解質(zhì)取代電解液，電池的重量將會增加，導(dǎo)致以重量計算的電池能量密度(wh/kg)下降。而短期內(nèi)，由于金屬鋰等材料實用化仍面臨較大瓶頸，首代固態(tài)電池仍會采用三元/石墨正負(fù)極材料。雖然可以配合負(fù)極預(yù)鋰化等技術(shù)提升一定的能量密度，但和電解質(zhì)增重后的能量密度降低相對沖，總體能量密度提升幅度較小。2）后續(xù)固態(tài)電池由于采用新型正負(fù)極材料，能量密度將有顯著提升。隨著金屬鋰、層狀富鋰錳、硫化物正極等新型材料的應(yīng)用，固態(tài)電池的能量密度將顯著突破液態(tài)電池300wh/kg能量密度的上限。

2.安全性：半固態(tài)/全固態(tài)電池采用固態(tài)電解質(zhì)，安全性相較液態(tài)電池顯著提升，其中全固態(tài)電池的安全性更高。

1）鋰枝晶方面，固態(tài)電解質(zhì)可抑制鋰枝晶生長速度，且鋰枝晶較難穿透固態(tài)電解質(zhì)造成正負(fù)極短路；2）可燃性方面，固態(tài)電解質(zhì)的燃點高于電解液，電池不易起火；3）熱穩(wěn)定性方面，不同成分的固態(tài)電解質(zhì)耐熱極限差異較大（400度-1800度不等），但均顯著高于液態(tài)電池隔膜的耐熱極限（160度）。半固態(tài)電池由于保留少量電解液，安全性稍差于全固態(tài)電池，但仍舊大幅優(yōu)于液態(tài)電池。

2.2.2. 劣勢：

性能：全固態(tài)電池由于固態(tài)電解質(zhì)導(dǎo)電率差，電極和電解質(zhì)界面接觸不良，使得內(nèi)阻較大，循環(huán)性能及倍率性能差。半固態(tài)電池由于保留電解液，上述性能相較固態(tài)電池稍好一些。1）導(dǎo)電率上，現(xiàn)有的固態(tài)電解質(zhì)導(dǎo)電率（即鋰離子遷移速率）相較液態(tài)電解質(zhì)低1-2個數(shù)量級，電導(dǎo)率低導(dǎo)致電池內(nèi)阻大。2）界面接觸上，固態(tài)電池面臨固-固界面接觸難題：電極材料會隨著充放電過程膨脹及收縮，液態(tài)電池由于電極材料浸潤在電解液中，二者可長期保持穩(wěn)定接觸；而固態(tài)電池隨著正負(fù)極膨脹收縮，容易和電解質(zhì)顆粒之間產(chǎn)生縫隙，導(dǎo)致界面接觸變差，長期充電循環(huán)會加大固態(tài)電解質(zhì)破裂或和電極分離的可能。半固態(tài)電池由于保留少量電解液，可以部分彌補導(dǎo)電率低、界面接觸差的問題。

其他技術(shù)問題：鋰枝晶可能會折斷，導(dǎo)致“死鋰”情況發(fā)生，降低電池容量；金屬鋰循環(huán)過程中出現(xiàn)多孔，體積無限膨脹。

成本：電解質(zhì)成本顯著高于現(xiàn)有電解液，顯著提高半固態(tài)/固態(tài)電池成本。【核心在于找出半固態(tài)電解質(zhì)的成本】

3. 技術(shù)路線

3.1. 電解質(zhì)

按照電解質(zhì)化學(xué)成分劃分，固態(tài)電池可分為聚合物、氧化物、硫化物電解質(zhì)三種類型。

1）聚合物電解質(zhì)：易加工，耐受高電壓，制備成本低，技術(shù)較成熟，已實現(xiàn)小規(guī)模量產(chǎn)，產(chǎn)品性能與電解液類似。但離子電導(dǎo)率和循環(huán)壽命有待提高，界面電阻高，容易脆裂。

2）氧化物電解質(zhì)：導(dǎo)電率高于聚合物，耐受高電壓，但界面電阻高，固-固接觸會持續(xù)變差，且對空氣較敏感。布局企業(yè)包括清陶、衛(wèi)藍(lán)、輝能、贛鋒、寧德等。

3）硫化物電解質(zhì)：導(dǎo)電率和能量密度最高，接觸性好，且容易加工。但溫度范圍較窄（60-85°C）。布局企業(yè)包括松下、三星；寧德、清陶，SolidPower等。

圖：全固態(tài)電池電解質(zhì)技術(shù)路線

3.2. 正負(fù)極

正極：目前半固態(tài)電池正極以三元高鎳為主，全固態(tài)電池以氧化物正極作為主要路線，未來工藝成熟后，可能切換到尖晶石。

負(fù)極：短期內(nèi)以石墨負(fù)極和硅碳負(fù)極為主，長期有望切換至金屬鋰。

圖：固態(tài)電池正負(fù)極種類

4. 制造工藝

4.1. 半固態(tài)電池

半固態(tài)電池仍需要電解液，其制造工藝和液態(tài)電池相差不大。不同的地方在于混漿，以及負(fù)極預(yù)鋰化，原位固態(tài)化（將部分電解液轉(zhuǎn)化為固態(tài)電解質(zhì)）幾個環(huán)節(jié)。

圖：衛(wèi)藍(lán)新能源半固態(tài)電池制備工藝

4.2. 全固態(tài)電池

4.2.1. 成膜工藝

固體電解質(zhì)的成膜工藝是全固態(tài)電池制造的核心。不同的工藝會影響固體電解質(zhì)膜的厚度和離子電導(dǎo)率，固體電解質(zhì)膜過厚會降低全固態(tài)電池的質(zhì)量能量密度和體積能量密度，同時也會提高電池的內(nèi)阻；固體電解質(zhì)膜過薄機械性能會變差，有可能引起短路。

成膜工藝可分為濕法工藝、干法工藝和氣相沉積工藝三種。

濕法工藝操作簡單，工藝成熟，易于規(guī)?；a(chǎn)，但成本高，且采用的溶劑可能具有毒性，殘留的溶劑會降低固體電解質(zhì)膜的離子電導(dǎo)率。按照載體不同，濕法工藝可分為模具支撐成膜、正極支撐成膜以及骨架支撐成膜。模具支撐成膜常被用于制備聚合物電解質(zhì)膜及復(fù)合電解質(zhì)膜，將固體電解質(zhì)溶液傾倒在模具上，隨后蒸發(fā)溶劑，從而獲得固體電解質(zhì)膜，通過調(diào)節(jié)溶液的體積和濃度來控制膜的厚度。正極支撐成膜常用于無機電解質(zhì)膜及復(fù)合電解質(zhì)膜的制備，將固體電解質(zhì)溶液直接澆在正極表面，蒸發(fā)掉溶劑后，在正極表面形成固體電解質(zhì)膜。與模具支撐相比，正極支撐可以獲得更薄的固體電解質(zhì)膜和更好的界面接觸。骨架支撐成膜常用于復(fù)合電解質(zhì)膜的制備，將固體電解質(zhì)溶液注入骨架中，蒸發(fā)掉溶劑后，形成具有骨架支撐的固體電解質(zhì)膜。

圖：制備工藝

干法工藝不需采用溶劑，成本低，成品膜電導(dǎo)率高，但成膜厚度偏大。干法工藝將固體電解質(zhì)與聚合物粘結(jié)劑分散成高粘度混合物，然后對其施加足夠的壓力使其成膜。干法工藝的優(yōu)點是不采用溶劑，成膜無溶劑殘留，離子電導(dǎo)率高，直接將固體電解質(zhì)和粘結(jié)劑混合成膜，不需要烘干；成本低。干法工藝的缺點是形成的固體電解質(zhì)膜通常厚度偏大，會降低全固態(tài)電池的能量密度。

氣相沉積法成本較高，應(yīng)用較窄。氣相法包括化學(xué)氣相沉積，物理氣相沉積，電化學(xué)氣相沉積和真空濺射沉積等固體電解質(zhì)膜制備工藝。這些方法是在電極上形成超薄電解質(zhì)膜。氣相方法的成本較高，只適用于薄膜型全固態(tài)電池。

4.2.2. 裝配工藝

固態(tài)電池通常采用軟包的方式集成?？砂凑詹闷c疊片的先后順序?qū)B片工藝分為分段疊片和一體化疊片。

分段疊片（圖a）沿用液態(tài)電池疊片工藝，將正極、固體電解質(zhì)層和負(fù)極裁切成指定尺寸后按順序依次疊片后進行包裝；

一體化疊片（圖b）是在裁切前將正極，固體電解質(zhì)膜和負(fù)極壓延成3層結(jié)構(gòu)，按尺寸需求將該3層結(jié)構(gòu)裁切成多個“正極-固體電解質(zhì)膜-負(fù)極”單元，并將其堆疊在一起后進行包裝。

圖：固態(tài)電池疊片工藝

為解決界面接觸問題，對于聚合物全固態(tài)電池，可以通過加熱解決聚合物電解質(zhì)膜同正負(fù)極間的界面電阻；對于氧化物和硫化物電解質(zhì)膜，則需要進行壓制處理改善固體電解質(zhì)與電極之間的機械接觸。

4.3. 不同技術(shù)路線固態(tài)電池制備工藝比較

聚合物全固態(tài)鋰電池制備工藝的特點是通過干法和濕法工藝均可制備復(fù)合固態(tài)正極和聚合物電解質(zhì)層；電池組裝通過電極與電解質(zhì)間的卷對卷復(fù)合實現(xiàn)；干法和濕法都非常成熟，都易于制備大電芯；易于制備出雙極內(nèi)串電芯。其問題是成膜均一性難以控制；難以兼容高電壓正極材料，導(dǎo)致能量密度不高；受醚類聚合物電解質(zhì)材料限制，電池往往在高溫下才能工作。

薄膜全固態(tài)電池的正極集流體、正極、LIPON、負(fù)極集流體、金屬鋰負(fù)極、外包裝保護層均通過真空鍍膜技術(shù)制備，成本不低，詳見4.2.1節(jié)。

硫化物全固態(tài)鋰電池干法工藝的特點是節(jié)省去溶劑工藝制備成本及節(jié)約制備周期；無其他物質(zhì)（溶劑）對電解質(zhì)的影響；干法電池性能更穩(wěn)定。其問題是制備大容量電池困難；電解質(zhì)層厚度較厚，阻抗較高；粉末壓實需要較高平壓壓強（10t/cm2）。

氧化物全固態(tài)鋰電池的制備過程是正極和固態(tài)電池電解質(zhì)材料的制備通過球磨的方式分別進行；使用高頻濺射法，將固態(tài)電池濺射到正極材料表面；將復(fù)合好的正極-電解質(zhì)材料進行高溫?zé)Y(jié)；通過電子束蒸發(fā)法將負(fù)極分布到電解質(zhì)材料上。

5. 產(chǎn)業(yè)端發(fā)展情況

5.1. 電池供應(yīng)商

目前國內(nèi)的半固態(tài)電池開發(fā)商主要有衛(wèi)藍(lán)新能源、贛鋒鋰業(yè)、孚能科技、國軒高科、清淘能源幾家，均已實現(xiàn)半固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化。下表為各公司產(chǎn)品簡要對比：

圖：主要半固態(tài)電池廠商產(chǎn)品對比

5.1.1. 衛(wèi)藍(lán)新能源

概況：公司背靠中科院物理所，是物理所在固態(tài)電池領(lǐng)域的唯一產(chǎn)業(yè)化平臺。

競爭優(yōu)勢：

1）與物理所合作（全固態(tài)電池這塊有40多年的技術(shù)積累），繼承核心專利

2）掌握原位固化技術(shù)等八大核心技術(shù)，縮短上線時間，壓縮成本（公司和國內(nèi)幾家公司相比最核心的不同，在于用原位固態(tài)化的技術(shù)來施行固液和全固態(tài)電池的開發(fā)）；

圖：衛(wèi)藍(lán)新能源核心技術(shù)

3）研發(fā)投入大，處于國內(nèi)領(lǐng)先地位；

4）提前布局專利，防范未來風(fēng)險 (截止21年7月，相關(guān)專利200多項，21年突破300項，國際專利目前申請完4項，正在申請3項)；

5) 產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟廣泛，平臺客戶多

圖：衛(wèi)藍(lán)新能源電池性能

產(chǎn)能：目前公司已經(jīng)規(guī)劃了北京房山、江蘇溧陽、浙江湖州和山東淄博4大生產(chǎn)基地。

1）山東淄博基地：22年2月開工建設(shè)，項目一期投資102億元，規(guī)劃年產(chǎn)能20GWh。

2）浙江湖州基地：21年10月啟動湖州基地車規(guī)級固態(tài)動力電芯產(chǎn)業(yè)化工程項目建設(shè)，產(chǎn)能2GWh，22年6月全面建成投產(chǎn)，22年11月基地正式下線第一顆固態(tài)動力電芯；22年11月湖州基地簽約20GWh固態(tài)電池項目，總投資139億，項目達(dá)產(chǎn)后預(yù)計實現(xiàn)年銷售收入200億元。

3）房山基地：規(guī)劃產(chǎn)能8GWh，預(yù)計23年建成。

4）江蘇溧陽基地：21年7月已建成0.2GWh產(chǎn)能（中試線）

圖：衛(wèi)藍(lán)新能源研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化布局（截止22年1月，部分?jǐn)?shù)據(jù)已更新）

來源：衛(wèi)藍(lán)新能源交流會

產(chǎn)品：衛(wèi)藍(lán)新能源已經(jīng)開發(fā)了150Wh/kg的針對大規(guī)模儲能的本質(zhì)安全的固液混合儲能電池、270Wh/kg針對無人機的高比能混合固液電池、300Wh/kg混合固液的動力電池。22年推出350wh/kg以上的半固態(tài)電池產(chǎn)品，24~25年會推出400wh-500wh的產(chǎn)品。

圖：衛(wèi)藍(lán)新能源電池開發(fā)技術(shù)路線

來源：衛(wèi)藍(lán)新能源交流會

成本：電解質(zhì)300元/公斤，氧化物電解質(zhì)厚度10um左右，如果能實現(xiàn)10GWh產(chǎn)能，制造成本可以和液態(tài)電池持平。

上下游布局：

1）公司目前專注電芯制造：不涉及上下游材料產(chǎn)業(yè)鏈。pack需交給第三方廠商完成（例如蔚來ET7配套的半固態(tài)電池由國軒進行pack）

2）產(chǎn)業(yè)鏈合作：

21年11月，恩捷、北京衛(wèi)藍(lán)、天目先導(dǎo)攜手共建固態(tài)電解質(zhì)涂層隔膜項目，總投資13億元。

22年4月，與容百科技簽訂協(xié)議，計劃在全/半固態(tài)電池和材料領(lǐng)域展開全面深度合作的同時，還與容百科技約定三年購入不低于3萬噸的固態(tài)鋰電正極材料訂單。

22年8月，與天齊鋰業(yè)共同投資成立天齊衛(wèi)藍(lán)固鋰新材料，經(jīng)營范圍包括電池回收及梯次利用、電子專用材料銷售研發(fā)、資源再生利用技術(shù)研發(fā)等。

產(chǎn)品：NIO 150KWh電池包：蔚來汽車在1月9日的2020蔚來日（NIO Day 2020）發(fā)布會上，發(fā)布了由衛(wèi)藍(lán)新能源研制的150KWh半固態(tài)電池包，并宣稱其能量密度可達(dá)360Wh/kg，搭載該電池包的ET7車型可實現(xiàn)1000km 的續(xù)航。衛(wèi)藍(lán)新能源創(chuàng)始人曾于22年3月表示，該款電池包預(yù)計于22年末或23年上半年量產(chǎn)。該款半固態(tài)電池包的核心創(chuàng)新點為采用原位固化(in-situ solidification)技術(shù)，通過在電池內(nèi)部加入液態(tài)電解液，進行加熱后，一部分和極片接觸緊密的電解液轉(zhuǎn)化為固態(tài)電解質(zhì)，和隔膜構(gòu)成“正極/固態(tài)電解質(zhì)/隔膜/固態(tài)電解質(zhì)/負(fù)極”的結(jié)構(gòu)。原位固化技術(shù)使得固態(tài)電解質(zhì)能和正負(fù)極顆粒緊密結(jié)合，改善正負(fù)極界面性能。隔膜仍是該電池的關(guān)鍵材料，且電解液用量不變。為提升能量密度，該款電池還采用納米包覆高鎳正極，以及無機預(yù)鋰化技術(shù)的硅碳負(fù)極。倍率性能方面，該款電池可以實現(xiàn)3C的連續(xù)放電，最大放電倍率可達(dá)到7C。

評價：NIO 150KWh電池包仍屬于半固態(tài)電池的范疇，仍需使用電解液和隔膜。其核心創(chuàng)新點為原位固化技術(shù)形成的固態(tài)電解質(zhì)，相比初級半固態(tài)電池改善了界面層接觸性能和熱穩(wěn)定性、安全性。但成本相較液態(tài)電池應(yīng)有顯著增加，且不具備高技術(shù)壁壘（頭部電池企業(yè)基本已掌握納米包覆高鎳正極及無機預(yù)鋰化等技術(shù)）。

5.1.2. 贛鋒鋰業(yè)

研發(fā)主體：贛鋒鋰業(yè)的固態(tài)電池研發(fā)主要通過下屬子公司——江西贛鋒鋰電有限公司進行。

技術(shù)路線：

1）半固態(tài)電池：目前已完成兩代的產(chǎn)品開發(fā)。采用氧化物電解質(zhì)，一代產(chǎn)品能量密度235-280Wh/kg,能量密度提升不顯著，但安全性增加；二代產(chǎn)品采用高鎳三元正極 含金屬鋰負(fù)極的材料，能量密度達(dá)400Wh/kg，循環(huán)次數(shù)400 （紀(jì)要數(shù)據(jù)600 ）；此外能量密度超過420Wh/kg的金屬鋰負(fù)極固態(tài)電芯已在特殊領(lǐng)域應(yīng)用。

2）全固態(tài)電池：采用硫化物體系，技術(shù)尚不成熟，預(yù)計5-6年后量產(chǎn)。

*公司21年報提到正進行”高安全長壽命LFP-Li固態(tài)電池開發(fā)“，可能也在探索鐵鋰 固態(tài)電解質(zhì)的方案？但并未查到其他公開資料。

專利儲備：公司在固態(tài)電池及相關(guān)材料領(lǐng)域已布局國內(nèi)專利150余項，國際專利5項，獲授權(quán)專利近80項，在國內(nèi)固態(tài)電池排名前列。

產(chǎn)業(yè)化情況：一代半固態(tài)電池已經(jīng)量產(chǎn)（搭載東風(fēng)E70車型）；二代技術(shù)已經(jīng)成熟，2021年一季度完成B樣開發(fā)，2022年一季度完成C樣開發(fā)，預(yù)計2023年一季度完成SOP階段。

產(chǎn)能：

多個基地布局固態(tài)電池產(chǎn)線

1）第一代半固態(tài)電池中試線產(chǎn)能0.3GWh。

2）重慶兩江新區(qū)基地：21公司年報披露在重慶建設(shè)年產(chǎn)10GWh鋰電池產(chǎn)業(yè)園和先進電池研究院項目（研究院針對固態(tài)電池），22年7月該基地開工建設(shè)；22年8月公司公告披露該項目產(chǎn)能擴大至20GWh，預(yù)計24年內(nèi)投產(chǎn)，項目產(chǎn)品包括第二代固態(tài)電池、磷酸鐵鋰電池等。

3）江西基地：一期規(guī)劃產(chǎn)能5GWh，22年1月投產(chǎn)，22年8月公司公告披露該項目產(chǎn)能擴大至10GWh，其中新增5GWh 年產(chǎn)能包括新型鋰電池項目和高比能固液混合鋰動力電池研發(fā)產(chǎn)業(yè)化項目，預(yù)計23年內(nèi)投產(chǎn)。

4）東莞基地：公司23年1月公告稱將在東莞市投資建設(shè)年產(chǎn) 10GWh新型鋰電池及儲能總部項目，項目建設(shè)內(nèi)容包括磷酸鐵鋰、半固態(tài)電芯、輕型動力電池、戶外便攜儲能電源、戶用儲能、工商業(yè)儲能系統(tǒng)等研發(fā)基地及生產(chǎn)線。

5）重慶涪陵高新區(qū)基地：公司23年1月公告稱，將于重慶涪陵建設(shè)年產(chǎn) 24GWh動力電池項目，產(chǎn)品規(guī)劃包括磷酸鐵鋰電池、三元鋰電和固態(tài)電池、BMS電源管理系統(tǒng)開發(fā)、電池研發(fā)及測試中心等

22年規(guī)劃產(chǎn)能：2GWh, 用于第一代固態(tài)電池產(chǎn)品 （22年5月公司在投資者調(diào)研中表示，預(yù)計規(guī)劃的2GWh第一代固態(tài)電池產(chǎn)能在22年逐步釋放）

成本：材料成本比液態(tài)電池減少，因為電解液用量減少 增加的材料價格便宜；制造成本短期較高，長期上規(guī)模后可能下來，但不確定。

上下游布局：目標(biāo)是覆蓋整個電池產(chǎn)業(yè)鏈，實現(xiàn)正負(fù)極、電解質(zhì)的自產(chǎn)。公司2021年擴產(chǎn)7000噸金屬鋰及鋰材料項目，包括金屬鋰冶煉、鋰系列合金、固態(tài)鋰電池負(fù)極材料等生產(chǎn)線。同時年報披露在建宜春贛鋒年產(chǎn)1000 噸固態(tài)電池負(fù)極材料項目，產(chǎn)業(yè)鏈布局使得公司內(nèi)部可以形成很好的固態(tài)電池技術(shù)的生態(tài)鏈。

合作客戶：主要是東風(fēng)汽車。二者從2018年開始共同開發(fā)半固態(tài)電池，2022年1月首批搭載半固態(tài)電池的50輛東風(fēng)E70車型實現(xiàn)交付，將作為示范運營車輛開展運營。

戰(zhàn)略合作：

1）與東風(fēng)汽車：2021年7月，贛鋒鋰電就與東風(fēng)公司技術(shù)中心簽約，雙方就固態(tài)電池示范運營合作進行洽談，并簽訂固態(tài)電池E70車型示范推廣協(xié)議。

2）與廣汽埃安：2022 年 8 月，公司與廣汽埃安簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議，廣汽埃安承諾支持公司在新型電池領(lǐng)域（如

固態(tài)電池）的開發(fā)工作。

圖：贛鋒鋰業(yè)固態(tài)電池開發(fā)歷史

來源：鋰電產(chǎn)業(yè)通

產(chǎn)品：東風(fēng)E70固態(tài)電池系統(tǒng)，續(xù)航里程500km 。模組采用鋁合金框架 上下高精度拼縫激光焊接技術(shù)，減少冗余結(jié)構(gòu)設(shè)計，提升整體成組率至86%以上，領(lǐng)先于軟包模組行業(yè)平均水平。

圖：東風(fēng)E70固態(tài)電池模組

來源：鋰電產(chǎn)業(yè)通

5.1.3. 孚能科技

技術(shù)路線：

1）半固態(tài)電池：第一代產(chǎn)品：引入半固態(tài)凝膠電解質(zhì)，顯著降低針刺過程電池溫度，可通過100%SOC刺穿測試。此外循環(huán)壽命顯著提升（常溫循環(huán)可達(dá)2000次，容量保持率85%以上，同等條件下普通液態(tài)電池循環(huán)1200次，容量保持率只在80%左右）。第二代產(chǎn)品：將對固態(tài)電解質(zhì)材料和電解質(zhì)膜進行優(yōu)化，優(yōu)化的電解質(zhì)膜成膜性好，200℃無明顯的熱收縮，遇火只冒煙不起火，能通過電芯針刺實驗，同時電池能量密度、高低溫、倍率性能、循環(huán)壽命等性能不受影響。公司還計劃推出第三代半固態(tài)電池產(chǎn)品，但具體性能未透露。

2）全固態(tài)電池：采用硫化物電解質(zhì)，公司未公布具體進度。

第一代產(chǎn)品性能：能量密度330Wh/Kg，高鎳電池達(dá)到了NO TP的安全目標(biāo)，使電池產(chǎn)品同時實現(xiàn)了高安全、高能量密度、快速充電和長循環(huán)；產(chǎn)品充電時間由之前的42min縮短到18min（充70%電量），產(chǎn)品的功率特性與循環(huán)壽命（>3000次）表現(xiàn)優(yōu)異。

產(chǎn)品應(yīng)用：22年9月孚能科技正式推出全新動力電池解決方案——SPS（SuperPouch Solution），包括半固態(tài)電解質(zhì)的大軟包電芯產(chǎn)品，與搭載4680 圓柱電池的車型相比，電池包體積利用率高出 12%，擁有 3 倍循環(huán)壽命，還具備 10 分鐘補能 400km 的快充能力。

產(chǎn)業(yè)化情況：公司第一代半固態(tài)電池22年1月已送樣客戶，獲得了良好反饋，22年9月已量產(chǎn)裝車，第二代半固態(tài)技術(shù)進入產(chǎn)業(yè)化開發(fā)階段。此外，裝備該公司產(chǎn)品的奔馳EQS在歐洲市場也開始接受訂單。公司鎮(zhèn)江一期產(chǎn)線稍加調(diào)整后即可適用于生產(chǎn)未來330Wh/Kg產(chǎn)品。未來公司建設(shè)類似285Wh/Kg產(chǎn)線，從產(chǎn)能爬坡開始到目標(biāo)值至少縮短30%以上時間。

5.1.4. 國軒高科

技術(shù)路線：

1）半固態(tài)電池：22年5月發(fā)布首款半固態(tài)電池產(chǎn)品，尺寸為580mm*120mm*9mm，重量為1341g，容量為136Ah，單體能量密度達(dá)360Wh/kg。同時，400Wh/Kg的三元半固態(tài)電池目前在公司實驗室已有原型樣品。

2）全固態(tài)電池：公司未來還將通過技術(shù)創(chuàng)新落地硅基負(fù)極迭代，鋰金屬負(fù)極和預(yù)鋰技術(shù)，加速液態(tài)電池向半固態(tài)過渡，最終實現(xiàn)全固態(tài)。目前公司尚未研發(fā)出全固態(tài)電池產(chǎn)品，預(yù)計2025年后將生產(chǎn)出能量密度超過800Wh/L、超過400Wh/kg、循環(huán)800次的全固態(tài)電池。

產(chǎn)業(yè)化情況：據(jù)公司公告，公司360Wh/kg高比能半固態(tài)電池通過新國標(biāo)安全測試，已經(jīng)進入產(chǎn)業(yè)化階段，首批電池已獲得某高端新能源汽車企業(yè)的量產(chǎn)定點，配套車型的電池包電量達(dá)160KWh，續(xù)航里程超過1000km。產(chǎn)品22年底實現(xiàn)裝車，預(yù)計23年批量交付。

5.1.5. 寧德時代

技術(shù)路線：以硫化物為主，對于硫化物體系的開發(fā)，寧德時代給出的主要策略包括：改善正極和固態(tài)電解質(zhì)的界面相容性、開發(fā)混合工藝、硫化物的摻雜改性、開展全固態(tài)電池制造工藝（如均勻涂覆、熱壓）等等。

專利儲備：公司研發(fā)固態(tài)電池多年，自2013年起已有相關(guān)專利儲備。

表：寧德時代固態(tài)電池相關(guān)專利

產(chǎn)業(yè)化情況：據(jù)投資者調(diào)研，寧德時代在固態(tài)電池研發(fā)方面深耕多年，目前處于第一梯隊，公司21年5月已經(jīng)可以做出固態(tài)電池樣品，但是距離實現(xiàn)固態(tài)電池商業(yè)化還有很遠(yuǎn)的路要走，寧德預(yù)計固態(tài)電池至少2030年才能實現(xiàn)量產(chǎn)。

5.1.6. 清淘能源

概況：公司以實現(xiàn)固態(tài)鋰電池的產(chǎn)業(yè)化為核心戰(zhàn)略，率先實現(xiàn)了固態(tài)鋰電池的產(chǎn)業(yè)化，建有國內(nèi)首條固態(tài)鋰電池產(chǎn)線和全球首條固態(tài)動力鋰電池規(guī)模化量產(chǎn)線。公司先后獲得了北汽、上汽、廣汽、中銀投和上?？苿?chuàng)等機構(gòu)的戰(zhàn)略投資，目前公司估值超百億，正抓緊籌備登陸科創(chuàng)板。

研發(fā)團隊：清華大學(xué)南策文院士團隊領(lǐng)銜創(chuàng)辦

技術(shù)路線：

1）第一代產(chǎn)品：半固態(tài)（已量產(chǎn)），電解質(zhì)以氧化物為主，體系中含有特殊配置的浸潤液體，正極和負(fù)極材料和目前液態(tài)鋰電池材料類似，目前產(chǎn)線70%的設(shè)備和目前的液態(tài)電池體系是共用的，有30%的設(shè)備是創(chuàng)新設(shè)備。預(yù)估能量密度上限為420Wh/kg。

2）第二代產(chǎn)品：固態(tài)（正在中試），浸潤液的含量降到5%以下，正極材料仍然采用高鎳的材料，同時嘗試高電壓的平臺，負(fù)極材料是含鋰的復(fù)合負(fù)極，與第一代產(chǎn)品較大的差別是沒有中間的隔膜材料，預(yù)計產(chǎn)線設(shè)備中60%為新創(chuàng)設(shè)備。公司總經(jīng)理22年8月表示，第二代產(chǎn)品預(yù)計2年后實現(xiàn)量產(chǎn)。

3）第三代產(chǎn)品：全固態(tài)產(chǎn)品（規(guī)劃中，尚未有實驗室樣品）。這一代產(chǎn)品中間沒有任何的液體，目標(biāo)解決能量密度突破500Wh/kg的問題，正極材料為無鋰或缺鋰，以無機材料為主制備固態(tài)電解質(zhì)。預(yù)計整條產(chǎn)線上除了最后的分溶設(shè)備以外，其他的設(shè)備和目前的液態(tài)電池體系完全不兼容。

成本：

1）第一代產(chǎn)品通過滿負(fù)荷生產(chǎn)和規(guī)模化的應(yīng)用，已經(jīng)做到了和液態(tài)鋰電池成本相當(dāng)。

2）第二代產(chǎn)品，由于制程的大幅縮短，且單體能量密度大幅提升，公司預(yù)計單位成本與液態(tài)電池相比有20%的下降空間。

3）第三代產(chǎn)品：由于完全沒有液體，制程進一步的縮短，公司預(yù)計單位成本與液態(tài)電池相比有40%的下降空間。

產(chǎn)品：已開發(fā)出四大類固態(tài)鋰電池產(chǎn)品，具體如下：

1）高安全便攜式設(shè)備電源，主要應(yīng)用在智能穿戴裝備、兒童電子用品、異形空間等場景；

2）特種環(huán)境安全電源系統(tǒng)，主要應(yīng)用在分布式設(shè)備電源系統(tǒng)、密閉環(huán)境電源系統(tǒng)等場景；

3）電動智能出行安全動力電源，主要應(yīng)用在電動汽車、軌道交通、短途出行工具、特種車輛等場景；

4）輕量化高比能動力電源，主要應(yīng)用在飛行類設(shè)備、高端乘用車等場景。

技術(shù)路徑：

產(chǎn)能：

1）達(dá)產(chǎn)：宜春清陶動力固態(tài)鋰電池項目（一期）投資5.5億元，21年達(dá)產(chǎn)，年產(chǎn)能1GWh。

2）在建：昆山清陶新能源固態(tài)鋰電池產(chǎn)業(yè)化項目22年2月開工，預(yù)計23年5月完成土建施工，23年年內(nèi)投產(chǎn)，建筑面積約28萬平方米，總投資50億元，達(dá)產(chǎn)后預(yù)計新增產(chǎn)值100億元，新增產(chǎn)能10GWh。

戰(zhàn)略合作：公司與當(dāng)升科技、利元亨、翔豐華、上汽、北汽新能源、合眾新能源等多家上下游企業(yè)達(dá)成戰(zhàn)略合作。其中，公司22年7月與上汽集團創(chuàng)新研究開發(fā)總院共同掛牌成立了固態(tài)電池的聯(lián)合實驗室，面向新一代的固態(tài)電池進一步合作開發(fā)。

產(chǎn)業(yè)化情況：

1）乘用車領(lǐng)域：

20年7月搭載清淘固態(tài)電池系統(tǒng)的純電動樣車在北汽新能源完成調(diào)試，成功下線。

搭載清淘固態(tài)動力鋰電池的哪吒U汽車20年下半年于工信部申報

21年初開始與上汽集團聯(lián)合開發(fā)，21年8月實現(xiàn)電池包的交付，21年11月完成實車測試，測試結(jié)果綜合續(xù)航1083公里。電池單體的能量密度368Wh/kg，電池包能量密度255Wh/kg，可量產(chǎn)，實車交付6輛。

2）特種應(yīng)用領(lǐng)域：

大功率應(yīng)用方面，一些特殊的大國重器上需要持續(xù)大電流的放電，通過固態(tài)電池可以減少武器裝備的體積。目前已有實際應(yīng)用。便攜式應(yīng)用方面，在無人機、個人互動裝備等方面已有批量應(yīng)用。儲能方面，固態(tài)電池在儲能應(yīng)用領(lǐng)域最大的核心特點是安全，清陶正在進行滲透和布局。

3）其他領(lǐng)域：21年固態(tài)能量艙產(chǎn)品在金融領(lǐng)域成功推廣，22年8-12月該產(chǎn)品成功交付昆山市第一人民醫(yī)院新院區(qū)（昆山東部醫(yī)療中心）和蘇州昆山奧體中心（昆山足球場）項目。

5.1.7. 輝能科技

技術(shù)路線：202210月巴黎國際車展上，輝能科技推出了新一代硅負(fù)極固態(tài)電池。據(jù)輝能科技介紹，硅基負(fù)極材料是新型動力電池發(fā)展的關(guān)鍵推動力之一。對于當(dāng)前的液態(tài)型動力電池來說，由于硅基負(fù)極存在的膨脹難題，硅材料占負(fù)極成分的比例很難超過10%。輝能科技克服了這一難題，全球首發(fā)新一代100%硅氧負(fù)極的固態(tài)電池。此次發(fā)布的新電池產(chǎn)品能量密度可達(dá)到295-330Wh/Kg。

產(chǎn)業(yè)化情況：17年試產(chǎn)線開始投產(chǎn)，并已累積超過 4 千個質(zhì)量控制點、99.9%的單層電芯良率及 94%的多層電芯良率，已提供超過8千顆由全自動試產(chǎn)線生產(chǎn)的固態(tài)電池樣品。規(guī)劃3GWh 產(chǎn)能的量產(chǎn)線預(yù)計23 年初投產(chǎn)，23年底達(dá)成；同時，22年10月發(fā)布的新一代電池產(chǎn)品預(yù)計于2023Q1送樣。

戰(zhàn)略合作：

1）與奔馳：22年1月，梅賽德斯-奔馳與輝能科技簽署了共同開發(fā)下一代電池的技術(shù)合作協(xié)議，奔馳投資金額達(dá)數(shù)百萬歐元。首款搭載全新的固態(tài)電池車型預(yù)計將在未來幾年推出，并將逐漸在未來五年搭載在一系列乘用車當(dāng)中。

2）與FEV：22年6月，F(xiàn)EV宣布與輝能科技簽訂合作意向書，將基于輝能科技獨家的固態(tài)電池技術(shù)，結(jié)合雙方的專業(yè)知識攜手開發(fā)固態(tài)電池能源儲存方案。（FEV集團是一家獨立的國際領(lǐng)先、擁有自主整車及動力總成軟硬件開發(fā)能力的服務(wù)供貨商，總部位于德國亞?。?/span>

5.2. 電解質(zhì)及原材料供應(yīng)商

5.2.1. 東方鋯業(yè)

產(chǎn)品：

1）氯氧化鋯：制造二氧化鋯、復(fù)合氧化鋯的主要原材料。

2）二氧化鋯：可用于三元系新能源電池正極材料添加劑，能夠起到增加電池循環(huán)壽命、提高能量密度等作用。公司在投資者調(diào)研披露稱，單位固態(tài)電池對二氧化鋯的需求相較單位三元系新能源電池的需求大幅提高，如果固態(tài)電池量產(chǎn)后，二氧化鋯的需求將爆發(fā)增長，該產(chǎn)品將顯著提升公司的業(yè)務(wù)規(guī)模和盈利水平。

3）氧化鋯、氧化鈧：可用于制作固態(tài)電池電解質(zhì)材料，同時可作為固態(tài)電池正極添加劑。

產(chǎn)業(yè)化情況：據(jù)公司公告，鋯產(chǎn)品在固態(tài)電池上的應(yīng)用仍處于試驗階段，需要3-5年才有投入生產(chǎn)計劃，公司已提供鋯產(chǎn)品樣品供下游廠家研發(fā)。

競爭優(yōu)勢：1）鋯產(chǎn)業(yè)鏈完整，品種齊全。公司是全球品種最齊全的鋯制品專業(yè)制造商之一，公司產(chǎn)品涵蓋鋯英砂、鈦精礦、獨居石、硅酸鋯、氯氧化鋯、電熔鋯、二氧化鋯、復(fù)合氧化鋯、氧化鋯陶瓷結(jié)構(gòu)件九大系列共一百多個品種規(guī)格。2）把控上游資源，積極布局上游產(chǎn)業(yè)鏈。公司深耕澳大利亞鋯礦砂資源十余年，目前已形成了如下表所示采礦權(quán)證、保留許可權(quán)證布局。

表：東方鋯業(yè)采礦權(quán)證、保留許可權(quán)證布局

相關(guān)礦產(chǎn)相關(guān)資源的取得，能夠滿足未來開采的需要，奠定了公司未來持續(xù)健康發(fā)展的堅實基礎(chǔ)。3）鋯相關(guān)工藝完善，制定多項行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。自成立以來，公司主持或參與《復(fù)合氧化鋯粉體》等二十余項國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定，并已于2013年8月通過廣東省質(zhì)監(jiān)局的標(biāo)準(zhǔn)化良好行為企業(yè)的現(xiàn)場確認(rèn)，獲得AAAA評價，并為全國有色金屬標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會委員和全國化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會無機化工分會委員。目前公司研發(fā)人員目前共計180余人，已主持或參與制訂20余項國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，填補了部分產(chǎn)品國內(nèi)無標(biāo)準(zhǔn)可依的空白。

4）已形成多個規(guī)模化生產(chǎn)基地，包括廣東汕頭的復(fù)合氧化鋯粉體、硅酸鋯、氧化鋯結(jié)構(gòu)陶瓷生產(chǎn)基地；廣東樂昌的氯氧化鋯、二氧化鋯生產(chǎn)基地；河南焦作的氯氧化鋯、二氧化鋯、復(fù)合氧化鋯、氧化鋁、電熔氧化鋯、氧化鋯陶瓷結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)基地；湖南耒陽的電熔氧化鋯生產(chǎn)基地；以及在建的云南楚雄電熔氧化鋯生產(chǎn)基地等。

5.2.2. 上海洗霸

產(chǎn)品：鋰離子電池固態(tài)電解質(zhì)粉體先進材料

技術(shù)路線：氧化物電解質(zhì)