固态电池：动力电池行业变革的新引擎新赛道

图源：摄图网

作者|刘梦婷 来源|上海中创研究院(ID：ZCYJ-SH)

自上世纪90年代索尼公司开发出含有液态电解质的锂离子电池至今，液态锂电池借助其成熟的技术路线逐渐成为动力电池的主流。目前，市场上仍以液态电池和固液混合电池为主，全固态电池尚未实现大规模量产。伴随着市场扩张,动力电池的应用规模将迅速扩大，而固态锂电池凭借其优越的能量密度与安全性，将成为动力电池发展的必争之地。

欧美日韩等国十分重视固态电池的研发和生产，近年来，中国也逐渐将固态电池放到更加重要的位置上。2020年11月，国务院办公厅印发了《新能源汽车产业发展规划（2021—2035年）》，明确提出要“加快全固态动力电池技术研发及产业化”，固态电池的前景值得期待。

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固态电池产业链分析

（一）固态电池的基本概念

传统锂电池的构成包括正极、负极、电解液、隔膜四大材料体系。现阶段的锂电池，严格意义上应该被称作液态锂电池，因为其使用的核心材料之一是电解液（即液态电解质）。而固态锂电池（简称固态电池）的不同之处在于将电解液和隔膜换成了固态电解质。

固态电池在安全性方面远优于液态电池。传统液态锂电池使用的电解液在高温下极易分解，腐蚀性强，易燃易泄露，容易导致锂电池起火甚至爆炸，而固态电池使用的固态电解质具有不易燃、无腐蚀、无挥发等特性，降低了电池组对温度的敏感性，安全性大幅提高。

固态电池的能量密度也十分可观，理论上可达500Wh/kg，较液态锂电池提升70%以上。科学界认为，液态电池的能量密度已濒临极限，只有固态电池能匹配新能源汽车和储能等市场的未来发展需求。虽然目前由于成本和技术的限制，固态电池尚未实现大规模量产，但基于其在安全性和能量密度上具备的明显优势，固态电池将是未来锂电池的主流发展方向。

（二）固态电池的分类

一般来说，固态电池可以按两种角度进行分类。

一是按照电池中液态电解质的含量差异，固态电池可分为三类：全固态（不含任何液态电解质）、准固态/类固态（液态液态电解质质量百分比小于5%）、半固态（液态电解质质量百分比小于10%）。全固态电池彻底去除溶剂，准固态和半固态含有残留溶剂，无法彻底去除。

二是根据电解质材料的不同，固态电池可分为聚合物、氧化物、硫化物三种体系，其中，聚合物电解质属于有机电解质，氧化物与硫化物属于无机陶瓷电解质。聚合物体系工艺最为成熟，但性能上限制约发展；氧化物体系分为薄膜和非薄膜类，前者开发重点在于容量的扩充与规模化生产，后者综合性能较好，是当前研发的重点方向；硫化物体系处于发展空间巨大与技术水平不成熟的两极化局面，亟需解决安全与界面问题。

图1  固态电池分类

资料来源：公开信息整理

（三）固态电池的产业链

固态电池产业链与液态锂电池大致相似。

产业链上游主要涉及原料矿产和电池电芯材料。原料矿产主要包括锂矿、锰矿、钴矿、石墨矿、锡矿等。电池电芯材料主要包括正极、负极、隔膜、电解质等，若完全发展至全固态电池，隔膜也完全被替换。其中：正极材料主要包括三元锂、磷酸铁锂、钴酸锂和锰酸锂四种；负极材料主要集中于金属锂、碳族、氧化物三类。

产业链中游为电池包的加工制备过程，包括电池封装集成、电源管理系统方案设计。

产业链下游主要应用于新能源汽车，在消费电子和储能领域也有一定应用空间，但目前不是主流。

图2  固态电池产业链梳理

资料来源：公开信息整理

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固态电池行业发展格局

固态电池行业本身尚处于蓝海之中，目前市面上有的固态电池主要为固液混合或者半固态过渡形式，各国仍在加紧对全固态电池的研发，全固态大规模量产仍有很长的路要走。

（一）国际格局：日本引领，美、欧、韩紧追不舍

在固态电池研发领域，日、美、欧、韩等国家和地区都在积极布局，抢抓产业新风口。

图3  全球固态电池专利分布

数据来源：智慧芽全球专利数据库（截至2022年9月数据）

日本处于引领地位，中美欧韩紧随其后，位列第二梯队。日本不仅在全固态电池专利上占据绝对主导地位（丰田为该领域专利巨头），而且国家有完整的计划支持和明确的分工部署，日本政府每年在固态电池行业投入经费50-100亿日元。

美国固态电池的研发以初创公司为主，QuantumScape、Solid Power等初创公司创新能力突出，国家层面也十分重视，2021年6月，美国发布《锂电池2021-2030年国家蓝图》。随后，美国能源部（DOE）宣布资助2.09亿美元支持固态电池及快充等先进动力电池的技术研究。

欧盟相继推出《电池2030规划》及《2030电池创新路线图》，并批准了欧洲固态电池投资专项计划，由欧盟多国共同出资32亿欧元用于发展固态电池。

韩国研究固态电池以企业界为主导，三星、LG和SK Innovation成立联合基金共同开发固态电池，2022年3月，三星宣布开始建设世界第一条全固态电池生产线。

（二）国内格局：本土企业加速布局，仍处于发展初期

中国虽然在全球动力电池领域的市场份额稳居第一，但是固态电池的研发不及日、韩、欧、美等地区起步早，尚处于发展上升期，企业正在加速布局，深化产学研合作。

2020年11月，国务院办公厅印发了《新能源汽车产业发展规划（2021—2035年）》。规划明确指出，要加快固态动力电池技术研发及产业化，首次将固态电池发展上升到国家战略层面。依托中科院等科研机构的技术支撑，多家新能源车企、电池制造商纷纷发力，加速对固态电池的布局，该赛道的投融资进程也加速推进。

相关数据显示，近三年动力电池投资事件主要包括电池材料、加工设备和软件三个方面。截至2021年，电池材料占比已接近总数的2/3，而固态锂电池则是电池材料投资的绝对重点，已接近70%。

目前，国内固态电池代表性企业和研发机构主要集中在环渤海、长三角及东南沿海地区，这与当地的经济发展水平及科研实力密切相关。

目前业界公认的四大头部固态电池公司为：北京卫蓝、江苏清陶、宁波锋锂、台湾辉能。这四家公司离固态电池的产业化最为接近，均已建成中试规模实验线，并有产品开始商用。宁德时代、国轩高科虽然是动力电池领域的龙头企业，但是从固态电池的研发及产业化进程来看，离前四家尚有距离。

图4  中国主要固态电池研究企业及研究所分布地图

资料来源：前瞻研究院，卫蓝新能源

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我国固态电池的市场格局

针对目前国内代表性的固态电池企业，从四个维度展开分析。

（一）企业呈现多路径、多领域发展特点

从目前固态电池企业的出身来看，涵盖国内动力电池产业链上中下游各环节的公司。既有天齐锂业、赣锋锂业等新能源材料供应商，又有宁德时代、国轩高科、卫蓝新能源等动力电池生产企业，还包括比亚迪、上汽、蔚来等整车车企。

表1：中国重点企业固态电池业务布局

资料来源：前瞻研究院，2022年数据根据公开信息整理

（二）更加倾向于氧化物及硫化物技术路线

从固态电池的技术路径来看，按照电解质的不同，可分为聚合物、氧化物、硫化物三条技术路线。欧美等国主要选择聚合物技术路线，以法国Bolloré集团和美国Solid Energy为代表。日韩企业主要押注硫化物路线，以丰田和三星为代表。

中国企业则以硫化物和氧化物两种电解质技术路线为主，其中硫化物路线的代表企业有宁德时代、蜂巢能源，氧化物路线以清陶能源、卫蓝新能源、台湾辉能、赣锋锂业等企业为代表。

表2：各国代表企业固态电池技术路线布局

资料来源：公开信息整理

（三）融资市场繁荣，资本竞相逐鹿

根据电池网不完全统计，国内已有7家相关企业获得29轮融资，2022年完成了11轮。清陶能源、辉能科技、卫蓝新能源位列前三，分获9轮、7轮、6轮融资，已披露的融资金额就高达数亿元。投资方既包括国内外投资公司，又包括产业链上中下游的知名企业，同时还有华为、小米、碧桂园等体量巨大的跨界行业巨头。

（四）技术成熟度有待提升，大规模量产仍有距离

2022年11月，中国汽车工程学会从基础研发端、产业推进端两大角度评估了全固态电池的量产预期和发展潜力。预估2030年前可能实现全固态电池小规模量产并正式装车使用，从目前的研究和产业现状来看，距离大规模量产大约需要10年以上的时间。根据GGII、Bloomberg、伍德麦肯兹（Wood Mackenzie）等机构预测，2030年固态电池出货量约150GWh，市场规模预计达到1500亿元人民币，至2030年，固态电池出货量复合增速将高达到80%。

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对固态电池产业发展的若干建议

（一）加大政策支持，强化政策引导

完善财税金融鼓励政策，通过政府补贴、税收优惠、产业投资专项基金等方式鼓励固态电池企业创新研发。将固态锂电池纳入国家重点领域、关键行业的研发体系中，通过国家重点研发计划等促进固态锂电池相关基础研究。

（二）深化产学研融合，推进产业化进程

汇聚海内外高层次人才和科研院所的力量，推进产学研深度融合，在原材料、电芯制造、电源管理、电池模块等产业链的关键环节进行布局，促进固态电池成本与技术攻关。依托现有生产应用示范平台，组织开展新能源汽车等领域的应用示范，助力企业实现产业化。

（三）深化国际合作，推进标准国际化

强化与国外先进固态电池企业的合作，积极引进国外固态电池技术，消化吸收再创新，不断提高本国自主创新能力。开展固态锂电池领域相关标准修订制工作，推进标准国际化，争取在全球固态锂电池产业中掌握主动权。

参考资料：

固态电池:道阻且长，仍需脚踏实地，兴业证券，朱玥，2021-01-11.

锂电池的新浪潮：固态电池的突破与创新，松禾资本，2022-06-28.

固态电池三大技术路线争霸，谁能穿透迷雾看到终局，经纬创投，2022-06-27.

欧美日韩开辟新战场，固态电池赛道，我国跑慢了吗，全国能源信息平台,2021-11-29.

动力电池“三国杀”变局：中韩“双雄对决”,日本掉队,第一财经,肖逸思,2022-10-27.

2020中国固态电池行业研究报告,前瞻产业研究院,李颖诗,岑晓天,肖丽洒,2020.

全固态电池距离真正量产装车，还需要多久？阿尔法工场研究院,2022-11-15.

编者按：本文转载自微信公众号：上海中创研究院(ID：ZCYJ-SH)，作者：刘梦婷