半固态电池基于高安全性、与现有产线的高兼容性、工艺简单、成本较低等优点，有望成为当下液态电池向全固态电池的过渡方案，将先于全固态电池量产，带来首轮投资机会。
固态电池，以革命性的安全性和能量密度，被视为电池技术的“终极答案”。
随着技术的不断成熟，我国固态电池的产业化进程正加速推进，多款全固态电池产品近期密集亮相。
全固态新品带动固态电池板块成为近期市场为数不多的亮点。业内人士分析认为，全固态电池产业化进程中，确定性较高的机会或在于原材料硫化锂的降本；而半固态电池基于高安全性、与现有产线的高兼容性、工艺简单、成本较低等优点，有望成为当下液态电池向全固态电池的过渡方案，将先于全固态电池量产，带来首轮投资机会。
全面超越液态电池性能
固态电池，顾名思义，是一种使用固体正负极和固体电解质的电池，与依赖液体电解质的传统锂电池形成核心区别。根据液体电解质含量的不同，固态电池可分为半固态（液体电解质质量小于10%）、准固态（液体电解质质量小于5%）、全固态（不含任何液体电解质）三种类型。
相较于液态电池，固态电池在性能方面主要有三大优势：
第一，能量密度高。固态电池具有较宽的电化学窗口宽（5V以上），可兼容更多高电压正极材料（高镍正极、镍锰尖晶石正极等），并且能使用硅、锂作为负极材料，从而可达到更高能量密度。此外，其高电压比和良好的安全性还可以让电池结构更简化，促进电芯能量密度的提升。三元铁锂电池能量密度通常在180-230Wh/kg，鹏辉能源（300438.SZ）近日发布的第一代固态电池能量密度达到280Wh/kg，卫蓝新能源、国轩高科（002074.SZ）已研发出能量密度为360Wh/kg的半固态电池。高能量密度带来更长的续航里程，在上汽智己L6应用的光年固态电池续航据悉超过1000公里。
第二，安全性好。锂离子电池的电解液有泄露的风险，且在温度过高时有自燃和爆炸的危险。固态电解质热稳定性好、不易燃、不易爆，没有液体泄露的风险，且由于固态电解质化学活性较稳定，受环境温度影响较小，在碰撞和挤压等情况下也具有更高稳定性。此外，固态电池温域更宽，能够更好地适应高低温环境，鹏辉能源的固态电池产品运行温域宽至-20℃~85℃。
循环寿命长。固态电池采用不可燃固态电解质取代易燃有机电解液，可以抑制锂枝晶刺破隔膜导致短路的情况，大幅提升电池安全性与循环寿命。同时，固态电解质的机械强度较高，可以在电池膨胀或收缩时保持结构的完整性，减少因机械应力导致的电池性能衰减。固态电解质与电极材料之间的界面兼容性更好，减少了界面阻抗的增长，有助于维持电池长期稳定的充放电性能，理想状态下固态电池循环性能可以达到45000次左右。
正负极材料升级带来迭代机会
基于液态电池能量密度已经接近天花板的技术现实，固态电池被认为未来将部分甚至完全替代液态电池。那么，二者从产业链角度有哪些异同？替代过程会带来哪些新的投资机会？
首先看“同”。从电池结构来看，固态电池与液体电池结构相似，都由正极、负极、电解质组成。从产业链来看，二者产业链构成也大致相同，都包括上游资源端、中游制造端和下游应用端。从成本角度，电池材料都是其主要成本来源。
再来看“异”，两者主要的区别在于使用材料的不同。国联证券研报指出，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。其中，负极材料将从石墨向硅基负极、含锂负极、金属锂负极升级；正极材料将从高镍三元，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；隔膜将从传统隔膜，向氧化物涂覆隔膜升级，最终取消隔膜。
正极方面，目前的磷酸铁锂、三元材料体系仍可继续沿用，后续可使用高电压正极材料实现更高能量密度。目前，固态电池正极开发主要集中在高镍三元正极、镍锰酸锂、富锂锰基等路线。其中，高镍三元正极凭借能量密度高、倍率性能好、商业化程度高等优势，成为当前主流。富锂锰基、镍锰酸锂等材料高能量密度优势突出，有望成为未来新方向。上市公司中，容百科技（688005.SH）、当升科技（300073.SZ）均已经实现高镍三元产品对固态电池企业的出货，国轩高科、贝特瑞（835185.BJ）亦有布局。
负极方面，固态电池的负极材料主要包括石墨、硅、金属锂等，与液体电池区别较大。短中期来看，硅基负极有望成为固态电池负极材料主要解决方案。硅理论比容量高达4200mAh/g，是目前石墨类负极材料克容量（372mAh/g）的十倍以上，具有电位低、克容量高、能量密度高、资源储量足、成本低等优势。长期来看，金属锂将成为固态电池负极的终极选择。金属锂具有理论克容量高、电极电位低等优势，但目前金属锂产业化还存在一些挑战，主要包括锂枝晶穿刺隔膜引起的短路、循环过程中体积变化带来的断路现象以及不稳定的SEI膜造成的性能衰减问题等。
硅基负极方面，杉杉股份（600884.SH）、翔丰华（300890.SZ）、璞泰来（603559.SH）、贝特瑞、中科电气（300035.SZ）等均有产能规划；金属锂负极方面，赣锋锂业（002460.SZ）、天齐锂业（002466.SZ）等锂资源传统巨头有望在远期享受负极迭代和需求增长带来的市场红利。
半固态电解质提升稀有金属需求
作为固态电池技术应用的首要“变量”，固态电解质根据材料类型不同，主要可分为聚合物固态电解质和无机固态电解质，前者代表性体系是PEO聚环氧乙烷，后者则包括氧化物、硫化物和卤化物体系。
其中，氧化物电解质具有较好的热稳定性和对锂金属的化学稳定性，通常被用于半固态电池，该路线代表企业包括TDK、丰田、清陶能源、卫蓝新能源、赣锋锂电、孚能科技（688567.SH）、国轩高科、力神电池、辉能科技等；而硫化物在电导率上占优，被认为是全固态电池的有力候选材料，该路线代表企业包括三星SDI、SK、LG新能源、SolidPower、松下、宁德时代（300750.SZ）、比亚迪（002594.SZ）、广汽集团（601238.SH）、鹏辉能源等。
氧化物电解质路线中，根据电解质晶体结构，可以分为钙钛矿结构型（如LLTO）、石榴石结构型（如LLZO）、快离子导体型（LATP）、硫代磷酸盐（LGPS）等，会对锆、镧、钛、锗等金属原材料产生新需求。
LLZO的原材料包括二氧化锆、硝酸锆、碳酸锆等。我国锆矿资源储量少，需求量大，进口依赖度高达90%以上，供需格局长期处于紧平衡。国内锆生产企业主要包括东方锆业（002167.SZ）、三祥新材（603663.SH）、凯盛科技（600552.SH）等，已经有固态电池材料配套研发动作。
LLZO/LLTO的原材料包括氧化镧、硝酸镧、氢氧化镧等。中国具有丰富的稀土资源，贡献了全球70%产量，盛和资源（600392.SH）、北方稀土（600111.SH）等具备氧化镧生产能力。
LLTO/LATP的原材料包括二氧化钛、焦磷酸钛等。2022年全球钛资源储量（以TiO2计）约为7亿吨，以钛铁矿为主；国内占据全球29%，位列全球第一。国内主要钛白粉生产企业包括中核钛白（002145.SZ）、龙佰集团（002601.SZ）、钒钛股份（000629.SZ）等。
LAGP、硫化物固态电解质LGPS等原材料包括二氧化锗、硫化锗等，国内主要企业有云南锗业（002428.SZ）、驰宏锌锗（600497.SH）。
硫化锂成全固态电解质降本关键
硫化物电解质适配于全固态电池，电解质材料主要包括硫化锂（Li2S）、硫化钠（Na2S）、硫化钾（K2S）等类型，其中硫化锂路线受到较高关注。东方证券研报指出，在不同晶体结构的硫化物电解质中，综合热安全特性、成本、工艺成熟度等因素来看，硫银锗矿型电解质LPSCl（Li6PS5Cl）是硫化物全固态电池较好的技术路线选择。
然而，硫化锂高昂的价格成为当下制约硫化物电解质商业化的主要障碍。以LPSCl为例，硫化锂是合成LPSCl电解质的关键原料，目前硫化锂价格超过65万美元/吨（约合463万人民币/吨），远高于商业化阈值。
目前硫化锂主要生产方法有机械球磨法、高温还原法、溶剂法等，这些制备工艺对温度、水分、能耗要求较高，且制备过程需要在惰性气氛下进行，导致硫化锂价格居高不下，占据硫化物固态电解质成本的近80%。此外，硫化物固态电解质还面临固-固界面接触性较差导致离子传输效率下降、容易与水分反应产生有毒气体、制储用都需要惰性环境等问题。因此，改进硫化锂的制备工艺成为降低硫化物电解质成本、乃至降低全固态电池成本的关键因素。
提前布局硫化锂的上市公司或将率先受益于全固态电池的发展。天齐锂业目前已完成下一代硫化锂产业化相关支持工作，累计与十余家下游客户进行打样，持续开展产品质量提升和降本技术优化；恩捷股份（002812.SZ）控股子公司湖南恩捷前沿新材料目前固态用高纯硫化锂产品已完成小试吨级年产能建设和运行，并搭建完成百吨级硫化锂中试生产线。
此外，容百科技2023年12月申请了涉及硫化锂制备方法的一项专利，通过添加有机硫源，促进碳源与硫酸锂的反应，减少杂质Li2O的产生，提高硫化锂的纯度；蓝海华腾（300484.SZ）的参股子公司高能时代通过材料改性突破，在成本可控的前提下，已具备吨级硫化锂原材料量产能力，且物相XRD检测结果显示材料纯度高，公司称硫化物电解质（LiPSCl）离子电导率性能检测结果可对标世界顶尖水平。
编辑/范辉
