【行业前瞻】固态电池产业化加速度！揭秘离商业化只剩半程的神奇之旅！

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固态电池是理论上

高能量密度和高安全性能的最佳体系

一、液态电池升级困境：能量密度提升趋势下，电解液限制了锂金属方向的迭代，且和隔膜为热失控短板

• 现有液态锂离子电池体系能量密度已经接近电池材料利用安全极限，接近300Wh/kg能量密度瓶颈。

• 高比能材料体系下，锂电池的热失控强度和蔓延速度都显著提升，带来更严峻的安全挑战。

• 电解液和隔膜为电池热失控关键短板。

二、 固态电池的机会：锂电池理论上高能量密度和高安全性能的最佳体系

• 电解液对锂枝晶生长的低抑制能力限制了负极向锂金属（锂金属比容量远高于人造石墨）方向迭代。

• 固态电池从本征出发，用固态电解质替代电解液和隔膜：理论上可抑制、缓和热失控、可抑制锂枝晶生长，但固-固界面问题仍未解决。

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全固态电池：丰满的理想VS骨感的现实

一、全固态电池关键要素/电解质：硫化物长期潜力较大，但仍面临较多技术和工程难题

• 聚合物和氧化物体系率先应用。

• 离子电导率是电解质的第一特性，硫化物电解质离子电导率可达10−2 S/cm，接近电解液，长期潜力大。

二、固态电池卡点/电解质：氧化物和硫化物仍待进一步降本

• 氧化物和硫化物仍待进一步降本。

• 氧化物固态电解质对部分稀有金属和小金属影响较大。

三、 固态电池卡点/电池性能和制造：界面问题带来制造和成本的难点

• 全固态电池“固-固”的硬接触造成了界面问题。

• 全固态电池是更高的成本换取了安全性以及对高比能材料的适配性。

采用高镍正极+金属锂负极测算，假设固态电解质是大规模应用状态；

锂金属价格是按照碳酸锂远期12万/吨测算；

假设液态电池未来在电解液和固态电解质环节和全固态不一致；

固态电解质按照硫化物体系Li5.5PS4.5Cl1.5 测算，假设价格在15万元每吨。

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半固态电池：本质是液态电池

一、产业技术路径：长期方向是全固态，半固态为产业初期的尝试

• 全固态电池界面问题技术难度大，同时涉及干法电极等技术，短期难以解决。半固态理念在中国率先展开。

• 半固态方案逐步降低电解液含量同时引入固态电解质，部分改善安全性，但也导致倍率性能等变差。

• 氧化物+聚合物电解质体系较多应用于半固态电池。

二、燃油车VS电动车安全性：此前国内电动车相比燃油车安全性有一定劣势

• 从国内火灾的概率上看，2022年新能源车火灾概率是万分之3，高于燃油车的万分之2。从危害性看，电池的着火速度等往往较快。

• 良好的电池体系控制可以降低起火率。自2012至2019年间全美车辆起火事件中，北美特斯拉每发生一次着火的行驶里程接近燃油车的9倍。

• 近年来，通过本征安全+主动被动的安全措施，液态电池在热蔓延（扩散）环节进步明显。

三、液态电池安全性：热蔓延控制技术迭代，液态电池安全性得到明显提升

• 热蔓延控制技术迭代：从电芯层级的隔膜涂覆、泄压阀设计，电池包层级的热隔断、主动热管理，预警装置等措施降低热失控后的热蔓延风险。

• 宁德时代无热扩散技术迭代至NP 3.0。

四、液态电池安全性：液态电池体系安全性有较大提升空间，电池安全新国标有望普及

• 相关国标处于征求意见阶段，计划26年1月强制实施。其要求新能源车热扩散试验后（针刺、加热等）的电池包不着火不爆炸。

• 截止至2024年2月，国内已有78%的企业已具备“不起火、不爆炸”技术储备。

五、半固态VS液态安全性：从学术论文角度看提升热失控温度的方式

•当前的固态电解质涂覆并非改善安全性的唯一方式。采用固态电解质涂覆、电解液的改变等方式均可以提升热失控温度（传统液态电池在130°C附近发生热失控）

六、半固态VS液态：LATP半固态电池相比液态电池短期未明显占优势

•半固态电池本质仍是液态电池，类似隔膜涂覆。

• 相比液态电池勃姆石涂覆，LATP在短期经济性、工艺良率不占优，性能有优有劣；远期优势不够明显。

• 半固态当前受制于良品率等因素成本较高，长期和勃姆石涂覆的液态电池处于同一水平。

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固态电池终端应用现状

一、全固态VS液态电池VS半固态：全固态电池性能潜力大

•全固态电池适合对安全性和能量密度需求大的领域，是对现有高能量密度体系的升级方案。其牺牲了少部分性能，用更高成本换取了本征高安全性，且能量密度上限更大。

二、固态电池厂商|产业布局：半固态产能快但装车慢，全固态量产时间仍需等待

产能布局：固态电池产能总规划超565.7GWh，已建成产能约28.3GWh，国内企业产能建设占比大。

三、终端市场：半固态电池上车时间表以2027年为节点，全固态仍需等待

• 消费市场：低空飞行场景对电池需求特征是“三高一快” ，高能量密度、高安全性、高功率、快充性能优（5C放电能力）。

•新能源车：国内规划节奏快于海外，上车规划以2027年为节点。我们认为半固态电池产业化拐点在2026-2027年，全固态电池仍需更长的等待。

小结：

全固态电池是对现有三元为代表的高能量密度体系的升级方案，在本征安全、提升能量密度的冗余度上更高，硫化物方向潜力大；但固态电解质和电池制造的制约下，产业化拐点仍需等待。

半固态电池是热安全性的一种解决方案，本质是液态电池，类似隔膜涂覆。其短期经济性和倍率性上相比液态体系的隔膜涂覆不占优。当前液态电池体系在热蔓延环节有改进，安全性提升明显。

下游应用上，消费市场未来或将有部分应用，半固态电池上车时间表以2027年作为节点，国内节奏快于海外。

固态电池研发进度低于预期，导致产业化进度不及预期上游的碳酸锂、钛、镧等原材料价格大幅走高，可能会限制固态/半固态电池的应用进展。

技术变革风险，动力电池为技术驱动的行业，假设出现更具应用潜力的方向，固态电池的研发和应用会受到影响。

半固态电池市场接受度仍需一定的验证，未来的市场空间存一定不确定性。

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