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去年研究湖南裕能时，和宁德、比亚迪的一些专家聊过固态电池的情况，也查阅了一些资料。
个人对固态电池相对谨慎，因此一直没写过相关内容，结果最近半年固态电池相关企业股价一直涨；最近热度有所下降，本着吃屎不赶热乎的 原则，书写本文。特别说明，相关个股在高位，强烈不推荐买入。
本文的固态电池指全固态电池。个人观点比较偏谨慎，欢迎讨论，不喜勿喷。
一、固态电池的进展
固态电池可不是图纸、规划阶段。
$宁德时代(SZ300750)$ 合肥5GWh中试线已投产，进行小批量生产。
$比亚迪(SZ002594)$ 重庆基地规划20GWh，其中第一条线（1GWh）在2025年底落地，2026年规划达到10GWh。
当然，从整体规模上而言，2024年新能源车动力电池使用量为894.4GWh，固态电池占比还很低。
按照宁德、比亚迪专家的说法，2027年，固态电池电动车装车量占比应该还在5%以内，2030年的目标达到10%以上；2035年目标达到30%-40%。从专家的说法来看，固态电池真正大规模应用，应该是在5年之后。最近5年，从业绩角度，别报太大希望。
二、固态电池在替代谁
固态电池未来有多大的空间，我们需要先搞清楚，固态电池究竟在替代谁。
1、从磷酸铁锂电池取代三元锂电池说起
2020年，三元锂电池的比例在70%以上，磷酸铁锂20%+；而到了2024年，这个比例翻转了，磷酸铁锂70%+，三元锂20%+。
之所以出现这样的变化，在于这些年三元锂进步不大，而磷酸铁锂的性能有较大提升，比亚迪刀片电池、宁德时代神行电池的相继问世，磷酸铁锂的充电速度追上三元锂，安全性优于三元锂，电池管理系统也优化（防止尿崩），价格比三元锂便宜（磷酸铁锂电芯价格在0.3元/Wh，三元锂电池0.5元/Wh）；因此综合而言，磷酸铁锂电池性价比高，成为车企最爱。
这里又出现了一个问题：为何同一系列产品的高端车型往往配置三元锂电池呢？这就在于三元锂主要的优势：能量密度高于磷酸铁锂，三元锂电芯能量密度最高可以达到310Wh/kg，磷酸铁锂电芯可以达到260Wh/kg。
高端车型相较普通车型，往往配备了更大/多的电机，增加空悬、CDC减震，性能更优的卡钳通风盘，更大的轮胎轮毂，更豪华的座舱系统，这些都意味着质量的提升；而电池从磷酸铁锂升级为能量密度更高的三元锂，恰恰能把质量节省下来，留给增配。再或者，同样质量的电池包，三元锂电池电池容量更大。
2、固态电池的优点
固态电池目前最实质的优点在于能量密度高。目前乘用车领域，三元锂电芯能量密度最高可以达到310Wh/kg，磷酸铁锂电芯可以达到260Wh/kg，而固态电池可以达到500Wh/kg。
电芯占电池包质量比例在70%左右，对应100度电池包的质量，磷酸铁锂550kg，三元锂需要461kg，而固态电池只需要285kg。可见，如果都是461kg电池包，三元锂是100度电，而固态电池可以做到162度电；又或者，同样是100度电池包，固态电池会轻176kg，可以用在车辆的增配上。
固态电池还有其他优点，比如充电速度更快，但我个人认为，伴随动力电池充电速度整体迈向5C，以及超充桩相对不足，这方面的吸引力在减弱。理论上，固态电池不易燃爆，循环次数高，但应用初期可能恰恰相反。
3、固态电池的缺点
固态电池目前最核心的问题是：初期技术不成熟。具体体现：价格高，循环次数低，部分技术难点有待进一步优化。
（1）价格：
目前，磷酸铁锂电芯价格在0.3元/Wh，三元锂电池0.5元/Wh，硫化物全固态电池1.5-2元/Wh。电池包的成本大头是电芯，除了电芯外，另有BMS系统、热管理与结构件、制造与集成成本等，这些合计在0.15-0.2元/Wh（磷酸铁锂0.15元/Wh左右，三元锂为防燃爆贵一些，在0.2元/Wh左右，假设固态电池和三元锂一致）。
换算一下，100度电池的电芯价格，磷酸铁锂4.5万左右，三元锂7万左右，而硫化物全固态电池在17-22万。
（2）循环次数
目前三元锂的循环次数在2000-6000次，磷酸铁锂在4000-15000次，而固态电池，理论循环次数更高，但目前技术路径和制造水平下，大概在800-1000次。
当然，按照每次循环400公里计算，800次循环，也可以达到32万公里。但实际行驶路况下，可能会缩水，使用过程可能易坏（记得2020年之前的新能源车，当时磷酸铁锂、三元锂技术还不成熟，很多车辆出现过电池损坏、换电池的情况）。
（3）技术难点问题：在下个篇幅讲。
4、固态电池在替代谁
按照锂资源的消耗角度折合，总计约1500GWh，其中动力电池894GWh（占比59%），储能301GWh（占比20%），消费电子113GWh（占比7.5%），其他200GWh（玻璃、陶瓷、空气处理、润滑脂、医疗等）。
（1）动力电池领域
未来1-2年，固态电池会应用在某些品牌40w+定价的高端车型上（毕竟光电池就20w左右了），主要替代的是部分三元锂电池。
2030年之后，固态电池的成本会大幅下降，届时三元锂电池的绝大部分份额会转化为固态电池，形成高端车型固态电池、中低端车型磷酸铁锂电池的格局。
到了2035年，动力电池市场，磷酸铁锂占比50%-70%，固态电池占比30%-50%。
（2）消费电子领域
手机、平板、笔记本电池等。目前主流是钴酸锂电池，价格高，主要特点是能量密度高于三元锂。
未来会全部被固态电池所取代。
储能领域固态电池无用武之地。储能多与光伏配套，光伏电站压根不缺地，重就重点无所谓，没有高密度建设要求。储能对价格、循环次数极为敏感，价格决定收益，循环次数决定模型久期。固态电池价格再怎么降，也高于磷酸铁锂电池；磷酸铁锂已经实现的循环寿命，高于固态电池的理论循环寿命。
三、固态电池的组成
1、正极
正极材料：固态电池正极和三元锂类似，主要采用高镍三元，长期方向是富锂锰基等锰系材料。
严格意义上说，正极应该是正极组件， 由正极材料层和 集流体构成。其中，正极材料层包括活性材料+导电剂+粘结剂，活性材料为高镍三元；导电剂指炭黑、石墨烯等，解决活性材料电子导电性差的问题，确保电子能从活性材料传输到集流体；粘合剂则是把活性材料、导电剂牢牢粘在正极集流体上。三元锂电池正极集流体一般为铝箔，但硫化物固态电池集流体多采用不锈钢或镍基合金。
有人说用磷酸铁锂正极行不行，技术上当然可以，但是图啥？固态电池最大的优点是能量密度高，结果你整个比容量低的磷酸铁锂当正极，那还不如直接用三元锂呢。
2、负极
负极材料变更，是固态电池能量密度提升的关键。目前三元锂动力电池负极为人造/天然石墨负极（另搭配适量的导电剂、粘合剂），理论比容量372mAh/g；半固态电池主要采用石墨+高比例硅基；固态电池降逐渐转为硅基负极、锂金属负极，理论比容量达到4000mAh/g左右（在三元锂电池中，是不可能使用锂金属负极的，因为产生锂枝晶后，直接和液态电解液起反应。）
三元锂负极集流体材料一般为铜箔，但硫化物固态电池集流体多采用纯镍箔、镍基合金。
现在也有一些前沿探索，比如无集流体设计，将活性材料直接生长在锂金属表面（如硅纳米线阵列），从而进一步提升能量密度。
3、固态电解质
三元锂电池使用六氟磷酸锂+溶剂+添加剂组成的液态电解液，固态电池没有电解液、隔膜，取而代之的是固态电解质。
固态电解质主要分为聚合物、氧化物、硫化物、卤化物四大技术路径。目前全球研发的核心是硫化物路线，这是未来固态电池的核心路径。
（1）聚合物路线：
液态电解液主要是六氟磷酸锂+溶剂+添加剂，聚合物路线则是六氟磷酸锂和氧化乙烯等材料形成的固态物。核心问题是离子电导率低，可以用于半固态电池，不适合用于全固态。
（2）氧化物路线：
主要三大体系：NASICON型（如锂铝钛磷酸盐Li₁.₃Al₀.₃Ti₁.₇(PO₄)₃，缩写LATP），橄榄石型（如锂镧锆氧Li₇La₃Zr₂O₁₂，缩写为LLZO），钙钛矿型（如锂镧钛氧 Li₀.₃₃La₀.₅₆TiO₃，缩写为LLTO）。
多说一句：钙钛矿这个词，在太阳能电池中反复提及，被认为是下一代光伏电池技术路线，但实际钙钛矿光伏电池，即不含钙元素，也不含钛元素，实际可能是铯碘化锡、铯碘化铅、甲胺碘化铅、苯乙胺甲胺碘化铅、甲脒碘化锡等等的一种；之所以叫钙钛矿，是其晶体结构——天然钙钛矿是一种发现于自然界中的矿物，其化学分子式为CaTiO₃，后来把与之又类似晶体结构ABX₃的材料称为钙钛矿。而橄榄石型结构，则是ABX₄晶型，最知名的，磷酸铁锂LiFePO₄就是橄榄石型晶体结构。
氧化物路线主要问题是离子电导率一般，材料脆性高，界面问题严重。
界面问题很好理解：液态电解液下，正极材料、负极材料，均是和液态电解液接触，被液态电解液浸润。固态电池，则是固体和固体接触（高镍三元-固态电解质-锂金属），无法像液态那样浸润，容易因反应和体积变化失效，最终导致阻抗大幅上升、电池短路。
（3）卤化物结构
不含氧元素，而是含有卤元素，经典卤元素Cl（氯）、Br（溴）、I（碘）、F（氟） 。 目前卤化物结构主要为氯化锆锂（Li₂ZrCl₆）。
卤化物结构离子电导率处于氧化物和硫化物之间，与高压正极材料具有更好的兼容性，可以实现高电压窗口下的稳定循环，但成本较高，且容易吸水潮解。
（4）硫化物路线
目前全球主要的研发路线，未来的主要技术路径。
不含氧元素，含硫元素。主要分为：
LPS型，如Li₃PS₄，Li₇P₃S₁₁。
硫代-锂快离子导体型（Thio-LISICON），分子式LixM₁₋yM’yS₄（M=Si 或 Ge，M’=P、Al、Zn、Ga、Sb，3 ≤ x ≤ 5，0 ≤ y ≤ 1），如Li₃.₂₅Ge₀.₂₅P₀.₇₅S₄。
锂锗磷硫型（LGPS），锂、磷、硫为框架、添加第 ⅣA 族元素，分子构成Li₁₁₋ₓM₂₋ₓP₁₊ₓS₁₂（x=0或者1，M为锗、锡、硅），如Li₁₀GeP₂S₁₂。
硫银锗矿型（Argyrodite），Li₇PS₆，Li₆PS₅Cl。
硫化物固态电解质离子电导率最高。
硫化物电解质的主要问题是电化学稳定性差、空气稳定性差，遇水形成硫化氢。针对这一问题，目前新型工艺为干法电极技术。目前主流的电极制备技术是湿法电极，正极为例，前文已叙、正极组件由集流体+正极材料（活性材料+导电剂+粘结剂）构成，目前湿法工艺是以液态溶剂为载体，将活性材料、导电剂、粘结剂混合成均匀浆料，再通过涂覆、干燥、压实等步骤，在集流体上形成稳定的电极膜。而干法工艺则是直接将活性材料、导电剂和粘结剂的固态粉末混合后压制成膜，再贴合到集流体上。
此外，固态电池量产时因电极层间残余孔隙率导致内阻较高，需要等静压设备施加高压、高温去除孔隙和空隙，确保活性组分之间的界面充分接触。等静压设备是很多人看好的增量市场。
多说一句，从目前信息看，宁德时代和比亚迪的技术路径还不太一样，宁德时代是硫化物路线LGPS型（即Li₁₀GeP₂S₁₂），而比亚迪采用的是硫银锗矿型，Li₆PS₅Cl然后再使用氧化物路径的橄榄石型锂镧锆氧（LLZO）包覆硫化物颗粒，通过材料混搭规避单一体系的缺陷。
四、各环节涉及公司
宁德时代、比亚迪作为电池企业，当然是主导者。
从材料角度来看：
正极材料不变，还是高镍三元，但工艺可能需要变更，这方面为容百科技、当升科技。但实际考虑固态电池和三元锂此消彼长，实际上可能并没有太大增量。
负极材料企业主要为贝特瑞、杉杉股份、璞泰来等。针对固态电池，贝瑞特三条硅基技术路线并行（硅碳、硅氧、气相硅）；杉杉股份同步开发硅碳和锂金属负极。但同样，其实并没有太大增量。
固态电池淘汰的电解液、隔膜：电解液企业主要为天赐材料、新宙邦、泰瑞新材，其中天赐材料硫化物电解质前驱体做的不错。隔膜企业主要为恩捷股份、星源材质，恩捷股份开始做全固态电解质。
从固态电解质角度看，布局企业挺多的，包括上游硫化锂，比如赣锋锂业、天齐锂业、厦钨新能、容百科技等。从宁德固态和比亚迪目前的供应商来看，可能涉及到天赐材料、赣锋材料、金龙羽等。
等静压方面，龙头为瑞典公司Quintus Technologies，中国主要企业为中国钢研子公司钢研昊普，中航机载子公司子公司川西机器，包头科发，但似乎都没上市。要说起来的话，我的老相好汉钟精机甚至都能沾沾光（等静压工艺主要流程为包套密封、升温、抽真空、加压、保压、降压、降温，汉钟精机核心产品真空泵，以前在光伏领域卖，光伏萎缩后在突破半导体，一直比较墨迹）。
设备方面，这涉及的公司比较多，$先导智能(SZ300450)$ ，赢合科技，利元亨，此外，曼恩斯特、华亚智能（涉及干法电极）等。
前文已叙，一来固态电池真正的爆发是在5年后，二来固态电池是替代三元锂电池，对很多锂电池产业链公司而言，其实并没有什么增量。设备公司可能业绩增量相对好一些。
从买车角度而言，很多朋友希望再凑合1-2年，买固态电池车辆，省的现在买完2年后就过时。我不赞同这种看法，未来5年固态电池会有个快速降本的过程，且目前技术还在快速发展，未来1-2年高价买固态电池车辆，很容易成为先驱……
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