摘要：我们认为，固态电池的能量密度和安全性较液态电池性能更佳，未来或为下 一代锂电池，预计 2027 年全固态电池会有小批量量产。目前，固态电解质 主要是氧化物、聚合物、卤化物和硫化物，硫化物或为全固态电池的主要电 解质选择。

我们认为，固态电池的能量密度和安全性较液态电池性能更佳，未来或为下 一代锂电池，预计 2027 年全固态电池会有小批量量产。目前，固态电解质 主要是氧化物、聚合物、卤化物和硫化物，硫化物或为全固态电池的主要电 解质选择。

2.1. 传统液态锂电池三大痛点制约产业升级

电池当前瓶颈之一：能量密度局限，直接影响续航。锂离子电池能量密度定 义为电池单位质量可释放的电能。受限于当前材料体系的物化性质，传统的 锂电池能量密度已逐步逼近上限。能量密度直接决定电池的轻量化水平和续 航能力——因此更高的能量密度意味着在同等质量或体积下可存储更多电 能，从而显著优化终端应用使用体验（如电动交通工具减重降耗、消费电子 轻薄化）。在未来，电动交通工具和消费电子对电池续航的要求将会进一步 提升，能量密度将成为电池市场应用的长期关注点。 能量密度优化路径分电极材料和结构优化两条路径。根据《Strategies toward the development of high-energy-density lithium batteries》报告，提升电池能量 密度意味着电池质量体积减少，同时储存电能增大。因此，优化能量密度的 两条路径为：1. 提升电极的比容量，比容量定义为单位质量的活性材料能放 出的最大容量，提升电极比容量可提升电极单位质量的容量，因此电池在相 同的质量的情况下，电极可放出的电量将有效提升，从而实现电池能量密度 的提升。例如采用硅碳负极、高镍三元正极是当前比较有效的提升电池体系 能量密度的措施。2. 优化电池结构，合理优化电池内部组分的结构占比，例 如采用固态电解质优化掉隔膜和电解液，合理调控各个组分的重量和厚度， 可以使电池在有限的质量下放出更多的能量。当前固态电解质+硅碳/锂金属 负极+高镍三元是锂电行业向高能量密度技术迭代的首选方案。

电池当前瓶颈之二：安全性痛点凸显，液态电解质体系成风险根源。锂离子 电池的电解液的主要成分为可燃烧的有机物碳酸酯类（一般包括 EC、PC、 DMC 等），在较高温度会发生热失控，碳酸酯类电解液的燃点通常较低，在 小于 200℃下很容易发生燃烧，电池在发生碰撞、使用老化等情况下，液态 电解质体系的隔膜将会被机械外力或者锂枝晶刺穿，导致电池短路热失控， 电解液发生泄露、燃烧。动力电池有更多的活性物质的质量和更高的充放电 功率，且电池包处在相对密封环境，发生内部燃烧容易导致剧烈爆炸等危害， 受到重点关注。

电池当前瓶颈之三：快充性能不足，影响使用效率。锂电应用场景中，消费 领域和动力领域对快充要求较高。充电速率决定了电池的使用效率，锂电池 的充电倍率提升意味着短时间可以充电更多的电量。根据《Fast Charging Lithium Batteries: Recent Progress and Future Prospects》报告，电池存在活化 阻抗、欧姆阻抗、扩散阻抗，这体现在电化学反应动力学机理层面，对快充 性能起决定作用的是电池的内部阻抗。电池在大功率充电时，锂离子大量插 层、迁移，需要电池体系较小的阻抗保证锂电池容量的相对稳定。《Solid electrolyte interphases in lithiummetal batteries》报告指出，在快充时，锂离子 迁移速率受电解液扩散阻抗和电极界面阻抗限制，易导致负极析锂和 SEI 膜 损伤。正极和负极扩散阻抗、负极过电位析锂风险及电解液 SEI 膜界面损伤 演化是快充性能的主要制约，需通过材料改性和工艺优化等方向缓解，核心 在于降低电池的欧姆阻抗、电化学阻抗、扩散阻抗。

2.2. 固态电池安全性和能量密度优势突出，突破现有液态电池瓶 颈

固态电池指的是锂电池中采用固态电解质的电池。电池中电解质的主要作用 是传输锂离子，同时隔绝电子的通过。在充放电过程中，锂离子在不同电位 下表现为穿过电解质和隔膜对正极和负极的嵌入/脱嵌的趋势来实现能量的存储和释放。固态电池采用固态的电解质替换了传统的液态电解质，作为传 输锂离子的介质，固态电池和传统液态电池具有相同的电化学原理。

固态电池可提升电池安全性。当前电池的安全问题主要集中在电解液的易燃、 泄露等问题。液态电解液的主要成分为可燃烧的有机物碳酸酯类（一般包括 EC、PC、DMC 等，在较高温度会发生热失控，碳酸酯类电解液的燃点通常 较低，在小于 200℃下很容易发生燃烧，电池在发生碰撞、使用老化等情况 下，液态电解质体系的隔膜将会被机械外力或者锂枝晶刺穿，导致电池短路 热失控，电解液发生泄露、燃烧。由于固态电解质的燃点高、固态电解质不 流动，因此固态电解质有着穿刺不起火、不泄露电解质、不燃烧的优势，固 态电解质可从根本上解决电解液带来的安全性问题，大幅提升电池安全性。 固态电池在能量密度可超 500+Wh/kg，远超液态极限。固态电解质替换了 传统的电解液和传统隔膜，可以使电芯更加轻薄。因此在相同质量的电池中， 可以放入更多的活性电极材料，固态电池能量密度可以突破当前的液态电池 极限（300Wh/kg），已有企业制成能量密度 500+Wh/kg 的电池样品，固态电 池的应用有望大幅提升电动的续航水平并降低充电频率。 当前固态电池在快充方面有一定缺陷，但有着明确的优化路径。固态电解质 和电极间是固-固接触界面，容易产生接触不良、电池阻抗不均匀、界面反应 不均匀的情况，当前在固态电池技术中采用加压、纳米化分散等工艺可以有 效改良这种界面问题，技术突破路径较为明晰，未来固态电池的快充性能有 望得到提升。

2.3. 政策与需求双重驱动，固态电池技术落地势在必得

电池安全将成为未来电池发展的的重点方向。近期发布的 GB38031-2025《电 动汽车用动力蓄电池安全要求》强调电动汽车电池的安全性。新国标将于 2026 年 7 月正式实施。新国标首次将“不起火、不爆炸”设为强制要求。传统 锂离子电池由于有电解液问题，较难满足规定，下一代更加安全的电池技术 落地迫在眉睫。应用固态电解质可以更好地满足新国标对于安全性的要求。 国家层面资金扶持，加速行业发展。工信部和财政部牵头，或投入 60 亿元 鼓励全固态电池相关技术研发，有望显著加速固态电池行业发展进程，刺激 材料和设备放量。 动力电池市场规模逐年快速攀升。根据 EVTank，2024 年全球锂离子电池出 货达 1545.1GWh，其中动力电池 1051.2GWh。根据中汽协乘联会，2025 年 第一季度中国新能源车的产量和销量分别为 318.2 万辆和 307.5 万辆，同比 分别增长 50.4%和 47.1%，依旧保持较快增长。固态电池技术符合新能源汽 车对于长续航、高安全性的需求，潜在市场空间巨大。

低空经济的发展将明显带动固态电池需求。低空经济 2024 年首次写入政府 工作报告，明确为“新增长引擎”；全国超 20 省份或地市积极响应，发布低 空经济三年行动方案。当前传统液态电池不能满足低空装备的能量密度和安 全性。低空经济对飞行器的能量密度和安全性要求进一步提升，有力促进固 态电池的产业化进程。

人形机器人发展或助推固态电池需求。人形机器人发展面临的关键瓶颈是 “充电一小时，工作两小时”的续航困境。传统锂电池受限于能量密度和安全 性，难以满足需求，而固态电池因具备高能量密度、高安全性及长寿命等优 势，被视为突破续航难题的终极解决方案。根据 EVTank《中国人形机器人 行业发展白皮书（2025 年）》，预计 2025 年人形机器人用锂电池的市场规模 将超过 1 亿元。随着人形机器人在工业领域、服务和家庭领域等多场景应 用的加深，2035 年将同步带动人形机器人用锂电池出货量达到 72GWh，市 场规模达到 360 亿元。

2.4. 半固态电池已量产，产业往全固态推进

固态电池包括全固态电池和半固态电池，半固态过渡，全固态是终极目标。 固态电池分为：半固态、准固态和全固态，它们的液体含量分别是 5-10wt%、 0-5wt%、0wt%（液态为 25wt%）。半固态电池是在固态电解质材料的基础上 补加液态电解质来改良离子传输性能，是介于液态电池和固态电池的过渡技 术；全固态电池是不含有任何液态电解质成分的固态电池，是未来固态电池 体系终极的目标，由于当前全固态电池还存在较多的技术瓶颈，半固态电池 技术将率先落地；全固态电池技术当前正在集中技术突破和中试线加速落地， 未来将会有较大的增量机会。

技术瓶颈+成本高为固态电池现有瓶颈。1）固态电解质离子电导率低，当前 的固态电解质路线离子电导率为 10-8 -10-3S/cm，远低于传统液态电解质的离 子电导率（10-2S/cm）。2）固态电解质固-固接触界面性能较差，成为电池稳 定性的一大问题。由于固态电解质和电极是采用固固接触，因此在电池循环 过程中界面会出现应力损伤演化趋势，导致电解质界面缺陷失效，界面阻抗 增大。

电解质为液态和固态电池核心区别，正负极隔膜集流体等未来或均有变化。 液态电池电解质采用液态电解质，半固态目前主要采用聚合物+氧化物固态 电解质外加液态电解质，全固态电池目前技术路线未定，或采用聚合物、氧 化物、卤化物和硫化物固态电解质，其中，硫化物为当前认可度较高方向。 隔膜方面，液态和半固态电池隔膜均有保留，未来全固态电池或取消隔膜。 负极方面，先从石墨负极到硅基负极，最后到锂金属负极。正极材料方面， 高镍三元为半固态电池主流，未来全固态电池后，新型材料，富锂锰基、镍 锰酸锂等或均有应用。集流体方面，泡沫铜作为三维多孔、均匀互联的金属 材料，由于其制备成本低、导电性好、高安全性、超充性能优异，有望成为 半固态/固态锂电池的负极集流体。同时，若全固态电池使用硫化物电解质， 由于硫化物易腐蚀铜集流体，或采用镍基集流体。

3.1. 高镍三元仍沿用，未来往高电压高比容量正极发展

短期看高镍三元，未来看高电压高比容量正极。根据欧阳明高教授：2030 年 前主要变负极和电解质，2030 年后正极改变。固态电池分为三个发展阶段： 1) 石墨/硅负极硫化物全固态电池（2025-2027）：以 200-300Wh/kg 为目标， 攻克硫化物固态电解质，打通全固态电池的技术链，三元正极和石墨/ 低硅负极基本不变，向长寿命大倍率方向发展。 2) 高硅负极硫化物全固态电池(2027-2030)：以 400Wh/kg 和 800Wh/L 为 目标，重点攻关高容量硅碳负极，三元正极和硫化物固态电解质仍为主 流材料体系，面向下一代乘用车电池。 3) 锂负极硫化物全固态电池(2030+)：以 500Wh/kg 和 1000Wh/L 为目标， 重点攻关锂负极，逐步向复合电解质(主体电解质+补充电解质)、高电 压高比容量正极发展(高镍、富锂、硫等)。

3.2. 未来富锂锰基或为主流，镍锰酸锂等其他材料或有一席之地

固态电解质适配高电压高比容量正极材料。固态电解质电化学窗口在 5V 以 上，高于液态电解质，所以可以兼容高比容量的正负极材料，比如高电压正 极、富锂锰基、硅基负极和锂金属负极等，进而提高电池能量密度。 高电压高比容量+较低成本，富锂锰基或为未来主流。富锂锰基（LRM）正 极由层状 Li2MnO3 与层状 LiMO2（M=Ni，Co，Mn 或任意组合）按不同比 例形成的固溶体，理论克容量可达 320mAh/g，电压平台 3.7V-4.6V，克容量 和电压平台均显著高于传统三元和磷酸铁锂正极材料，是全固态电池可选用 的理想正极材料。在成本上，富锂锰基原材料成本比三元低约 15-20%，瓦 时成本接近磷酸铁锂。 低成本+高电压，镍锰酸锂未来或有一席之地。尖晶石结构的镍锰酸锂，通 过向 LiMn2O4 中掺入少量过渡金属离子，形成的 LiNi0.5Mn1.5O4 具有 147mAh/g 的理论容量和 4.7V 的电压平台，通过高电压提高能量密度。镍锰 酸锂成本较磷酸铁锂和锰电池更便宜。

4.1. 硅基负极比容量高于石墨，固态电池中掺硅比例提升是趋势

硅基负极的理论比容量高，已在消费电子领域应用，未来有望在动力电池领 域放量。硅基负极理论比容量高，Si 完全锂化至 Li4.4Si 时理论比容量可达 到 4200mAh/g（约为石墨的 10 倍）。硅基负极主要问题是体积膨胀，以及因 此造成的首次库伦效率和循环寿命降低。碳包覆和金属氧化物包覆是优化硅 基负极电化学性能的两种可行策略。硅基材料在固态电池中的应用也是进一 步挖掘固态锂离子电池性能潜力的重要策略。当前的 CVD 技术路线不断优 化，已很大程度降低了硅碳负极的体积膨胀率。未来，固态电池体系下可通 过更强力学性能约束界面从而进一步缓解膨胀问题。

掺硅比例不断提升，2030 年前固态电池负极仍主要看硅基负极。当前硅碳 在负极的添加比例仅为 5％-10％，固态电池体系下，负极掺硅量有望提升， 充分发挥其高比容优势。我们认为，短期（在电池能量密度在 400Wh/kg 之 前）负极主要看硅碳负极，此后，锂金属负极或为主流。

4.2. 锂金属负极或为下一代负极材料，工艺研发不断推进

锂金属负极理论比容量达 3860mAh/g，是未来极具前景的负极技术路线。 锂金属负极的理论比容量（3860mAh/g）远高于传统石墨负极（372mAh/g）， 同时，其有最低的电化学势（-3.04V 相对于标准氢电极，放电能量=放电容 量×平均放电电压，正负极电压差越大，电池的比能量越高）和较小的密度 （0.534g/cm3），可使电池的能量密度进一步提升。在固态体系下使用锂金属 负极更安全，锂金属负极应用的一大阻力是锂单质易燃易爆，同时熔点较低， 在液态体系下难以应用，而在固态电池体系下有望充分发挥优势。当前主流 工艺选用压延法，利用锂金属的延展性和柔性，通过加压使锂金属附着在铜 箔集流体上，形成锂金属负极。

锂金属负极存在的问题是：（1）锂的无限体积膨胀；锂金属不同于石墨，硅 等嵌入型或合金类负极，它是一种无基体转化型负极，石墨和硅的体积膨胀 分别是 10%和 400%，而锂负极的体积膨胀是无限的，导致沉积锂的形貌结 构呈现多孔疏松的状态。（2）死锂的产生；锂的无限体积膨胀和枝晶均会造 成锂表 面结构多孔疏松，经过多次充放电循环后，表面不稳定的锂会逐渐 粉化并脱落下来从而失去电活性，从而产生大量死锂。（3） SEI 破裂和副反 应增加；锂枝晶的生长和死锂的产生会导致锂表面 SEI 破裂和重构，不断的 重构 SEI 需要消耗额外的电解液，造成副反应增加。（4）极化电压增大；锂 枝晶和死锂导致锂金属表面多孔疏松，SE 的比表面积和厚度均会随之增大， 从而使 Li+的扩散路径增加，并且死锂会导致表面阻抗增加，这些因素都会 造成锂金属电池在多次循环后的极化电压显著增加。（5）电池短路；锂枝晶 的不断生长会造成其对隔膜的应力增加，最终会刺穿隔膜导致电池短路，从 而引发电池热失控等安全问题。

压延法为目前主流工艺。压延法是目前较为成熟的锂负极制造工艺，该工艺 通过挤出和压延的方式将锂带加工成薄片，目前市场主流锂带的厚度普遍超 过 20 微米。尽管 20 微米的锂带在短期内仍将是主流，但从长远来看，固态 电池理想的锂带厚度应为 5-6 微米，以优化能量密度和降低成本。因此，压 延法仍有很大的工艺迭代空间。

液相法和气相沉积法是制备锂金属负极的潜力工艺。液相法通过将锂熔融成 液态后喷涂在集流体上，但其面临锂与铜集流体的浸润性差的问题。气相沉 积法中的蒸发镀工艺在工业上较为成熟，未来有望实现工业规模化生产。 蒸镀工艺是锂金属负极的另一选择，或可加速应用落地。蒸镀技术产出的锂 金属负极产品优势在于：1）蒸发工艺可精准控制锂金属沉积厚度，防止过 量的锂金属诱导形成锂枝晶，提升能量密度。2）形成锂金属更加纯净，减 少产品杂质，可提升电化学性能，减少电池副反应。3）结合力、致密性、 均匀性提升，锂金属锂蒸镀过程中可实现纳米级结合，减少由于机械辊压形 成的界面缺陷，进一步降低锂金属负极再循环过程中的损伤演化问题。

4.3. 辅材：是更优的导电剂材料

单壁碳管有利于缓解硅碳负极膨胀。单壁碳纳米管直径为几纳米，长度为几 微米，具有极高的比表面积和优良的电化学性能，可在电极中形成交联网络 的导电路径。干法电极主要依赖物理分散，碳纳米管干粉的低堆积密度以及 较强的纤维化能力，使其在气流磨等干法混合过程中更易形成均匀导电网络， 从而成为该工艺所用导电剂粉的优选和首选。单壁碳管同时可优化电极结构： 单壁碳管具有优化界面结合力、提供界面支撑的作用，尤其有利于缓解硅碳 负极的体积膨胀。

5.1. 多孔铜箔高能量密度+快充性能优异+抑制锂枝晶，适配锂金 属负极

多孔铜箔助力电池高性能、高安全性，适配锂金属负极。固态电池用铜箔需 具备多孔、雾化等特殊结构，以抑制锂枝晶生长，提升固态电池安全性和循 环寿命。多孔铜箔可以有效诱导锂枝晶生长，提升了电池的安全性，此外多 孔铜箔可减小金属锂和铜箔的粘结力，减小二者的界面阻抗，从而提升电池 的能量密度。在铜箔力学强度和能量密度权衡优化下，多孔技术路线在固态 电池体系中具有一定优势。

泡沫铜作为三维多孔、均匀互联的金属材料，由于其制备成本低、导电性好、 高安全性、超充性能优异，有望成为半固态/固态锂电池的负极集流体。泡沫 铜作为负极集流体材料的优势主要有以下几点： （1）安全性高，穿刺时不会产生毛刺避免内短路。 （2）降本减重、能量密度高，铜用量约为传统铜箔的 1/7。 （3）超充性能优异，预计可达 7-10C。 （4）可以实现金属锂负极，泡沫铜集流体可抑制枝晶生长，缓解电极在充 放电过程中的体积变化，并可通过提高亲锂性工艺的复合金属锂电极以实现负极与集流体的一体化，有利于实现金属锂负极应用进而加快半固态/固态 电池产业化。

5.2. 硫化物固态电池路线催生镍基和不锈钢集流体需求

硫化物腐蚀铜箔，镍基和不锈钢集流体或适配。硫化物电解质或成为未来 全固态电池的主要路线，但硫化物固态电解质中的硫离子易与传统铜集流 体反应生成硫化亚铜或硫化铜，导致电子传导阻断和界面失效（被腐蚀）。 因此，行业开始寻求集流体方案，如镍基集流体和不锈钢集流体。 新型镍基集流体：镍基材料（如镍铁合金）表面可形成致密氧化层，可有效 隔绝硫离子的侵蚀，避免副反应发生，从而维持集流体结构完整性和长期导 电性。此外，镍的机械强度和韧性显著高于铜，在硅基负极或硫正极充放电 过程中的剧烈体积膨胀下，能有效抵抗形变，防止活性物质脱落。目前，除 了将镍元素镀层在铜箔上，也可以直接采用镍合金集流体，反应驱动力较弱， 表面氧化层可抑制反应，界面相容性理论更优。

不锈钢集流体：2024 年底，日本东洋钢板公司专为全固态电池开发的电解 铁箔及铁镍合金箔产品，已通过日本经济产业省（METI）的电池供应保障 计划认证。据介绍，该产品在硫化氢曝露环境下高度稳定，性能和耐用性得 到证实。美国劳伦斯伯克利国家实验室与三星的研究人员，共同验证了在不 锈钢集流体上沉积银、锡、碳涂层以优化锂沉积的可行性。2024 年 7 月， 三星 SDI 展出了采用“不锈钢集流体”的固态电池成品。该电池结合了锂 磷硫氯（LPSCl）电解质与银碳负极，实现了 900Wh/L 的能量密度和超千次 的循环寿命，并计划在 2027 年前正式量产。

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）

来源：未来智库