固态电池（Solid-State Battery）主要由固态电解质、正负极活性物质组成。传统锂离子电池的电解质为液态电解质，液态电解质存在易泄漏、热稳定性差、电池内部短路引起起火爆炸等一系列安全隐患，固态电解质相比传统液态电解质具有安全性高、能量密度大、循环性能好、工作温度范围宽、回收方便等优点，固态电解质锂离子电池是当今储能领域的研究热点之一。固态电池有广义与狭义之分，狭义上的固态电池是指电芯中含有较高质量或体积比的固体电解质，同时含有少量液体电解质的电池，是混合固液锂离子电池的一种，而广义上的固态电池则包括混合固液锂离子电池和全固态锂离子电池，其中半固态、准固态、固态锂离子电池都属于固液锂离子电池，本文采用广义的固态电池概念。
一、固态电池行业产业链分析
固态电池主要由固态电解质与正负极活性物质组成，产业链上游包括正极材料供应商、负极材料供应商与固态电解质供应商，正极材料供应商有湖南裕能、德方纳米、龙蟠科技等，负极材料供应商有贝特瑞、璞泰来、尚太科技等，固态电解质供应商有Bolloré、SEEO、宁德时代等。产业链中游为固态电池生产商，代表性参与方有赣锋锂业、清陶能源、卫蓝新能源等。产业链下游包括新能源汽车制造商、消费类电子产品制造商与储能系统集成商，新能源汽车制造商有特斯拉、蔚来、比亚迪等，消费类电子产品制造商有大族激光、立讯精密、歌尔股份等，储能系统集成商有国家电网、南方电网、华能集团等。
图表：固态电池行业产业链分析
资料来源：中经百汇研究中心
固态电池产业链上游链路较为复杂，下游应用场景广阔，固态电解质作为电池的核心材料，目前仍存在室温条件下离子电导率不高、固态电解质与正负极之间界面阻抗较大、全固态电解质成本较高等问题，电解质新材料的开发与工艺的改进程度将成为产业链发展的重要制约因素。当前半固态锂电池的制备工艺流程可兼容传统锂电池生产工艺，具备快速落地的可能性。卫蓝新能源的半固态电池之所以能快速推向市场，正是因为尽可能地借用了现有液态电池装备和工艺，其中仅有10%-20%的工艺设备要求不同，包括固态电解质膜引入、原位固化工艺、负极一体化工艺等。而全固态锂电池与传统锂离子电池的生产工艺存在一定区别诸多环节需要进行调整。未来固态电池的市场化推广需要产业链上下游的协同，配置相应材料的生产设备及工艺，有效推动电池全产业链的成本的降低。
二、固态电池产业链上游分析
1、固态电池正极材料供应商
固态电池产业链上游包括固态电池正极材料供应商。高能量密度的固态电池需要高容量的正极材料，在全固态锂离子电池中，界面问题导致锂离子脱嵌效率更低，对应的正极材料需要具备高电位、高比能量、高比功率、长循环寿命等特点。根据2022年欧洲最大的应用科学研究机构弗劳恩霍夫协会下属系统与创新研究所（Fraunhofer ISI）发布的《Solid-State Battery Roadmap 2035+》，针对固态电池正极材料，传统的层状氧化物材料如锂镍锰钴氧化物(NMC)，以及锂镍钴铝氧化物(NCA)、钴酸锂(LCO)应用的技术潜力最高，其次是中等价格和中等性能的磷酸铁锂(LFP)或高电压材料。其中由于磷酸铁锂的低成本和高安全性，其市场应用潜力与层状氧化物材料相当。
2、固态电池负极材料供应商
固态电池产业链上游包括固态电池负极材料供应商。全固态锂二次电池的负极材料目前主要集中在金属锂负极材料、碳族负极材料和氧化物负极材料三类：金属锂负极材料的优点是高容量、低电位，缺陷在于循环过程中电极体积变化大，严重时会导致电极粉化失效，循环性能大幅下降，并且锂是电极活性物质，相应的安全隐患依然存在。碳族负极材料的优点是技术成熟、价格低且充放电效率高，缺陷在于碳的理论容量较低，可开发空间已不大。氧化物负极材料的优点是理论比容量高，缺陷在于大量的锂会在电化学反应过程中被消耗，造成巨大的容量损失，并且循环过程伴随着巨大的体积变化，也易造成电池的失效。目前金属锂是全固态锂电池最主要的负极材料之一。2021年，比亚迪公开了一项名为《用于电池负极的复合固态电解质材料、负极片及全固态锂电池》的发明专利，提供了一种用于电池负极的复合固态电解质材料，该材料具有良好的电子电导性和离子电导性，可与负极活性材料制得致密度高的负极片，进而利于提升电池的电化学性能。专利给出部分实验数据，其中采用本方案制作的负极材料首次放电比容量高达830mAh/g。
3、固态电解质供应商
固态电池产业链上游包括固态电解质供应商，固态电解质也是固态电池区分于传统电池的核心材料。固态电解质可分为无机固态电解质、聚合物固态电解质和复合固态电解质三类，氧化物与硫化物属于无机陶瓷电解质，聚合物电解质有聚氧化乙烯(PEO)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚丙烯腈(PAN)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP)等。当前，全球布局聚合物电解质的企业有Bolloré、SEEO、宁德时代、Ionic、Solid Power、Bat Scap等，布局氧化物电解质的有TDK、村田制作所、NGK、Sakti3、Quantum Scape等，布局硫化物电解质的有丰田、宁德时代、松下、三星SDI等。纵览全球固态电池核心材料布局，既有初创公司，也有国际电池巨头厂商。从技术路线的选择来看，欧美企业偏好氧化物和聚合物技术路线，而日韩企业多布局于硫化物路线。固态电池上游核心材料尚未形成统一和融合的发展局面，总体呈现多技术路线并行的发展现状。
三、固态电池产业链中游分析
产业链中游为固态电池生产商。当前，全球动力电池主流路线仍然为液态锂离子电池，个别整车企业研发了半固态锂电池并实现小规模应用，但能量密度与全固态电池相比仍相差较大。尽管目前固态电池技术研发方面仍然存在许多困难和挑战，但固态电池已经成为多数主要锂电池生产商的未来发展路线，尤其是对于下游整车企业。预计到2025年，将成功研发固态聚合物锂电池并实现小规模量产；到2030年，市场可能会引入具有竞争性的性能指标，且固态混合电解质和固态陶瓷电解质已处于应用研究或基础研究阶段；固态电池行业的最终发展目标是能够实现其400Wh/Kg的能量密度并能够完整循环1,000次及以上，该目标预计将于2030年以后实现。整体来看，未来全球固态动力电池市场仍有较大发展空间和潜在增量。中国固态电池近年迎来研究热潮，2017年以前，中国固态电池相关国家专利年度申请数量在100项以下，2020-2022年间，固态电池相关国家专利年度申请数量均保持在500项以上，截至2023年2月末，中国固态电池相关国家专利申请数量已达2,751项。
四、固态电池产业链下游分析
1、新能源汽车制造商
固态电池产业链下游的应用场景包括新能源汽车。作为改变能源结构、实现绿色发展的重要手段，近年来，新能源汽车保持快速增长态势，2022年，中国新能源汽车产销分别完成705.8万辆和688.7万辆，同比分别增长96.9%和93.4%，市场占有率达25.6%，高于上年12.1%，创历史新高。中国新能源汽车行业已经从政策驱动转向市场拉动的新阶段，呈现出市场规模和质量双提升的良好发展态势。2021年1月，蔚来推出新款轿车ET7，宣布将在2022年第四季度装备150kWh的固态电池，该固态电池可实现360Wh/kg的超高能量密度，将续航里程提升至1000公里。2023年2月，蔚来联合创始人、总裁秦力洪表示，蔚来150kWh电池包预计2023年暑期上线，全新的蔚来ES8续航可达到850km，ES6续航可达到900km，而ET7续航里程突破1000km。
2、储能系统集成商
固态电池产业链下游的应用场景包括储能系统。储能系统主要由电池组、电池管理系统（BMS, Battery Management System）、能量管理系统（EMS, Energy Management System）、储能逆变器（PCS, Power Conversion System）四个部分构成，其中电池组是储能系统最核心的组成部分，与BMS结合组成储能电池系统，成本占比高达65%。BMS可以控制电池组信息与状态，电池组与PCS完成电池充电与放电的过程进行储能。PCS、EMS、BMS三个部分相互作用，在控制系统其他组成部分的同时互相提供状态信息，协调合作，共同服务储能系统。当前卫蓝新能源固态储能电池产品已经实现全球首个2MWh级商业化示范项目应用，未来固态电池的装机有望推动电化学储能技术的长足进步。
3、消费类电子产品制造商
固态电池产业链下游的应用场景包括消费类电子产品。消费电子行业是电子信息行业的子行业，指围绕着消费者应用而设计的与生活、工作和娱乐息息相关的电子类产品，通常会应用于娱乐、通讯以及文书用途，最终实现消费者自由选择资讯、享受娱乐的目的，主要侧重于个人购买并由个人消费的电子产品。2022年，中国电子信息制造业实现营业收入15.4万亿元，同比增长5.5%，实现利润总额7,390亿元，营业收入利润率为4.8%。固态电池中的全固态电池按照制造方式可分为堆积型电池和薄膜型电池，其中薄膜型电池储存能量相对较少，但具备循环寿命长、易于制造等优点，适用于传感器等小型设备。当前在消费类电子产品领域积极推进全固态电池的原因之一是可弥补液态锂离子电池不耐高温的弱点，固态电池更加耐热，可直接焊接在电子基板上，用于电子设备的备份电源和物联网传感器。2019年，日本村田制作所开发出一种全固态电池，该电池在大幅提高可存储电力的同时兼顾安全性，可为实现小型、高性能的物联网和可穿戴设备做出贡献。目前用于消费电子领域的固态电池已先于车用固态电池实现市场化推广。
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