前不久，一场看似平常的新车发布会却引爆了资本市场。不同于以往，这次发布会的主角却是汽车的“心脏”——电池。充电慢、安全性低、续航里程短，这些曾经阻碍消费者选择新能源汽车的因素，貌似在固态电池横空出世后，将被彻底打消。
固态电池是对现有动力电池材料的颠覆性创新。
固态电池，顾名思义，就是使用固态电解质代替传统锂电池中的液态电解质。这种电池的内部没有流动的液体，而是由一种固态材料构成，这让它更安全、更稳定。具体来说，传统锂离子电池使用的是液态电解质，它们在电池中起到离子传输的媒介作用。固态电池使用固态电解质，材料可以是聚合物、氧化物或硫化物等，它们在固态下传导锂离子。
固态电池相较于传统液态电池，在安全性、续航、循环寿命等多个方面展现出显著的优势。
（1）安全性：电池爆燃一直让部分消费者对新能源汽车望而却步。固态电池使用不可燃的固态电解质，其热稳定性可高达1000度，远高于传统液态电解质，大幅降低了热失控风险。理论上，固态电池的应用将消除新能源汽车爆燃事故风险。
（2）更长的续航：传统液态锂电池的能量密度一般为150-250Wh/kg，而固态电池的能量密度远超现有液态锂电池，理论上可达到500Wh/kg，这意味着在相同重量下，固态电池能够存储更多的能量。此外在负极方面，固态电池可以使用锂金属作为负极材料，其理论比容量远高于传统石墨材料，可以达到3000-4000 mAh/g，而石墨的比容量仅为372 mAh。有了这些改变，搭载固态电池的新能源车续航可以轻松超过1000KM，解决里程焦虑。
（3）液态电解质在充放电过程中可能会分解，形成固体电解质界面膜，这会随着时间降低电池性能。固态电池可以避免液态电解质在充放电循环过程中与电极材料发生副反应，从而减少了电池性能的衰减，延长了电池的使用寿命。部分固态电解质如硫化物电解质具有较高的离子电导率，有助于维持电池在长期循环过程中的性能。目前研发的固态电池预期寿命是15000-20000次，这个循环次数远大于三元锂电池的800次和磷酸铁锂电池的1000次。
图：固态、半固态电池和传统电池比较
（来源：wind，东吴证券研究所）
固态电池的关键材料在于固态电解质。
目前主流的技术路线包括聚合物、氧化物、硫化物、卤化物等，这几种路线各有优势：
（1）聚合物电解质路线：使用聚合物材料作为电解质，具有较好的柔韧性和加工性，但离子电导率相对较低，通常需要加热到较高温度才能达到理想的工作状态。
（2）氧化物电解质路线：氧化物电解质具有较好的稳定性和相对较高的离子电导率，但面临的挑战包括与电极材料的界面兼容性以及离子传输效率。
（3）硫化物电解质路线：硫化物电解质因其高离子电导率而备受关注，但它们对水和空气敏感，生产和加工过程中需要严格的控制环境，且存在安全问题。
（4）卤化物电解质路线：卤化物电解质具有较大的电化学窗口和良好的界面接触性，但力学性能较差。
图：固态电解质性能比较
（来源：wind，华金证券研究所）
当然，以上几种路线离量产还有较长的距离，目前真正能装车应用的是“半固态电池”的中间路线。半固态电池是一种介于传统液态锂电池和全固态电池之间的电池技术。它在电池的电解质构成上采用了固态和液态的混合形式，即电池中同时包含固态电解质和少量的液态电解液。即使如此，半固态电池在安全性、能量密度上仍有较大的提升。
不止于新能源车，低空经济带来固态电池更广泛的需求。
2024年“低空经济”首次被写入政府工作报告，带动电动垂直起降飞行器(eVTOL)引起广泛关注。近期的产业政策细化到无人机、飞行汽车等具体领域，推动相关行业的商业化、规模化应用。无人驾驶垂直起降航空器也在加速布局。对于eVTOL飞行器来说，电池功率密度(单位质量电池的放电功率大小)和能量密度是eVTOL飞行器关键的性能指标，它们决定了eVTOL是否可以安全起飞和着陆和航程范围，目前300Wh/Kg能保证200~300公里航程。
电池的性能和安全性直接决定了eVTOL飞机的性能和市场接受度。能量密度方面，eVTOL垂直起飞所需要的动力是地面行驶的10-15倍，商用门槛高达400Wh/kg,且未来能量密度要求将会达到1000Wh/kg，远高于当前车用动力电池的能量密度。充放电倍率方面，eVTOL的飞行需要经历起飞、巡航、悬停等阶段，其中起降阶段要求电池的瞬间充放电倍率在5C以上。安全性能、循环寿命等方面，eVTOL对电池的要求也极为严苛。“低空经济”将推进更高能量密度和安全性的固态电池加速产业化。
固态电池任重道远，前景光明。
目前全固态电池的研发和产业化正处于关键机遇期，全球各国企业纷纷布局，竞争日趋激烈。中国在固态电池布局领域有得天独厚的优势，全固态电池的产业链与液态锂电池大致相似，我国拥有强大而深厚的动力电池供应链体系，固态电池生产商垂直一体化能力强，企业类型多样，切入方向多元。尽管全固态电池面临固态电解质离子输运、锂枝晶生长机制、制造成本高等难题，但市场对高能量密度、安全性的需求将不断推动其产业进化进程。
图：各国企业对固态电池的规划
（来源：wind，华金证券研究所）
中国在固态电池领域的发展正在加速，一大批头部车企、电池厂商已经透露了其固态电池的规划。预计2029年中国固态电池出货量将超过100GWh。到2030年，固态电池在中国动力电池、消费电池、储能等领域的整体渗透率将达到8%左右。这场新能源车的“二次革命”，已经离我们越来越近。
（作者马思远为太平基金研究部研究员）
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