摘要：产业链价格与最新趋势跟踪，点评产业最新风向
　　产业内以半固态电池为过度技术路线
　　固态电池技术难度大，目前主流厂商以半固态、准固态形式介入固态电池领域，提升电池能量密度，同时对固态电池进行技术储备。
　　固态电池的普及将先从半固态开始，循序渐进。后续待技术稳定工艺确定后成本下降，半固态电池将慢慢起量，尔后逐步迭代到纯固态电池，迭代速度逐渐加速。
　　从液态电池到半固态电池、再到全固态电池的技术进步路线可分为以下三个方面：
　　1、液态电解液被替换为半固态及固态电解质，正负极材料暂保持不变。
　　2、负极材料换为锂金属负极，正极材料保持不变。
　　3、负极材料换为锂金属负极，同时替换正极材料为更高比容量的材料。
　　半固态电池先行，打开能量密度天花板
　　蔚来首个150度半固态电池上车。7月12日，半固态电池正式上车蔚来，这也是半固态电池首次实现量产上车。其采用固液混合电解质，硅碳复合负极材料和超高镍正极材料，单个电池包重量为575kg。电芯（单体）由卫蓝新能源提供，一个150kWh的电池包内单体数量达到384个。
　　半固态电池优势有不易燃、耐高温、无腐蚀、不挥发。固态电池产业化进程中，半固态电池先行。
　　电芯设计上，固态电池没有液体电解质和隔膜的存在，可供储能空间更大。全固态材料及工艺未定，半固态过渡方案产业化基础良好。
　　半固态电池与全固态电池的工作原理是相通的，半固态电池成本明显小于全固态电池，半固体产业化的基础是基于以下三点：（1）预锂化技术逐步成熟，（2）半固态电池供应链与现有锂电池供应链重合度较高，（3）添加少量电解液可降低固态电池界面阻抗，在固体电解质中添加液态电解质，可使电极与固态电解质接触更加充分，进而降低界面阻抗。
　　半固态电池产业化项目进度已较为清晰。确定性的在2023年已进行量产上市，如蔚来ET7（卫蓝新能源）、岚图追光（赣锋锂业），高合HiPhi X （国轩高科）等。
　　半固态电池主用氧化物电解质，引领固态电池产业化浪潮
　　半固态电池对现有锂电产业链冲击主要在中游隔膜与电解液环节。固态电池正极材料较现有锂电池变化不大，承接原有高镍体系；负极材料提升能量密度，硅氧添加比例逐渐升高，远期或将由锂金属负极取代；半固态与固态电池变化的核心是将原有的隔膜与电解液合二为一，变为固态电解质。
　　半固态电池电芯主要使用的固态电解质是氧化物电解质，硫化物电解质或为全固态电池主流路线。电极中液体会破坏硫化物材料结构，进而影响电池性能，氧化物体系因研发成本和难度相对较低，目前是半固态体系的主流技术路线。
　　风险提示
　　新能源车销售不及预期，地区排产计划变动，产品研发不及预期等。
　　

研究报告全文：TableMainTableTitle产业研究月报2023100902期产业研究中心TableAuthor电池材料技术半固态先行打开能量密度天花板作者王浩电话0755-23976068摘要产业链价格与最新趋势跟踪点评产业最新风向TableSummary邮箱wanghao013539gtjascom产业内以半固态电池为过度技术路线资格证书编号S0880513090004固态电池技术难度大目前主流厂商以半固态准固态形式介入固态电池领域提升电池能量密TableDocReport度同时对固态电池进行技术储备往期回顾固态电池的普及将先从半固态开始循序渐进后续待技术稳定工艺确定后成本下降半固态电数字经济周报蔚来汽车发布首款手池将慢慢起量尔后逐步迭代到纯固态电池迭代速度逐渐加速机首颗自研芯片20230927从液态电池到半固态电池再到全固态电池的技术进步路线可分为以下三个方面科技制造周报智多晶完成数亿人民币E轮融资1液态电解液被替换为半固态及固态电解质正负极材料暂保持不变20230927新能源周报固态锂金属电池厂商欣视2负极材料换为锂金属负极正极材料保持不变界科技完成亿级融资202309263负极材料换为锂金属负极同时替换正极材料为更高比容量的材料新能源车产业跟踪半固态先行引领固态电池产业化浪潮20230925半固态电池先行打开能量密度天花板机器人周报特斯拉Optimus视频展示用纯视觉技术处理运动指令蔚来首个150度半固态电池上车7月12日半固态电池正式上车蔚来这也是半固态电池首次20230925实现量产上车其采用固液混合电解质硅碳复合负极材料和超高镍正极材料单个电池包重量为575kg电芯单体由卫蓝新能源提供一个150kWh的电池包内单体数量达到384个半固态电池优势有不易燃耐高温无腐蚀不挥发固态电池产业化进程中半固态电池先行电芯设计上固态电池没有液体电解质和隔膜的存在可供储能空间更大全固态材料及工艺未定半固态过渡方案产业化基础良好半固态电池与全固态电池的工作原理是相通的半固态电池成本明显小于全固态电池半固体产业化的基础是基于以下三点1预锂化技术逐步成熟2半固态电池供应链与现有锂电池供应链重合度较高3添加少量电解液可降低固态电池界面阻抗在固体电解质中添加液态电解质可使电极与固态电解质接触更加充分进而降低界面阻抗半固态电池产业化项目进度已较为清晰确定性的在2023年已进行量产上市如蔚来ET7卫蓝新能源岚图追光赣锋锂业高合HiPhiX国轩高科等半固态电池主用氧化物电解质引领固态电池产业化浪潮半固态电池对现有锂电产业链冲击主要在中游隔膜与电解液环节固态电池正极材料较现有锂电池变化不大承接原有高镍体系负极材料提升能量密度硅氧添加比例逐渐升高远期或将由锂金属负极取代半固态与固态电池变化的核心是将原有的隔膜与电解液合二为一变为固态电解质半固态电池电芯主要使用的固态电解质是氧化物电解质硫化物电解质或为全固态电池主流路线电极中液体会破坏硫化物材料结构进而影响电池性能氧化物体系因研发成本和难度相对较低目前是半固态体系的主流技术路线风险提示新能源车销售不及预期地区排产计划变动产品研发不及预期等请务必阅读正文之后的免责条款部分产业深度目录1产业内以半固态电池为过度技术路线32半固态电池先行打开能量密度天花板421半固态先行422半固态电池产业化进程稳步推进53半固态电池主用氧化物电解质引领固态电池产业化浪潮64风险提示10请务必阅读正文之后的免责条款部分2of11产业深度1产业内以半固态电池为过度技术路线固态电池技术难度大目前主流厂商以半固态准固态形式介入固态电池领域提升电池能量密度同时对固态电池进行技术储备全固态电池技术难点有待突破其固态电解质的离子电导率仍需大幅提升固态电解质使电池内阻明显增大电池循环性变差从而导致倍率性能变差此外高昂的成本是全固态电池商业化巨大障碍液态锂电池的产业链已非常成熟半固态电池与液态锂电池产线重合度高可用低廉的成本产出性能更好的锂电池全固态电池的配套产线仍不够完善图1液态-半固态-固态电池技术发展路线数据来源全固态锂电池技术的研究现状与展望许晓雄等固态电池的普及将先从半固态开始循序渐进后续待技术稳定工艺确定后成本下降半固态电池将慢慢起量尔后逐步迭代到纯固态电池迭代速度逐渐加速从目前进展看来产业内已在固态半固态电池高比容负极材料关键技术研发供应等方面达成全面战略合作一些公司对固态电池的研究已有相关的专利成果未来将持续加强研发投入从液态电池到半固态电池再到全固态电池的技术进步路线可分为以下三个方面1液态电解液被替换为半固态及固态电解质正负极材料暂保持不变通过减少电解液用量理论上可提升一定安全性正负极材料暂时保持不变沿用高镍三元与石墨掺硅的传统正负极体系电解质的改变无法通过提高能量密度摊薄固态电池成本目的在于打通固态电解质的技术与量产2负极材料换为锂金属负极正极材料保持不变锂金属负极能显著提升电池能量密度其理论成本较液态锂电池更请务必阅读正文之后的免责条款部分3of11产业深度低或成为固态电池降本的关键3负极材料换为锂金属负极同时替换正极材料为更高比容量的材料锂金属负极与更换为更高比容量的正极材料可继续提升电池能量密度其实现周期更为遥远2半固态电池先行打开能量密度天花板21半固态先行蔚来首个150度固态电池上车7月12日据智能车参考固态电池正式上车蔚来这也是固态电池首次实现量产上车ET7全新ES6ES7等多款车型均可搭载150kWh电池包届时ET7续航可超过1000km即使是SUV的ES6续航也能达到930km蔚来领航辅助NOP已经驶入北京五环这也是继小鹏NGP之后第二个开进北京五环内的智能驾驶方案蔚来使用的属于半固态电池采用固液混合电解质硅碳复合负极材料和超高镍正极材料单个电池包重量为575kg电芯单体由卫蓝新能源提供一个150kWh的电池包内单体数量达到384个半固态电池的优势有不易燃耐高温无腐蚀不挥发等固态电池是指采用固态电解质的锂离子电池与传统液态锂电池相比全固态电池在安全性方面更加优秀以蔚来此次搭载的固态电池为例和宁德时代提供的100kWh电池相比蔚来使用的固态电池重量只增加了20kg但是单体数量是前者的4倍因此实现了高达261Whkg的能量密度而这个数据已经超过了宁德时代的麒麟电池后者最高能量密度为255Whkg而在续航表现上搭载固态电池的ES6续航可达930kmET7的续航可超过1000km固态电池产业化进程中半固态电池先行固态电池使用的固态电解质具有不易燃耐高温无腐蚀不挥发的特性使得电池对温度的敏感性降低固态电池的技术发展采用逐步转化策略液态电解质含量逐步下降全固态电池是最终形态依据电解质分类锂电池可分为液态半固态准固态和全固态四大类其中半固态准固态和全固态三种统称为固态电池固态电池产业链主要变化在中游电解质和负极材料与液态锂电池大致相似区别在于中上游的负极材料和电解质不同若发展至全固态电池隔膜可能也完全被替换固态电池的重要特点是其能量密度大打开能量密度天花板电芯设计上固态电池没有液体电解质和隔膜的存在可供储能空间更大相比传统锂电池250Whkg的能量密度固态电池能量密度目前已经接近400Whkg未来五年锂离子动力电池的单体能量密度有望提高至300Whkg以上但这个数据接近现有的液态锂电理论天花板依靠已有的三元体系难以实现电池单体能量密度高于350Whkg的目标固态电池有很大希望突破500Whkg关口可将电动汽车续航里程拉至1000公里以上循环次数超500次另外固态电池工作温度范围宽支持超级快充是未来电池的终极形态请务必阅读正文之后的免责条款部分4of11产业深度全固态材料及工艺未定半固态过渡方案产业化基础良好由于全固态电池目前三种路线均有瓶颈其电解质制备电池生产工艺等均处于实验室阶段市场目前推进半固态半固体产业化的基础是基于以下三点1预锂化技术逐步成熟2半固态电池供应链与现有锂电池供应链重合度较高3添加少量电解液可降低固态电池界面阻抗在固体电解质中添加液态电解质可使电极与固态电解质接触更加充分进而降低界面阻抗2018年西安大略大学发现加入少量的电解液便可极大地降低LiFePO4正极和LATP电解质间的界面阻抗但由于半固态性能较高镍三元未有大幅提升且倍率较低循环仅达800次竞争力有待提高半固态电池与全固态电池的工作原理是相通的全固态电池前半固态先行半固态电池是锂离子电池细分中的混合固液锂电池其电芯中固态电解质和液态电解质均存在电解液含量占比在5-10半固态电池充电时正极的锂离子从活性物质的晶格脱嵌通过固态电解质向负极迁移电子通过外电路向负极迁移两者在负极处复合成锂原子合金化或嵌入到负极材料中半固态电池成本明显小于全固态电池根据浙江锋锂新能源公司数据显示半固态电池电芯BOM成本为05729元Wh而传统液态电池电芯BOM成本为05766元Wh半固态电芯BOM成本低于液态电池电芯BOM成本在电芯BOM成本中传统液态电池膜电解液为01145元Wh半固态电池膜电解液01108元Wh其中半固态电池固态膜成本占比较大但电解液成本占比相比较小22半固态电池产业化进程稳步推进1卫蓝新能源宣布车规级半固态动力电芯正式下线预计首搭蔚来ET7车型150度电的电池包能量密度达360Whkg实现1000公里的续航里程2赣锋锂业搭载半固态电池的50台东风风神E70搭载了赣锋锂业的第一代固态电池第二代预计24年量产刚发布的岚图追光已经正式上市搭载了半固态电池3国轩高科其互动平台表示公司的高安全半固态电池单体能量密度达360Whkg配套车型的电池包电量达160KWh续航里程超过1000km半固态电池匹配客户需求预计2023年批量交付高合HiPhiX有可能率先搭载国轩高科的半固态电池新产品4红旗2022年12月宣布其固态电芯制造开发成功5比亚迪比亚迪的固态电池在使用硅基材料作为固态电池负极时能量密度预计请务必阅读正文之后的免责条款部分5of11产业深度能达到400Whkg是目前刀片电池的能量密度的两倍多180Whkg意味着其固态电池的综合性能更强能给予纯电动汽车更长的续航里程首款搭载比亚迪固态电池的车型可能是其旗下豪华品牌仰望的新车型其固态电池的技术有待进一步观察6宝马与SolidPower合作其将在德国生产固态电池7辉能科技公司正考虑投资80亿美元新建超级工厂2023年年初完成选址8清陶能源2022年2月份总投资50亿元的清陶新能源固态锂电池产业化项目在昆山开发区破土动工产能规划10GWh达产后预计新增年产值100亿元半固态电池产业化项目进度已较为清晰确定性的在2023年已进行量产上市如蔚来ET7卫蓝新能源岚图追光赣锋锂业高合HiPhiX国轩高科等比亚迪和宁德时代等头部电池厂具体相关的固态电池进展将成为产业重要风向标图1固态电池技术发展路线数据来源固态电池的开发现状及应用思考中科院物理所3半固态电池主用氧化物电解质引领固态电池产业化浪潮半固态电池对现有锂电产业链冲击主要在中游隔膜与电解液环节从产业化方向看来固态电池产业化落地过程中半固态将作为衔接率先产业化固态电池的电解质设备制造电池设计等环节将具备较大空间请务必阅读正文之后的免责条款部分6of11产业深度半固态电池电芯中固态电解质与液态电解质均存在电解液含量约在5-10固态电池正极材料较现有锂电池变化不大承接原有高镍体系负极材料提升能量密度硅氧添加比例逐渐升高远期或将由锂金属负极取代半固态与固态电池变化的核心是将原有的隔膜与电解液合二为一变为固态电解质目前半固态电池电芯主要使用的固态电解质是氧化物电解质硫化物电解质或为全固态电池主流路线硫化物电解质在半固态电池技术路线中发展空间相对有限它是全固态电池的主流路线电极中液体会破坏硫化物材料结构进而影响电池性能目前氧化物体系研发成本和难度相对较低因此较多厂商半固态路线选择氧化物技术路线而硫化物研发难度较高因其优异性能和较大潜力吸引资本较雄厚的电池厂商投入研发作为全固态电池的技术路线目前的技术路线来看电解质主要有3条路线硫化物氧化物聚合物其各有优缺点1硫化物核心在硫化锂的价格与产能优点硫化物固态电解质具有超高的离子电导率和良好的机械性质其离子电导率可媲美液态电解质易于构筑完全不含电解液的全固态锂电池其材料较软跟负极接触相对较好仅从技术上讲这是最有希望量产的固态电解质缺点其空气稳定性差潮湿空气里面不稳定会产生硫化氢气体且硫化氢毒性较高合成工艺复杂生产率低且生产成本高合成硫化物电解质会用到硫化锂前驱体硫化锂前驱体成本非常昂贵整体的倍率性较低使用后有明显的衰减以上极大地阻碍了硫化物电解质的大规模应用另外当前硫化物的相关专利有60以上被丰田申请未来或将涉及专利问题2氧化物核心在做薄电解质从而提升能量密度优点电导率适中具有相对较高的离子电导率和较稳定的化学特性成本相对便宜其原材料较硫化物更便宜锂镧锆钛氧这些元素制备对环境要求不苛刻以上优点有利于于大规模生产和应用缺点面电阻较大电导率变低后带来的面电阻比较大加工困难氧化物类似于一个陶瓷体很难做得很薄做不薄则整体的能量密度和体积电阻非常大存在刚性界面接触的问题以及严重副反应氧化物做成陶瓷体之后陶瓷体本身硬度较大所以与正极负极接触较差在微观结构下将产生很多气孔气孔处没有填充电解质因此无法传导锂离子导致整体的性能较差3聚合物核心在稳定量产吸湿性空气稳定性差优点聚合物固态电池结合了硫化物和氧化物优势电导率较氧化物体系更高跟硫化物比会差一点整体成本较低其原料的元素多为氯锆等相对便宜合成过程相对简单聚合物电解质层可通过请务必阅读正文之后的免责条款部分7of11产业深度干法或湿法制备电芯组装通过电极和电解质间的卷对卷复合实现干法和湿法都非常成熟易于制造大电芯易于制备出双极内串电芯从而提升单体电池电压缺点与负极的接触不稳定成膜均一性难控制难兼容高电压正极材料导致能量密度不高电池只能在高温下工作4复合固态电解质CSSEs主要是以氧化物硫化物等为代表的无机固态电解质和以聚氧化乙烯等聚合物为代表的有机固态电解质两者的结合利用路易斯酸碱相互作用增加链段运动能力协同提升界面离子传输图22022-2030年中国固态电池出货量预测GWh300025112500200015751500988100062038950024429591200020222023E2024E2025E2026E2027E2028E2029E2030E数据来源中商产业研究官网半固态电池性能介于液态电池与全固态电池之间性能较液态电池优势明显其作为固态电池的细分优点包括安全性好能力密度高灵活性好循环寿命更长工作温度范围宽耐挤压震动等安全性来自其固态电解质固态电解质具有耐高温不可燃特点其后续电池管理系统非常重要半固态电池的高电压比和高安全性可是电池管理系统进一步简化从而达到更高能量密度半固态电池灵活性更高可采用内串成组方式提升整体电压减少包装结构提高成组效率目前技术方面需注意控制正负极体积的膨胀保持界面接触以保持长循环寿命以及使用超离子导体固液结合热管理等方式宽温区工作控制半固态电池与传统液态电池的正极材料相似其正极材料主要有三元正极材料尖晶石结构的锰酸锂材料橄榄石结构的磷酸铁锂材料在半固态电池专利中清陶能源卫蓝新能源国轩高科锋锂能源蔚来汽车的专利中均使用三元正极材料而国轩高科的专利中使用高镍三元正极材料半固态电池负极材料主要有三种路线金属锂负极碳基负极和氧化物负极负极的发展路径为掺硅由石墨负极到硅碳硅氧负请务必阅读正文之后的免责条款部分8of11产业深度极最终到高容量低电位的金属锂负极材料石墨是锂电池最初的负极材料有适合锂离子嵌入和脱出的层状结构同时具有良好的电压平台充放电效率在90以上但石墨碳理论容量较低目前应用已经基本达到理论极限其无法满足高能量密度需求石墨烯碳纳米管等纳米碳作为新型碳材料随之出现其电池容量可扩大2-3倍随着锂电池对于高能量和高安全性的需求越来越高硅基材料应运而生硅的储备量丰富成本低无污染并且硅基材料比碳基材料的理论比容量更高其缺点是体积膨胀严重其在嵌锂过程中体积膨胀严重体积变化率高达260未来负极材料或最终演变为金属锂负极金属锂有高容量低电位的优势且在液态电池固态电池中均可使用被视为固态电池发展最有前景的负极材料半固态电池目前主用氧化物电解质其电芯中固态电解质和液态电解质均存在目前半固态电池电芯主要使用的固态电解质是氧化物电解质硫化物电解质在半固态电池技术路线中发展空间相对有限它是全固态电池的主流路线因为电极中液体会破坏硫化物材料结构进而影响电池性能表1正极材料理论性能对比数据来源据钜大锂电锂离子电池公众号Recentadvancesinlithium-richmanganese-basedcathodesforhighenergydensitylithium-ionbatteries孙春文高性能锂离子电池正极材料镍钴锰酸锂的工业化探索胡东阁整理请务必阅读正文之后的免责条款部分9of11产业深度表2负极材料理论性能对比数据来源根据新能源时代XNY公众号整理4风险提示新能源车销售不及预期地区排产计划变动产品研发不及预期等受汽车产业链新建产能变化影响及全球新能源车或销量不及预期或因上下游原材料产出及量产能力限制影响产业产品研发情况请务必阅读正文之后的免责条款部分10of11产业深度本公司具有中国证监会核准的证券投资咨询业务资格分析师声明作者具有中国证券业协会授予的证券投资咨询执业资格或相当的专业胜任能力保证报告所采用的数据均来自合规渠道分析逻辑基于作者的职业理解本报告清晰准确地反映了作者的研究观点力求独立客观和公正结论不受任何第三方的授意或影响特此声明免责声明本报告仅供国泰君安证券股份有限公司以下简称本公司的客户使用本公司不会因接收人收到本报告而视其为本公司的当然客户本报告仅在相关法律许可的情况下发放并仅为提供信息而发放概不构成任何广告本报告的信息来源于已公开的资料本公司对该等信息的准确性完整性或可靠性不作任何保证本报告所载的资料意见及推测仅反映本公司于发布本报告当日的判断本报告所指的证券或投资标的的价格价值及投资收入可升可跌过往表现不应作为日后的表现依据在不同时期本公司可发出与本报告所载资料意见及推测不一致的报告本公司不保证本报告所含信息保持在最新状态同时本公司对本报告所含信息可在不发出通知的情形下做出修改投资者应当自行关注相应的更新或修改本报告中所指的投资及服务可能不适合个别客户不构成客户私人咨询建议在任何情况下本报告中的信息或所表述的意见均不构成对任何人的投资建议在任何情况下本公司本公司员工或者关联机构不承诺投资者一定获利不与投资者分享投资收益也不对任何人因使用本报告中的任何内容所引致的任何损失负任何责任投资者务必注意其据此做出的任何投资决策与本公司本公司员工或者关联机构无关本公司利用信息隔离墙控制内部一个或多个领域部门或关联机构之间的信息流动因此投资者应注意在法律许可的情况下本公司及其所属关联机构可能会持有报告中提到的公司所发行的证券或期权并进行证券或期权交易也可能为这些公司提供或者争取提供投资银行财务顾问或者金融产品等相关服务在法律许可的情况下本公司的员工可能担任本报告所提到的公司的董事市场有风险投资需谨慎投资者不应将本报告为作出投资决策的惟一参考因素亦不应认为本报告可以取代自己的判断在决定投资前如有需要投资者务必向专业人士咨询并谨慎决策本报告版权仅为本公司所有未经书面许可任何机构和个人不得以任何形式翻版复制发表或引用如征得本公司同意进行引用刊发的需在允许的范围内使用并注明出处为国泰君安证券研究且不得对本报告进行任何有悖原意的引用删节和修改若本公司以外的其他机构以下简称该机构发送本报告则由该机构独自为此发送行为负责通过此途径获得本报告的投资者应自行联系该机构以要求获悉更详细信息或进而交易本报告中提及的证券本报告不构成本公司向该机构之客户提供的投资建议本公司本公司员工或者关联机构亦不为该机构之客户因使用本报告或报告所载内容引起的任何损失承担任何责任国泰君安证券研究上海深圳北京深圳市福田区益田路6003号荣超商务中心北京市西城区金融大街甲9号金融地址上海市静安区新闸路669号博华广场20层B栋27层街中心南楼18层邮编200041518026100032电话0213867666607552397688801083939888E-mailgtjaresearchgtjascom请务必阅读正文之后的免责条款部分11of11