（报告出品方/作者：中泰证券，孙颖、农誉）
固态电池现状：产业趋势明确，技术进展加速
固态电池的核心意义：突破锂电池能量密度的边界
固态电池的核心价值在于打破传统液态电池在能量密度上的天花板。能量密度，即单位体积或重量电池所能储存的能量大小，直接决定了电池的续航水平。
传统液态电池的能量密度主要受其正负极体系的制约。目前，基于三元正极与石墨负极的液态电池在能量密度方面已接近其理论上限。为了显著提升续航能力，必须采用更为先进的正负极材料。负极材料的升级路径相对清晰，从石墨（克容量约372mAh/g）到硅基材料（克容量450-600mAh/g），再到锂金属（克容量>1000mAh/g），每次迭代伴随着负极材料克容量的显著提升。例如，高镍三元正极搭配石墨负极的电池，能量密度约为240-280wh/kg；而若以硅基负极替代石墨，能量密度有望跃升至280-350wh/kg；若进一步采用CVD气相硅基负极或锂金属负极，能量密度更是有望突破400wh/kg。正极材料的升级方向则聚焦于高电压、高比容，富锂锰基、锂硫正极等都是潜在的迭代选项。
然而，传统液态电解液难以兼容正负极材料体系的升级。液态锂离子电池的电解液在高压、高温、高能量密度环境下容易分解失效。因此，引入化学性质更为稳定的固态电解质，取代传统的锂离子电解液，成为突破电池性能局限的关键。固态电解质能够兼容正负极材料的迭代升级，从而打破电池性能瓶颈，实现能量密度的飞跃。
固态电池：高确定性的迭代路径
固态电池的第二大意义在于其能够显著提升电池的安全性能。传统液态锂离子电池的电解液具有可燃性，一旦电池内部发生内短路，可能触发连锁反应，导致电池热失控。此外，正负极材料的迭代升级也伴随着安全隐患。硅基负极和锂金属负极分别存在极片膨胀导致电池功率和循环寿命衰减，以及锂枝晶生长引发电池短路的问题。而高电压、高比容的正极材料则可能导致电极材料的不稳定，主材结构易受破坏。固态电池电解质的引入，能够从根源上解决这些安全隐患。一方面，固态电解质在常规条件下不可燃，有效遏制热扩散及连锁反应；另一方面，其化学稳定性高于电解液，对正负极材料的迭代升级具有更好的适配性。
此外，固态电池还有望打通锂电池成本下行通道。当前，锂电产业链核心原材料的价格处于历史低点，头部厂家已接近亏损或仅能维持微利。通过压缩原材料价格进行降本的途径已到达阶段性瓶颈，电池价格下降空间有限。然而，技术迭代能够进一步打开降本空间。固态电池将能量密度从传统液态电池的约250wh/kg提升至400wh/kg以上，意味着原材料单耗的大幅降低，为电池成本的进一步下降提供了可能。
半固体电池和全固态电池的概念区分
半固体电池和全固态电池的概念区分: 半固态电池本质上仍然属于液态电池的范畴，其 并未彻底舍弃电解液，且大部分方案仍然保留隔 膜。半固态技术的核心理念是在传统液态电池体系 中引入固态电解质，以提升离子电导率，并据此适 当减少电解液的使用量（例如，从原来的25%重量 比降低至15%以下）。半固态电池的实现存在多种 方式：一是将固态电解质作为正极添加剂或隔膜表 面涂覆材料；二是采用原位聚合/固化工艺，即在 电解液中加入引发剂和交联剂等添加剂，电池组装 完成后，通过加热、紫外线照射等方式触发聚合物 的交联反应，使原本液态的电解液部分或全部转化 为不易流动的凝胶态，从而提高电池的稳定性；三 是将固态电解质制成单层薄膜，直接替代传统隔膜， 但仍保留少量电解液以确保电池的正常运行和性能 优化。 全固态电池通过引入固态电解质，彻底颠覆了传 统液态电池的结构，用其取代了隔膜与电解液。 固态电解质材料被加工成薄膜，置于正负极极片之 间。其隔离了正负极，防止短路，又允许离子在极 片之间传输。因此，在全固态电池中，固态电解质 同时承担了隔膜和电解液两大核心材料的功能。
半固态电池产业进展：头部玩家进入量产装车阶段
半固体电池沿用了液态电池成熟的工艺体系和产业链，产业化落地更快，2024年装机量超预期。根据中国汽车动力电池产业创新联盟数据，2024年1-7月，半固态电池实现2.68GWh的累计装机量，主要来源于卫蓝科技的贡献。半固态电池核心厂家主要为上汽清陶、北京卫蓝、浙江锋锂等。预计到2025年，这三家企业的有效产能将超过20GWh，且合计规划产能超过100GWh。这些核心厂家已与特定车企建立了合作关系，例如卫蓝已正式向蔚来交付360Wh/kg的半固态电池；上汽增资清陶能源，间接持股约15.29%，并设立了合资公司，共同推进固态电池技术的研发与量产；赣锋与长安汽车也签署了合作备忘录，旨在共同推进（半）固态电池的研发合资项目及产业化制造项目。 半固态电池仍然存在诸多难点：首先，装车验证周期较短，尚未形成足够丰富的测试样本数据库；其次，以原位聚合技术为代表的半固态工艺虽然在电芯安全性能上有显著提升，但受限于工艺端良率水平低，导致生产成本居高不下；最后，在化学体系方面，正极材料可能向超高镍三元、富锂锰基过渡，负极采用新型硅基负极，但成熟度相对较低。
固态电池的技术路线：头部玩家向硫化物路线倾斜
固态电池技术路线研判
固态电池依据电解质材料的种类主要划分为聚合物、氧化物和硫化物三条技术路线。我们对各路线的研判如下：
聚合物电解质材料：作为高分子材料，在高温和高电压的耐受能力上略优于传统电解液，但相较于氧化物和硫化物等陶瓷类材料，其性能仍有较大差距。固态电池的核心目标在于探索锂电池的性能极限，因此电池向高能量密度和高电压体系迭代已成为明确趋势。然而，聚合物材料在热稳定性和电化学稳定窗口等固有特性上的不足，将成为限制电池性能进一步提升的瓶颈。
氧化物电解质材料：半固态电池技术并未完全摒弃液体电解液，而是降低了其使用比例。意味着电池体系内仍有部分电解液辅助离子在正负极之间传导，从而在一定程度上弥补了氧化物和硫化物电解质在离子电导率上的天然差距。此外，硫化物对液态成分敏感，而氧化物性质稳定，因此氧化物电解质材料有望成为半固态电池的主流体系。
硫化物电解质材料：本征离子电导率相较于氧化物高出一个数量级，甚至接近液态电解液的水平。当电池完全过渡到全固态体系，即在没有电解液辅助传导离子的情况下，硫化物的离子传导能力相较于氧化物的天然优势将被进一步放大。因此，硫化物电解质材料成为最具应用前景的全固态电解质材料。
聚合物路线：起步较早，但性能提升空间受限
典型的聚合物固态电解质体系涵盖PEO、PAN、PMMA及PVDF等。其中，PEO材料因对锂盐具有良好的溶解性，且在高温下展现出相对较高的离子电导率，被视为极具应用潜力的聚合物体系。其优劣势明确：
优势：PEO材料具备出色的柔韧性和界面接触性。作为高分子材料，相较于氧化物等陶瓷类材料，PEO能够在电池充放电过程中保持电解质层与正负极极片之间的紧密接触，从而提升电池的循环寿命。
劣势：首先，PEO在室温下的离子电导率较低，电化学窗口也相对较窄。这意味着聚合物固态电池需要在60℃的高温环境下运行才能发挥高效能。其次，由于电化学窗口窄，PEO对电压的耐受能力小于4V，仅略高于液态电解液，因此在高压环境下容易被氧化，限制了电池向高电压平台和高能量密度的方向发展。
聚合物固态电解质易于加工，量产成本相对较低，因此能够率先实现商业化应用，但其性能提升空间有限。聚合物固态电解质的研发历史可追溯至1973年。早在2011年，法国Bolloré集团就成功推出了商用化的聚合物固态电池，并在大巴车上实现了落地应用。然而，由于聚合物对高电压和高能量密度的耐受能力有限，电池正极材料的选择被限制在低电压平台体系，导致整体性能提升空间有限，因此目前仍未实现大规模推广应用。
聚合物路线：聚合物/无机物复合使用是潜在出路
在聚合物体系中添加无机填料以构建复合固态电解质，是弥补离子电导率短板的有效策略。聚合物/无机物复合电解质融合了聚合物与氧化物两大体系的优势，展现综合性能优异。一方面，通过引入LLZO或LAGP等氧化物固态电解质作为无机填料，能够优化锂离子在复合电解质体系中的传输路径，从而显著提高整体的离子电导率。同时，这些氧化物填料还具备良好的力学性能，有助于增强聚合物电解质的机械强度。另一方面，该体系保留了聚合物组分的柔韧性，这对于改善无机物颗粒间以及无机物与正负极活性物质之间的接触问题有积极影响。
聚合物基/无机复合电解质体系仍处在探索期，存在诸多技术难点，仍然需要在材料选择、掺混形式及比例、聚合方式等多个方面进行优化：1）常温状态下，聚合物材料的本征电导率差，依旧是整个体系的短板，限制了组合材料的上限；2）在添加无机填料的过程，颗粒的分散性可能存在限制，导致对整体离子电导率的实际贡献有限。
2025年行业展望：低空经济风口来临，应用场景拓宽；政策有望加码，产业地位提升
固态电池行情复盘
复盘：固态电池行业仍处于前期技术积累阶段，2023年以来出现多轮阶段性主题行情，受行业热点事件驱动；2024年，逐步形成半固态电池、全固态硫化物电池两条主线。 来源：Wind、各公司公告、中泰证券研究所 图表：2023-2024年固态电
低空经济风口来临，固态电池应用场景有望拓宽
固态电池拓宽eVTOL的性能边界，潜在应用场景增加。eVTOL采用纯电动力驱动，能够实现垂直起降和分布式推进。然而，与乘用车相比，eVTOL对重量的敏感度更高，续航里程成为制约其使用周转率和商业化应用场景拓展的关键因素。此外，在高空航行过程中，稳定性和安全保障同样至关重要。固态电池是解决eVTOL等低空航天器痛点问题的方案。相较于传统液态电池，固态电池的能量密度大幅提升，这意味着在同等载重下，航空器能够拥有更长的续航里程。同时，固态电池摒弃了可燃的液态电解液，从根本上消除了热失控的风险，为航空器的安全飞行提供了有力保障。
政策环境为eVTOL市场规模的持续增长创造了有利的条件。2023年底，中央经济工作会议正式将低空经济确立为国家战略性新兴产业，随后在2024年的政府工作报告中，“低空经济”首次被提及。地方政府紧跟步伐，纷纷出台相关政策，涉及资金补贴、基础设施建设等方面，以支持低空经济的蓬勃发展。与此同时，随着eVTOL技术的不断进步和监管体系的日益完善，城市空中交通需求有望被进一步激发。据Roland Berger预测，至2030年，全球载人运营的eVTOL数量将达到5000架次，并有望在2050年进一步增长至16万架次。其中，根据国新办提供的数据，中国低空经济规模到2030年有望突破两万亿元。
欧美：初创企业主导开发，老牌车厂定向扶植
欧美模式：美国初创型科技公司主导开发，欧洲传统老牌车厂定向进行扶植。以参股的形式参与公司运营，为准固态、全固态电池的研发提供资金、装车应用平台以及工程化经验，共同推进全固态电池的验证及商业化。对于技术路线的选择，各企业均以实现锂金属负极的应用作为核心目标，当前正极材料仍旧沿用中高镍三元体系。
报告节选：
（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）
（转自：未来智库）
