【摘要】 目前，固态电池面临的主要经济痛点包括固态电解质的高成本、原材料供应链不完善以及制造设备的特殊需求。

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固态电池是采用固态电解质代替传统液态电解质的新型电池技术，具有更高的安全性和能量密度。目前，固态电池面临的主要经济痛点包括固态电解质的高成本、原材料供应链不完善以及制造设备的特殊需求。尽管如此，固态电池的发展趋势显示出巨大的潜力，预计在未来十年内将实现显著的技术突破和市场增长。市场挑战主要包括技术难点的克服、成本的降低以及产业协同的加强。随着技术的不断进步，固态电池有望在新能源汽车、消费电子和储能等领域得到广泛应用。

 

三大经济痛点

●科技电极新材料生产难度大且价格高昂

目前固态电池部分原材料未实现量产，电池电极材料成本高，如采用石墨负极的硫化物固态电池材料成本最高，达到137.9美元/kWh，远高于传统锂电池93.2美元/kWh，且所需的电极材料均是高科技新材料，既需要科技进步降低生产难度，也需要时间由市场消化高昂的价格使其被广泛使用。但采用锂负极可大幅降低固态电池成本，提升产品竞争力。

 

●固态电池原材料供应链及电池制造设备不完善

目前固态电池部分原材料未实现量产，整体产业链尚不完善，因此电池制造成本较高。此外，固态电池作为新型电池，工艺制造缺乏特定的设备，如烧结、真空、干燥房、特定气氛等环节均将增加固态电池制造成本。

 

●固态电池电极材料成本高

氧化物正极材料主要是氧化铝、氧化钛等无机材料制成；硫化物正极材料则是由硫、硫化物及聚合物构成；而聚合物正极则是由聚碳酸酯、纤维素等多种高分子化合物组成。如性能可观的LGPS型硫化物电解质来说，锗的高成本阻碍了量产。此外，固态电池所需的电极材料都是高科技新材料，既需要科技进步降低生产难度，也需要时间由市场消化高昂的价格使其被广泛使用。

采用锂负极可大幅降低固态电池成本，提升产品竞争力。由于没有繁琐的电解质填充环节，固态电池的电池组装的材料和加工成本都较低。采用锂金属负极的固态电池材料成本86.5美元/kWh，略高于硅碳负极传统锂电池，但其加工成本仅15.5美元/kWh，总成本为102.0美元/kWh，低于传统锂电池（石墨负极液态电池118.7美元/kWh，硅碳负极107.2美元/kWh），具有较高性价比。

 

固态电池和液态电池的制造成本比较

资料来源-国联证券研究所

 

发展趋势

●原材料实现迭代升级

固态电池技术发展和应用将按“固态电解质→新型负极→新型正极”形式呈现梯次渗透。核心在于引入新材料体系：负极材料将从石墨向硅基负极、含锂负极、金属锂负极升级；正极材料从高镍三元，向高电压高镍三元、超高镍三元、再向尖晶石镍锰酸锂、层状富锂基等新型正极材料迭代升级。

现有负极体系短期内可继续使用，但对提高电池能量密度帮助有限。石墨负极性能稳定，体积变化小，产业成熟，适合固态电池初期使用，以减少技术变革成本。然而，固态电解质密度大于液态，可能导致固态电池能量密度低于液态电池。

锂金属负极具有高能量密度优势，但稳定性问题需解决。锂金属电池在材料和加工成本上低于其他类型，总成本可比液态锂离子电池（LIB）降低14%。掌握锂金属负极技术的公司将在性能和成本上获得优势，占据市场领先地位。

 

不同固态电池负极材料的对比

资料来源-中国银河证券

 

正极材料体系已成熟，固态电解质能提高工作电压。目前固态电池可继续使用现有的成熟正极材料。固态电解质的电压稳定性允许使用高电压正极材料，如尖晶石氧化物，从而提升电池性能，包括功率和快充能力。

固态电池技术的发展为锂金属电池和锂空气电池提供了新机遇。锂金属负极的应用扩展了正极材料的选择，包括能量密度更高、成本更低的硫系材料。锂空气电池尤其具有潜力，其理论能量密度极高，可达3500Wh/kg。

 

不同固态电池正极材料的对比

资料来源-中国银河证券

 

市场挑战

全固态电池的研发和量产面临重大挑战。尽管研究处于发展阶段，基础理论尚未完全成熟，但固态电解质的电导率低和固-固界面稳定性差是主要技术难点。目前，尚未找到综合性能达标的固态电解质，且固-固接触界面问题也未良好解决。从产业链角度来看，全固态电池的上游材料供应链、匹配新工艺的设备等还不成熟，产业化成本过高。此外，全固态电池体系对现有产业结构冲击较大，例如隔膜企业面临重大转型问题，因此全固态电池的发展态势还不明朗。预计到2024-2025年，固态电池将迎来技术新突破，但在此之前，全固态电池的量产仍然任重道远。

 

全固态电池发展的现存问题总结及其量产决定因素、标志

资料来源-中国银河证券

 

半固态电池是过渡技术，与现有锂离子电池体系兼容性高，能利用现有生产线，技术迭代快。科研机构如德国弗劳恩霍夫机构和中科院物理所看好其产业链。预计2024年，动力和储能级别的半固态电池将开始应用，产业化进程正在加速。

 

资料来源-中国银河证券

 

新能源电池材料测试

 

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