固态电池核心材料全景解析：五大领域龙头与产业化进程
近期，中信建投研报指出，固态电池行业市场空间巨大，正迎来产业化关键期。
产业化层面，2025-2026年国内中试线密集落地，启动全固态装车验证，2027年全固态电池将实现小批量装车，2028-2029年有望先在低空经济、机器人等高价值量领域率先放量，2030年进入中高端动力领域规模化应用阶段。
事实上，固态电解质是固态电池最大的核心变量。
传统液态电池主要采用液态作为电解质材料，而固态电池采用固态电解质实现锂离子输送和内部电流传导。
从电解质路线的选择来看，目前半固态电池多选用氧化物和聚合物或两者复合的路线，全固态电池锚定硫化物路线，此外卤化物路线亦具备较大潜力。 一、固态电解质 目前，固态电池有三大路线，其分别是聚合物固态电解质、氧化物固态电解质、以及硫化物固态电解质（硫化锂）。 （1）聚合物固态电解质： 定义：聚合物电解质以高分子聚合物为基体，通过添加锂盐形成离子传输通道，是实现固态电池近期商业化的主要路径之一。 成分组成：主要由聚合物基体和锂盐组成。常见的聚合物基体包括聚环氧乙烷（PEO）、聚丙烯腈（PAN）、聚偏氟乙烯（PVDF）及其共聚物（如PVDF-HFP）。 常用的锂盐包括双三氟甲基磺酰亚胺锂（LiTFSI）、六氟磷酸锂（LiPF₆）。其传导离子的原理是锂离子与聚合物链段上的官能团（如-O-）发生配位和解离，通过链段运动实现迁移。 优势：柔韧性好，与电极的界面接触良好；加工性能优异，可通过溶液浇铸、涂覆等工艺制成薄膜，与现有锂电池产线兼容性高；安全性高，避免了液态电解液的泄漏和燃烧风险。 劣势：最核心的短板是室温离子电导率低（通常<10⁻⁵ S/cm），严重影响电池的倍率和低温性能，许多体系需在60-80℃加热环境下工作；机械强度相对较低，存在锂枝晶刺穿风险；电化学窗口较窄（~3.8V），限制了其与高电压正极材料的匹配。 产业化进程： 聚合物电解质是最早实现固态电池装车的技术路线。当前的产业化产品多为半固态或准固态电池，通过添加少量液态电解液或增塑剂来改善界面和离子电导率。 值得一提的是，原位固态化技术是重要方向，即在电池内将液态前驱体聚合成固态，从而改善界面接触。 代表企业： 卫蓝新能源：掌握“原位固态化”技术，为蔚来ET7提供的150kWh半固态电池包，能量密度达360Wh/kg，助力车辆实现超1000公里续航。 法国Bolloré集团：较早将聚合物固态电池（LMP®）应用于电动公交车和储能领域，其技术以PEO基为核心，需在高温下工作。与宝马、大众、富士康等有合作计划。 宁德时代 (300750)：布局多种固态电解质技术路线，包括聚合物体系。 鹏辉能源 (300438)：主营聚合物锂离子电池等产品，位列聚合物电解质概念龙头企业。 （2）氧化物固态电解质： 定义：氧化物电解质通过金属氧化物晶格结构的缺陷位点进行离子传导，综合性能平衡，是当前国内产业化进展较快的路线。 成分组成：属于无机固态电解质，种类繁多。主流材料包括： ①石榴石型：如锂镧锆氧(LLZO)，具有较高的离子电导率和对金属锂稳定性。 ②NASICON型：如磷酸铝钛锂 (LATP)，离子电导率较高，但对锂金属不稳定。 ③钙钛矿型：锂镧钛氧(LLTO)，电导率高但存在晶界电阻。 优势：热稳定性优异，分解温度高；电化学窗口宽（>5V），可匹配高压正极材料；空气稳定性好，生产环境要求低于硫化物。 劣势：材料硬而脆，与电极的固-固界面接触差，界面阻抗大；室温离子电导率（10⁻⁵ ~ 10⁻³ S/cm）虽优于聚合物但仍需提升；通常需要高温烧结制备，成本较高。 产业化进程：氧化物路线有望在半固态和准固态电池中最快实现规模化上车。通过制备复合电解质（氧化物与聚合物复合）或构建柔性界面层来改善接触问题是当前研发重点。此外，薄膜型氧化物电解质（LiPON）已在微型消费电子领域获得应用。 代表企业： 清陶能源（上汽集团 600104）：依托清华大学技术，其开发的QT-360固态电池单体能量密度达368Wh/kg。 赣锋锂业 (002460)：采用氧化物厚膜技术路线，已建成0.3GWh固液混合电池产能，并与东风汽车合作开发固态电池。 辉能科技：专注于氧化物体系，2019年与蔚来合作，规划在2025年将产能提升至54GWh。 （3）硫化物固态电解质（硫化锂）： 定义：硫化物电解质用硫原子取代氧原子，提供了更宽阔的离子传输通道，是理论上性能潜力最大的路线，也被视为全固态电池的终极方案之一。 成分组成：主要由锂、磷、硫等元素构成。硫化锂（Li₂S）是重要的基础原料。其主流体系包括： ①Thio-LISICON型：如硫代锗磷酸锂(LGPS)，室温电导率高达1.2×10⁻² S/cm，甚至超过液态电解液，但含昂贵的锗元素。 ②硫银锗矿型 (Argyrodite)：如Li₆PS₅X(X=Cl, Br, I)，是目前的研究热点，通过元素掺杂优化性能，室温电导率可达10⁻³ S/cm量级。 ③玻璃陶瓷型：如Li₂S-P₂S₅体系，通过热处理获得非晶和晶态共存结构以提升电导率。 优势：室温离子电导率极高，是目前所有固态电解质中最有希望媲美甚至超越液态电解液的类型；材料较软，与电极接触性好，界面阻抗相对较低。 劣势：空气稳定性极差，遇空气中的水汽会发生剧烈反应，生成有毒、易燃的硫化氢（H₂S）气体，这对生产、运输、储存和电池封装都提出了极其苛刻的要求（需全程惰性气氛），大幅推高成本；热稳定性较差，高温下易发生相变；与高电压正极的界面稳定性仍需优化。 值得关注的是，硫化锂是硫化物固态电解质的核心原料，占据单块固态电池总成本近80%。 成分组成：硫化锂（Li₂S）通常不作为独立的电解质材料使用，而是作为合成其他硫化物固态电解质（如Li₂S-P₂S₅系列、硫银锗矿型电解质）的最核心的锂源和硫源原料。 产业化进程：硫化物路线因其巨大的潜力和极高的难度，吸引了众多中日韩巨头和全球头部电池企业长期投入研发，但目前尚无大规模量产产品上市。 研发重点在于通过表面包覆、元素替换（用Sn、Si替代Ge）等工艺提升材料的空气稳定性和降低材料成本。业界普遍预期其产业化时间节点会在2027年。 代表企业： 宁德时代 (300750)、LG化学、三星SDI、松下：这些全球主流电池巨头均将硫化物路线作为重要的研发方向。 丰田汽车：是全球硫化物路线最著名的代表，已进行长达十几年的技术积累，拥有大量专利，但尚未正式量产装车。 二、正极&负极材料 固态电池正负极材料的选择直接决定了电池的能量密度、安全性和循环寿命。 （1）高镍三元正极材料： 定义：高镍三元材料（NCM/NCA，镍含量≥80%）是目前与固态电池匹配度最高、产业化进程最快的正极材料。 成分组成：主要由镍（Ni）、钴（Co）、锰（Mn）或铝（Al）组成。常见体系包括NCM811（Ni80%、Co10%、Mn10%）、NCM9055（Ni90%、Co5%、Mn5%）以及NCA（镍钴铝）。 优势：高能量密度（理论比容量~220mAh/g），能有效提升电池续航；电压平台高，适配固态电解质的宽电化学窗口。 劣势：镍含量提升会导致循环稳定性和热稳定性下降，对生产工艺和环境（干燥间）要求极高。 产业化进程：高镍三元是当前半固态电池的主流选择，多家头部电池企业的量产产品均采用该路线。全固态电池研发也普遍优先选用高镍三元作为正极。 代表企业： 容百科技（688005）：高镍三元正极龙头，其8系单晶固态正极材料S83L已实现吨级出货，9系单晶材料S93LS接近吨级出货，能量密度达225mAh/g。 当升科技（300073）：采用双相复合工艺解决超高镍安全性问题，产品已批量导入清陶能源、卫蓝新能源、辉能科技等主流固态电池厂商。 （2）富锂锰基正极材料 定义：富锂锰基（Li-rich Mn-based, LMR）被广泛认为是下一代全固态电池的理想正极材料，旨在解决资源和成本问题。 成分组成：可看作是层状Li₂MnO₃与层状LiMO₂（M为Ni、Co、Mn等过渡金属）按不同比例形成的固溶体。 优势：超高理论比容量（可达320mAh/g）和高电压平台（3.7V-4.6V），能大幅提升电池能量密度；成本低廉，原材料成本比三元材料低约15-20%，瓦时成本接近磷酸铁锂，且减少了钴等贵金属的依赖。 劣势：目前结构稳定性仍需改善，存在电压衰减、首效偏低等问题，商业化进程相对较慢。 产业化进程：目前仍处于实验室研发和中试阶段，是正极材料重要的长期发展方向。其大规模应用有望在2030年后，伴随全固态电池的成熟而落地。 代表企业： 格林美（002340）：富锂锰基正极材料通过晶格修饰技术优化性能，吨级产品已通过认证并出货，适配消费电子和无人机等场景。 湖南裕能（301358）：通过控制锰锂原子比，能量密度提升至350Wh/kg，并致力于通过该材料将正极成本降低40%以上。 （3）其他正极材料 ①磷酸铁锂（LFP）：凭借出色的安全性和循环寿命，以及低成本优势，在动力电池领域占据主流地位。通过开发4.5V高电压LFP材料，其能量密度得以提升，也可与固态电解质配合使用。 ②镍锰酸锂（LNMO）：具有高电压平台（4.7V）和低成本特点，是未来高电压正极的潜在选择之一。 （4）硅基负极材料： 定义：硅基负极被视为实现400Wh/kg能量密度目标的关键，是当前固态电池研发和应用的焦点。 成分组成：主要包括硅碳复合材料（Si/C）和硅氧复合材料（SiOₓ/C）。通过纳米化、复合化（石墨）来缓解体积膨胀问题。 优势：极高的理论比容量（可达4200 mAh/g，是石墨的10倍以上），能显著提升电池能量密度。 劣势：最大的挑战在于巨大的体积膨胀（可达300%），导致活性材料粉化、循环寿命差。 产业化进程：硅碳负极已在消费电子领域应用，并逐步向动力电池领域渗透。在固态电池体系下，得益于固态电解质更强的力学支撑，负极掺硅比例有望进一步提升，短期（400Wh/kg之前）是核心路线。 代表企业： 贝特瑞（835185）：技术全球领先，其第六代硅碳产品硅含量已达30%，快充型新品通过头部厂商测试，在eVTOL和固态电池领域小批量应用。公司还发布了创新的“S+i石墨”解决方案，有效解决硅基负极应用中的协同问题。 翔丰华（300890）：全球唯一量产纳米硅-石墨复合负极的企业，产品配套宁德时代凝聚态电池，并通过比亚迪认证。 （5）锂金属负极材料： 定义：锂金属负极是固态电池的“终极目标”，能最大化能量密度，但技术难度也最高。 成分组成：采用金属锂作为负极活性物质。 优势：最高的理论比容量（3860 mAh/g）和最低的电化学电位（-3.04V vs. SHE），是实现500Wh/kg以上超高能量密度的必然选择。 劣势：锂枝晶生长可能导致短路和热失控；体积变化大；与电解质的界面稳定性差，副反应多。 产业化进程：目前仍处于实验室研发和中试阶段，是业界长期攻坚的方向。预计在2030年后，随着界面问题等关键技术突破，才有望实现规模化应用。 代表企业： 贝特瑞（835185）：锂金属负极研发已进入中试阶段，循环寿命超过1000次。 中科院大连化物所：本所已开发出三维MXene/石墨烯气凝胶用于锂金属负极，展现了优异的循环稳定性（2700小时）和库伦效率（99%）。 三、隔膜&集流体 一方面，传统聚烯烃隔膜的功能正在被“骨架膜”所取代。它不仅是物理屏障，更成为支撑固态电解质、优化界面接触的关键组件。 另一方面，集流体是收集和传导电子的组件。固态电池，特别是为实现高能量密度而采用的高电压正极和锂金属负极，对集流体提出了更高要求。复合集流体因其轻量化和高安全性优势，成为重要发展方向。 （1）陶瓷隔膜： 定义：陶瓷隔膜是目前产业化进展最快、与现有工艺兼容性最高的路线，核心功能是提升热稳定性和安全性。 成分组成：主要由氧化铝（Al₂O₃）、勃姆石（γ-AlOOH）、氧化锆（ZrO₂）等无机陶瓷材料组成。通常以传统聚烯烃隔膜（PE/PP）为基体，在其单面或双面涂覆陶瓷颗粒与少量粘结剂的混合物。 优势：热稳定性极高（耐温超300℃），能有效防止热失控；抗穿刺能力强，可物理阻挡锂枝晶：化学性质稳定，与电解质兼容性好；生产工艺与现有液态电池隔膜产线兼容度高，改造成本低。 劣势：陶瓷颗粒本身不传导锂离子，离子传输仍依赖基膜微孔和浸润的液态电解液；增加了电池的额外重量和体积。 产业化进程：已大规模应用于液态锂电池以提升安全性，在半固态电池中作为过渡方案继续使用。QuantumScape将其陶瓷膜（Cobra）整合进标准产线，标志着该技术在固态电池中的应用取得重大进展。 代表企业： 恩捷股份（002812）：全球隔膜龙头，其陶瓷涂层隔膜已小批量供货。 壹石通（688733）：勃姆石材料龙头，产品是陶瓷涂覆的关键原料。 （2）固态电解质涂覆薄膜（SECS）： 定义：这是在陶瓷隔膜基础上的功能性升级，是向全固态电池过渡的关键技术之一。 成分组成：在聚合物基膜上涂覆一层具有离子导电功能的固态电解质材料（氧化物LLZO、LATP）与粘结剂的混合物。 优势：继承了陶瓷隔膜的物理加固优点；涂层本身可传导锂离子，能引导锂离子更均匀沉积，抑制枝晶；改善界面稳定性，与高活性电极材料兼容性更好；可减少液态电解液用量，适用于准固态电池。 劣势：制备工艺比陶瓷隔膜更复杂，可能需要烧结步骤；成本更高。 产业化进程：处于从实验室向产业化过渡阶段，国内多家企业已具备小批量供货能力，是当前研发和产业化的重点方向之一。 代表企业： 上海洗霸（603200）：开发基于氧化物电解质的固态涂覆隔膜和自支撑隔膜，已为头部电池企业交付多规格产品。 星源材质（300568）：已发布多款聚合物电解质隔膜和刚性骨架产品，其参股公司新源邦的氧化物电解质已量产。 （3）固态自支撑隔膜： 定义：这是构建全固态电池的理想组件，完全摒弃了传统聚合物基膜。 成分组成：完全由固态电解质材料（氧化物、硫化物、聚合物或其复合材料）制成的独立薄膜，无需任何基材支撑。 优势：同时承担离子传导和物理隔离的双重功能，是真正的“全固态”部件；有望从根本上解决界面接触和离子传输效率问题。 劣势：制造工艺极其复杂（如流延、干法/湿法成膜、烧结等），对致密性、机械强度和柔性要求极高；成本高昂，是目前技术开发难度最大的路线。 产业化进程：仍处于研发和中小试阶段，是国内外头部企业和科研机构长期攻坚的方向，距离大规模量产尚有距离。 代表企业：主要为各大电池巨头（如宁德时代、丰田）及其核心材料供应商，暂无量产上市公司。 （4）传统金属箔集流体： 定义：目前仍是主流方案，但在固态电池中面临升级需求。 成分组成：正极通常使用铝箔（Al）；负极通常使用铜箔（Cu），若采用锂金属负极，有时会使用镍箔（Ni）以提高兼容性。 优势：技术成熟，导电性好，成本相对较低，工艺稳定。 劣势：重量较大，限制能量密度提升；在极端情况下（如针刺）易引发内短路。 产业化进程：非常成熟，是当前固态电池试验和初步量产的主要选择。为适配固态电池，开发了如耐高温铜箔、多孔铜箔等新型号。 代表企业： 诺德股份（600110）：传统电解铜箔龙头，已开发出适用于固态电池的耐高温、多孔等新型铜箔集流体。 嘉元科技（688388）：锂电铜箔企业，针对固态电池痛点开发新型负极集流体产品。 （5）复合集流体： 定义：采用“金属-高分子-金属”的三明治结构，是未来大幅提升电池安全性和能量密度的关键材料。 成分组成：以PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）、PP（聚丙烯）等高分子材料作为中间基膜，两面沉积镀上铜（Cu）或铝（Al）金属层。 优势： ①高安全性：当电池短路时，中间高分子层会迅速熔断形成“点断路”效应，有效阻断电流，抑制热失控，从根本上解决电池起火爆炸难题。 ②轻量化：重量比传统金属箔轻50%-60%，可在相同体积内为活性物质腾出更多空间，提升电池能量密度。 ③抑制枝晶：柔软的特性有助于形成均匀电场，减少锂枝晶的形成和穿刺风险。 劣势：生产工艺复杂，良率有待提升（行业平均约80%-85%）；极耳焊接工艺难度大，需采用转接焊等技术；高分子基膜的耐电解液腐蚀等性能仍需优化。 产业化进程：已进入市场开拓加速期，2025年多家企业获得固态电池领域订单，开始小批量供货。预计未来渗透率将快速提升。 代表企业： 宝明科技（002992）：深耕PET复合铜箔“两步法”，技术成熟良率高，已获宁德时代、比亚迪订单。 英联股份（002846）：是唯一实现复合铝箔量产的企业，产品供应三星SDI、LG新能源等国际巨头。 三孚新科（688359）：与欧洲半固态电池制造商签订战略协议，为其5GWh电池提供复合铜箔集流体。 东威科技（688700）：复合集流体电镀设备龙头，市占率超70%，是产业链上游核心设备厂商。 目前，半固态电池主要采用传统金属箔集流体与陶瓷隔膜/固态电解质涂覆隔膜的组合。随着全固态电池技术的成熟，复合集流体与自支撑固态电解质膜的搭配，将是实现电池性能飞跃的关键。
