会议要点

1、eVTOL与固态电池的关系

· 商业航空的发展对固态电池行业是一个利好消息，固态电池的特性使其成为提高电池能量密度的重要技术路线。

2、固态电池的特性与优势

· 固态电池相比传统液态电池，具有更高的能量密度和安全性，能解决安全隐患问题。

· 固态电池的正极材料可能向高镍三元材料发展，负极可能容纳新型电极材料如金属锂负极和硅负极。

· 固态电池在低温下性能更优，适合北方冬季使用。

3、固态电池的技术挑战与解决方案

· 固态电池面临的主要技术挑战包括电解质的离子传输机制、生长机制和失效机制。

· 解决方案涉及材料改性和工艺改进，以提高电导率和降低成本。

4、固态电池的生产工艺与产业化

· 固态电池的生产工艺需要在电极电解质界面工程和封装技术上取得突破。

· 半固态电池有望率先量产，因为它与传统锂电池的生产设备兼容。

5、固态电池的市场前景与投资建议

· 固态电池市场前景看好，但产业化进程存在不确定性，投资者应审慎对待。

· 投资建议关注已有固态电池产品的公司，以及在固态电池材料方面有布局的企业。

会议实录

2、eVTOL发展新动力

· 报告主要从固态电池的特性、核心材料和行业发展趋势三个方面对整个行业进行了详细描述。接下来，我们将分享报告的主要内容，报告分为几个部分，包括正文、投资建议和风险提示。

· 顾名思义，固态电池与传统液态电池有所不同。报告首先从电池本身出发，指出固态电池是为了突破能量密度上限和解决安全隐患而成为下一代锂电池的重要技术路线。锂电池的发展历程可以追溯到90年代，从钴酸锂开始。从动力电池的角度来看，自10年前新能源汽车快速发展以来，锂电池取得了显著进步。然而，锂电池在汽车上的应用历史尚不足20年。

· 从技术路线来看，行业一直追求高能量密度、高循环寿命和高安全性。目前，液态电池的能量密度瓶颈大约在350瓦时/千克。固态电池作为突破能量密度限制的重要研究方向，预示着锂电池行业仍处于快速成长期。未来，新材料和体系的变化将引领行业继续发展。固态电池是我们所能预见的提高锂电池能量密度的最重要方向之一。

· 与传统液态电池相比，固态电池有显著变化。纯固态电池将采用固态电解质，完全不需要液态电解质。这将提高能量密度，未来可能实现400、500甚至更高能量密度的电池。此外，固态电池还能解决安全隐患问题，因此具有重要意义。

· 在材料体系方面，固态电池的正极材料可能仍会使用磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂或三元材料。若为纯固态电池，正极材料将主要以高镍多元材料为主。负极材料也将发生变化，早期可能仍使用石墨，增加硅基材料比例，最终过渡到纯金属锂负极。

· 包装材料方面，目前有多种选择，如铝壳和铝塑膜。固态电池的充放电过程与液态电池不同，因为固态电解质取代了液态电解质。固态电池具有高安全性和高能量密度的双重优势，因此固态和半固态电池的前景较为确定。

· 液态电池主要由四大材料和辅材组成，包括正负极、隔膜、电解液以及导电剂、添加剂、壳体、铜箔和铝箔。全半固态电池是固液混合电池，是液态电池向固态电池过渡的产物。目前，液态电池和半固态电池的生产线是兼容的，通常将液体含量在5%至10%之间的电池称为半固态电池。半固态电池仍需要隔膜，但电解液用量会减少。全固态电池则采用固态电解质，可能不需要隔膜。固态电解质能匹配容量更大的正极材料，实现更高能量密度和安全性，能抵抗热失控和热穿刺等压力。

· 报告中还总结了液态、半固态和固态电池的特性，如能量密度上限、材料需求、温度范围等。固态电池的优势非常明显，因此报告对每个特点都进行了详细分析。

· 正极材料方面，电池的命名通常基于正极材料，如猛酸锂电池、磷酸铁锂电池和三元电池。固态电池的正极材料预计将朝着更高能量密度的方向发展，主要采用高镍材料。固态电池可能容纳新型电极材料，如弗里蒙材料，尽管目前产业化难度较大。固态电池或半固态电池在动力应用中，正极材料将选择高镍三元正极材料。

· 负极方面，固态电池更容易匹配金属锂负极和硅负极。固态电解质具有较高的化学稳定性，能抑制金属锂和硅的膨胀。采用金属锂负极的能量密度可达80米千克或更高。引用的图表和内容均来自学术论文，显示正极采用了100微米厚的811材料。在四种不同电芯的比较中，采用金属锂负极的能量密度最高。

· 最后，固态电池的高能量密度得益于电芯内部串联的设计，有效提高了电压和能量密度。电池的能量密度有两种衡量方式：质量能量密度（瓦时/千克）和体积能量密度（瓦时/升）。由于固态电池可以做得更薄，其体积能量密度可能更大。

3、安全性能与挑战

· 传统的电池在承载电压超过5伏时容易分解，甚至可能引发安全事故。因此，外部只能采用串联方式，不能让电压过高。而固态陶瓷电池在电池内部形成串联，使用单颗电芯的电压可以从7.4伏串至60伏，远高于目前传统动力电池的单体电压。企业无需直接焊接，且固态电池的能量密度有望进一步提高。

· 在安全性方面，固态电池相比液态电池具有更高的化学和热稳定性，能有效降低锂电池中热失控和燃烧的风险。即便电池被撕破，也能安全运行，不会泄漏或爆炸。根据风险研究实验报告，通过对比镍钴铝（NCA）和镍钴锰（NCM）电池以及掺杂的锂离子电池的产热特性，丰田发现固态电池的产热量仅为传统锂电池的25%至30%，因此其安全性非常显著。尽管放电过程中仍存在热量产生，但通过进一步降低放热量，可以实现真正的安全。固态电池的定位性能也非常出色。

· 例如，在北方寒冷的冬天，传统电池在零下20度或零下30度时续航能力会大幅下降，主要原因是电解液被冻结，导致电池内电子传导活性降低。但固态电池由于不含液体，天生具有较好的低温性能。资料显示，固态电解质在宽温范围内能保持固态且不完全丧失离子传导功能，这是其潜在优势之一。近期，某公司发布的车辆使用的是半固态电池，由清朝制造，宣称可以实现1000公里以上的续航，且低温性能出色。

· 液态电池的电解液在低温时粘度大幅增加，离子迁移显著降低。相比之下，固态电池在低温下的电导率虽有所下降，但受温度影响较小。即使在零下30度环境下，充放电效率仍可达90%以上。非晶态的硫化物是实现致密固态电解质隔膜的潜在材料。使用这种固态电池在零下10摄氏度时仍可实现长循环寿命。

· 固态电池的一个潜在缺点是电导率较低，因为离子需要通过正极、负极和电解质之间的界面传导。解决方案主要从材料改性和工艺方面进行改进。研究发现，基于石榴石型结构的固态电解质具有高离子电导率。通过材料改性和特殊烧结方法，可以提高离子电导率。尽管材料本身导电性较差，但后续工艺改进可实现性能提升。量产固态电池仍面临技术和成本制约，工艺尚未成熟。

· 需要解决的科学问题包括固态电解质的离子传输机制、生长机制和失效机制。成本方面，部分材料价格昂贵，阻碍了固态电池的量产。但在商业航空快速发展且对成本不敏感的情况下，可能会加速固态电池产业化。半固态电池作为液态电池和固态电池的中间产品，有望率先量产。去年已有公司公告量产半固态电池，用于储能和基站等小规模量产。半固态电池兼具传统锂电池的安全性、能量密度和经济性，产业化进程较快。

· 固态电池实际商业化销售规模仍较小。去年7月份，某公司发布的半固态电池价格较高，远高于液态三元电池。至今年4月，方形电芯和磷酸铁锂电芯的成本已大幅下降。固态电池降本仍面临挑战，但除材料外，固态电池在制程和安全性方面具有成本优势。根据Solid Power计算，固态电池可节约34%的生产成本，且在PACK层面可节约9%的成本。因此，从系统角度看，固态电池的成本潜力明显。

· 固态电池的生产工艺根据电解质的不同有几种技术路线，包括聚合物、氧化物和硫化物。聚合物固态电池主要由欧美企业研发，技术相对成熟，商业化难度较小，但电阻率和密度较低。氧化物固态电解质综合性能较好。硫化物固态电解质电导率最高，延展性好，潜力大，但机械性能差，生产工艺复杂，且硫元素活性高，稳定性难以保持。国内采用硫化物的企业不多。

· 聚合物固态电解质主要由聚合物（如聚酯、聚醚和聚氨）和锂盐构成，具有柔韧性和加工性高的优点，具备低成本规模生产的可能性。但室温下离子导电率低，需要高温提高导电率。研究主要围绕提高聚合物电解质的导电率和热稳定性。

4、固态电池技术突破与应用前景

· 氧化物固态电解质的离子电导率通常在10的负6次方到10的负3次方之间。其致密的结构赋予了更高的机械强度和更佳的空气稳定性，以及良好的耐电压性。然而，氧化物电解质较为脆弱，固界面容易破裂，这是该技术路线面临的重要挑战之一。

· 氧化物固态电解质按形态可分为晶态和非晶态。晶态氧化物电解质具有较高的空气和热稳定性，因此易于实现大规模生产。其中，钙钛矿型氧化物电解质拥有最高的晶体电导率，对锂金属较为稳定。尽管其烧结温度较高导致成本增加，但行业内普遍认为，从长远来看，钙钛矿型氧化物电解质的潜力较大。非晶态固态电解质的离子电导率较低，但目前是唯一实现商业化应用的材料。许多国外企业已经实现了全固态薄膜锂电池、无线传感器、射频识别等智能卡和消费类电子等低容量需求的小型应用。

· 硫化物固态电解质因其超高的电导率、低温加工和低刚性而受到关注。但其热力学稳定性较差，容易与空气中的水分反应生成硫化氢气体，从而破坏电解质并产生有毒气体。因此，硫化物固态电解质的商业化开发难度较大，对生产环境的要求非常严格。

· 硫化物固态电解质按组成可分为两类：一类是二元硫化物电解质，由硫化锂和五硫化磷组成；另一类是三元硫化物固态电解质，由硫磷和其他金属组成，如锂硫银锗矿电解质。特别是添加了不同卤化物的固态电解质，具有较高的室温离子电导率、较低的成本以及较好的稳定性和电极兼容性，是当前较有前景的固态电解质之一。

· 目前，半固态电池的生产设备与传统电池兼容。现有的铬锰半固态电池生产工艺可以与传统电池生产工艺兼容。在生产设备方面，基本上与现有的设备兼容，只需增加一条半固态隔膜生产线。半固态电池要求隔膜孔径更大，强度更高，并采用湿法涂布工艺。与传统电池相比，半固态电池在隔膜上无明显变化，仅需调整参数。但由于半固态电池需要提升离子导电率，隔膜孔径可能需要更大，强度更高，因此需要采用湿法拉伸工艺。半固态电池对隔膜的需求量没有明显变化。

· 固态电池的生产工艺需要革新。电极电解质界面工程和封装技术方面的突破是实现固态电池工程化和商业化应用的关键。与传统液态锂电池相比，固态电池在前序工序上基本相同，如调整浆料量、正负极涂布量和压实量等。但在中道工序中，固态电解质需要进行加压和烧结。在后续工序中，无需进行传统的注液步骤，工艺上存在差异。

· 固态电解质的成膜工艺是固态电池制造的核心。不同的成膜工艺会影响固态电解质隔膜的厚度和离子电导率，进而影响电池的质量和能量密度。过薄的隔膜会影响其机械性能，因此加工工艺非常重要。

· 成膜工艺主要包括湿法工艺、干法工艺和气象沉积工艺。目前来看，干法工艺是未来电极工艺的迭代方向，也是全固态电池的主要攻关方向。根据行业信息，到2023年底，国内半固态电池的规划产能很大，但实际落地产能较小，大约只有15千瓦时。同时，换算成电池的出货量已达到G瓦级别。

· 目前，固态电池在储能领域的应用较多，预计在2024年有望实现5G瓦级别的突破。固态电池主要应用于汽车和储能领域，其中储能领域的需求量较大。考虑到当前锂离子动力电池的复合增速和固态电池相对较高的成本，以及车型的适配范围，预计到2030年，全球锂离子电池、固态和半固态电池的商业化有望实现规模化。

· 从产业链来看，上游资源需求与现有锂电池类似，需要镍资源和钴资源。设备方面也类似，包括涂布机、搅拌机、贮液机等。中游为电池制造，如需进入pack，则涉及电池管理。中游还增加了固态电解质的生产。下游应用则是电池的应用环节。

· 近期，商业航空领域出台了许多政策，特别是3.5政策，这些政策是累积的、循序渐进的，将刺激行业的发展。

5、固态电池助力eVTOL商业化

· 在3.5的政策中，固态电池与商业航空的契合度非常高。飞行器和直升机等航空器需要轻量化，而固态电池的能量密度越高，电池的质量就越轻。目前市场上能量密度最高的动力电池系统大约为200瓦时每千克，若能量密度提升至500瓦时每千克以上，电池重量有望减半。因此，固态电池不仅满足了高容量的需求，还具有轻量化的优势，与商业航空的结合堪称完美。

· 此外，固态电池的安全性也是其受到青睐的原因之一。从2013年到2015年，中国新能源汽车起步阶段，物流车和客车，尤其是公交车，推动了磷酸铁锂电池的快速发展。2015年至2020年，乘用车的发展推动了三元锂电池和高能量密度磷酸铁锂电池的快速进步。若商业航空市场快速增长，固态电池预计将伴随商业航空的快速发展，尤其在高端市场的应用，随后逐步下沉至中低端市场，从而加速整个行业的发展。

· 国家工信部在3月27日的文件中明确提出实现400瓦时每千克和500瓦时每千克电池的量产目标，这主要指的是固态电池。因此，固态电池未来将获得政策上的支持和倾斜。

· 从政策角度来看，中国对固态电池的支持力度不断加大。企业层面上，欧美日韩和中国是固态电池的核心产区。欧洲以创新型公司为主，主要研发氧化物和硫化物固态电池；日韩以传统车企为主，技术路线也以硫化物为主；中国则以市场为主导，研发投入巨大，以科研机构、院校产业为主导，主要采用氧化物，部分硫化物和少数聚合物。

· 宁德时代作为锂电池行业的领头羊，在液态电池市场占有巨大份额，其在固态电池的研发投入也非常大。宁德时代的固态电池发展路线图显示，其目标是达到400瓦时每千克的能量密度。宁德时代提出的凝聚态电池采用了高动力仿生凝聚态电解质，通过将固态电解质颗粒填充到凝胶电解质隔膜孔隙中，并添加少量电解液，既保持了液体电解质的高离子导电性，又具备了固态电解质的安全性。预计凝聚态电池的最高能量密度可达500瓦时每千克。

· 新势力方面，如清朝新能源和未来新能源等公司也在固态电池领域有所布局。清朝新能源的第一代半固态电池能量密度在240至420瓦时每千克之间，第二代全固态电池的能量密度在400至500瓦时每千克。未来新能源则选择了氧化物技术路线，已于2023年底交付了360瓦时每千克的产品。这些企业的发展表明，固态电池的产业化进程正在加速。

6、固态电池产业化加速

· 280安时的超高安全储能电芯自2023年下半年起已开始交付，主要用于央企的储能项目。320瓦时每千克的小动力电芯已应用于无人机、机器人和便携式电源。公司与恩杰股份、天目宣导共同研发生产固态电解质隔膜，与榕博在材料方面有深度合作。据公告，公司预计在几年内采购3万吨正极材料。

· 新能源产业对半固态电池和固态电池的产业化有明确的进度安排。生产基地主要位于北京、溧阳、湖州和淄博，规划产能庞大。目前实际建成产能尚未达到规划规模。

· 未来新能源计划在2027年实现全国电池量产。早期从事固态电池研发的盖风、盖峰锂电，与宁波材料所合作，研发了高电三元正极和含锂石墨负极的电池。第一代产品能量密度达到260瓦时每千克，第二代产品可达400瓦时每千克。半固态电池已在赛力斯车型上使用，2023年9月发布的新风电池续航寿命可达3000次。这种电池用于汽车没有问题，因为汽车循环1540至2000次就能满足要求，而且低温性能可达零下40度。

· 远期规划产能达四十几瓦时，2023年固态电池产能已达4G瓦时。后续产能将根据行业发展推进。生产基地还包括江西、重庆和广东地区。公司在软包电池领域领先，软包与固态电池完美匹配。公告显示，第一代软包半固态电池能量密度为270至330瓦时每千克，循环寿命达2000次，容量保持85%。第二代产品能量密度为300至350瓦时每千克，第三代为330至375瓦时每千克，全固态电池能量密度将超过400瓦时每千克。

· 2023年11月，远航Y6飞行器配套的半固态电池正式下线，续航可达720千米。2024年3月，赋能与一汽解放合作，将电池导入商用车。

· 第一代产品预计于2022年9月量产，第二代产品处于试生产阶段，预计2025年投产。第三代产品技术成熟，但量产情况需与客户沟通。最终的全国赛预计较晚，需要多年时间。

· 美国企业QuantumScape是半挂式的，2023年在股票市场融资。技术特点采用氧化物、硫化物双重材料体系，固态电解质以石榴石形成的氧化为主，硫化物为辅。电池采用无锂负极，能量密度可达380至500瓦时每千克，45摄氏度下15分钟可充至80%。2024年1月，大众公司通过了50万公里耐久性测试，预计2024年小批量生产原型产品。

· Solid Power也是美国企业，采用软包固态电池和硫化物固态电解质，正极为高镍三元，未来将发展为毋啮骨材料。第一代产品能量密度为390瓦时每千克，循环寿命1000次。15分钟可从10%充至90%。宝马已成功投产30万电解质，2024年将进行改进。2025年可能生产出第一台原型车。与SK签订协议，目标2028年提供4万吨固态电池。

· 丰田一直是固态电池的积极推动者，预计2028年成本能降至775美元每千瓦时，进一步降至65美元每千瓦时。预计2025年实现全固态电池小规模量产，这对行业影响重大。2027至2028年预计实现大规模量产。

· 日本造船提供全固态电池，主要配套航天领域，已在太空商用全固态电池充放。2024年2月27日，日立造船宣布获得首个固态电池订单，数量为12个。日本企业如丰田和日立对固态电池的推动作用明显。

7、新机遇与挑战

· 其次，韩国企业三星在电池领域起步较早，但在液态锂电池的产能扩张上较为缓慢。目前，三星已在全国制定了电池发展计划，并采用了硫化物电解质方案。根据公司公告，其电池的能量密度达到了900瓦时每升，相较于之前提到的质量能量密度80瓦时每千克有所提升。此外，电池寿命可达20年。三星在首尔建立了试点生产线，并在2023年12月成立了商业化团队，目前正进行原型样机的测试。2024年3月5日，三星宣布计划在2027年实现全国电池的量产，但具体情况仍需观望。与此同时，宁德时代已公布送样产品，其产品能量密度为500瓦时每千克，采用了聚合物和氧化物材料，是半固态三元加氢处理的电池。

· 在美国，丰田、赣丰、国轩、未来、辉能、清朝等公司，以及蜂巢、三星等，都在固态电池领域取得了不同程度的进展。这些公司的电解质采用方案各异，但正极材料基本采用动力资源。我们也注意到了固态电解质的发展规划，其中包括许多非行业新进入者，如上海西坝等公司。原本从事三元材料生产的公司也具备固态电解质的研发和生产能力，新兴势力也在固态电池的正电解质研发和量产方面具备能力。因此，固态电池的发展规划较为广泛，但具体情况还需视行业发展而定。

· 据不完全统计，国内固态电池的发展规划已超过220瓦时每千G瓦时。赣丰、辉能、蔚蓝等企业得到了资本和技术的双重加速，推动了固态电池的商业化。尽管如此，目前落地的产能仅为规划的十分之一。

· 全球车企也在布局固态电池市场。近期，国内车企如上汽和广汽已公布固态电池或半固态电池产品，并宣布了量产计划。一汽、长安、东风、德昂德、吉利等车企也有所规划。海外车企如宝马、大众、丰田、松下等也在固态电池领域有所布局。除了电池企业，车企也在积极进入固态电池市场。

· 目前，固态电池仍处于主题炒作阶段，已有固态电池产品的公司被关注，但其核心收入和业绩仍来自传统业务。我们关注了宁德时代、国轩等电池企业，以及涉及锆材的固材电子公司。三祥等公司在固态电解质方面表现突出，高镍超高镍材料的需求也得到了提升。

· 锂电池行业起源于消费类市场，与新能源汽车动力电池和储能市场的发展密切相关。行业仍处于发展初期，材料体系、电池外形及辅材等方面有较大提升空间。固态和半固态电池是提高锂电池能量密度上限的主要途径，能显著提升电池安全性和低温性能，推动新能源汽车行业发展，并拓展更多应用场景，如商业航空领域。目前，丰田等公司正在快速发展商业航空，有助于推动行业快速落地。

· 预计到2030年，全球能量产的固态或半固态电池将初见规模。我们认为这一进程可能会提前两年，即在2028年实现。届时，固态电池产业化将大幅提升新能源汽车的续航能力，性价比有望超过燃油车。

· 2024年以来，国内加快了商业航空领域的落地，对高能量密度、高功率、高安全的电池需求迫切，且对成本不敏感。固态电池完美契合了低空经济和低空飞行器市场的需求，有望加速固态电池的产业化。

· 固态电池的电解质是核心环节，主要有聚合物、硫化物和氧化物三种类型。氧化物固态电池的商业进程较快，硫化物具有较大潜力，而氧化物与硫化物的混合技术路线在欧美国家得到了广泛应用。日韩则以传统车企和电池企业的合作开发为主，主要采用硫化物路线。中国企业在科研院校产业化进程中表现迅速，多数选择氧化物，少数选择硫化物和聚合物。总体来看，中国企业与欧美日韩处于同一起跑线，甚至略有领先。

· 行业发展仍处于起步阶段，各公司规划宏大，但进展不一。预计在快速发展过程中，将出现一批有潜力的新兴公司。然而，行业面临的风险也不容忽视，技术突破尚无明确时间表，产业化进程存在不确定性，原材料价格波动和其他不可抗力因素也需关注。固态电池行业机遇与风险并存，投资者应审慎对待。