固态电池前景广阔，产业化趋势加速
思瀚产业研究院 银河    2025-11-03

（一）锂电池终局形态，兼具高能量密度与高安全性

1.固态电池性能优势突出，有望解决行业痛点

传统液态电池存在能量密度逼近上限，易发生热失控等问题。

1）能量密度上限：目前液态锂电池能量密度的理论极限大约在350Wh/kg，市场主流的液态三元电池的能量密度通常在260Wh/kg280Wh/kg之间。

2）热失控风险：近年来由电池热失控引发的电动汽车起火自燃事故时有发生，是新能源汽车安全性的核心问题之一。热失控通常由电池内部物质发生连锁反应引起，诱发原因包括机械滥用（碰撞、挤压、穿刺）、电滥用（过充、过放和外短路）、热滥用（外部高温烘烤）以及电池老化所引起的电池内短路，例如负极锂枝晶刺穿隔膜导致正负极短路、电解液泄露等。

3）SEI膜增厚影响循环寿命：液态锂电池在充放电过程中，固态电解质界面(SEI)膜会逐渐增厚，影响电池的循环寿命。

4）低温性能不足限制场景应用：液态锂电池在低温环境下性能显著下降，内阻会呈现非线性增长，能量损失严重制约续驶里程。随着新能源汽车的加速渗透，以及低空经济、人形机器人等新兴领域快速发展，对高能量密度、高安全性锂电池的需求日益凸显。固态电池使用固态电解质代替传统的电解液和隔膜，根据电解质含液量的不同，又可分为半固态电池（含液量5%-10%）和全固态电池（不含液体）。

相比传统液态电池，固态电池具有能量密度高、安全性高、应用场景广等优势：

1）固态电池通过优化电解质和正负极材料，能量密度可轻松达到400Wh/kg，甚至500Wh/kg以上。

2）酯类及醚类液体电解质存在化学稳定性差、易燃性、易泄漏等问题，而固态电解质通常有较高机械强度（杨氏模量），且相对锂金属稳定，可有效抑制锂枝晶生长，克服电解液泄漏和易燃性问题，同时使高理论比容量的金属锂(3860mAh/g)作为负极成为可能，进而大幅提升电池能量密度。

3）相较于在低温下发生液-固相变的有机电解液，固体电解质在高温和低温环境下保持稳定，这使得固态电池能在较宽的温度范围内可靠工作。

4）固体电解质能够同时充当隔膜和电解质，且具有较宽的电化学窗口，有望简化电池结构并提升能量密度；

5）固态电池可通过多层堆垛技术实现内部串联，获得更高的输出电压。

2.固态电解质是关键核心，氧化物/硫化物逐步成为半固态/全固态主流

目前固态电解质材料主要分为硫化物固态电解质、氧化物固态电解质和聚合物固态电解质等，目前半固态电池主要采用氧化物材料，而硫化物凭借其出色的离子电导率和良好的机械性能而逐渐成为全固态电池固态电解质的主流技术路线。

硫化物基固态电池采用的硫化物电解质主要由硫化锂和铝、磷、硅等元素组成，硫化物电解质具有三维骨架结构，为锂离子提供了快速传输的通道，锂离子扩散机制较为优越。硫离子半径大，使得锂离子传输通道更大，具有最高的离子电导率和与硫基阴极的良好界面相容性。同时，硫化物全固态电池能够实现更高的能量密度，理论上能够达到900Wh/kg，远高于传统液态锂离子电池。

硫化物电解质的缺点在于电化学窗口狭窄，与金属锂负极一起使用时，产生的固态电解质中间相（SEI）阻抗也较大，并且电解质与电极之间界面不稳定，容易形成锂枝晶。

硫化固态电解质对水和空气极其敏感，加工难度较大。S在高充电电压下易被氧化，P和Ge容易与负极Li金属发生严重的界面反应，生成电阻相的界面层，阻碍锂子的快速运动，并产生有毒的SO2、H2S气体。此外，当前无论是合成哪种硫化物电解质，都需要使用昂贵的Li2S，使成本远高于商业化应用要求。

与硫化物相比，氧化物电解质具有更宽的电化学窗口和更高的氧化稳定性，主要包括NASICON型、石榴石型、非晶类型(如LiPON)等。然而，氧化物电解质的室温离子电导率一般低于硫化物，其较大的晶界电阻也限制了其离子电导率的发挥。

要获得致密的陶瓷电解质，通常超过1000℃的烧结温度，且其内在硬而脆的特性使其难以缓冲循环过程中电极材料的体积变化，导致在正负极界面处产生非常大的传质阻抗，从而对电池的生产、组装等环节提出了严格的要求，极大地增加生产及组装成本及工艺的复杂性。此外，氧化物固态电解质的电极-电解质界面接触能力较差，循环过程中界面稳定性也较差，导致循环过程中界面阻抗迅速增加，负极有效容量不足，电池寿命衰减较快。

聚合物固态电解质主要是由聚合物基质(例如聚环氧乙烷(PEO)、聚丙烯腈(PAN))与锂盐(例如LiClO4、LiPF6)组合构成。

聚合物固态电解质具有出色的机械稳定性和成膜性，可实现大规模生产。但相对较低的电导率限制其进一步发展，难以支撑整个全固态电池中的物质传输。卤化物固态电解质主要有LiaMCl6、LiaMCl4、LiaMCl8等，其中M为过渡金属元素。

卤化物兼具耐高电压、离子电导率高、电化学窗口宽、塑性变形能力好等优势，成为固态电解质的“后起之秀”，但高成本、与锂金属负极界面稳定性差和较低的化学稳定性制约其应用。

3.正负极向更高比能材料迭代，固态电池能量密度上限有望进一步打开

正负极材料是决定固态电池能量密度、循环性能、倍率性能、安全性和电池成本的核心之一，正极材料应满足高氧化还原电位、电压平台稳定、锂离子可逆脱嵌量充足、结构稳定、可通过修饰改性实现与固态电解质能级和晶体结构匹配、电子和离子电导率较高、热稳定性好等条件；而负极材料应具备较高比容量、较低的电极电势、与固态电解质良好兼容、体积膨胀系数低、良好的电子和离子电导率等特性。

正极材料从三元材料向富锂锰基过渡。当前商业化的钴酸锂（LCO）、镍锰钴三元（NMC）、磷酸铁锂（LFP）等正极材料具有晶体结构稳定、技术成熟、性能稳定等优势，但仍然难以满足新兴设备对锂离子电池高比能的需求。富锂锰基由于具有较高的能量密度以及较低的单位成本，有望成为固态电池正极材料之一。

富锂锰基材料能够实现动力锂电池高能量密度技术突破，拥有高达300mAh/g的比容量和1000Wh/kg的能量密度，远超目前商业化应用的磷酸铁锂和三元材料等正极材料的放电比容量，几乎是当前已商业化正极材料实际容量的两倍。

但富锂锰基材料存在初始库伦效率低、容量衰减快、倍率性能差、电压衰减及压实密度低等商业化难题，需通过界面工程设计进行改性，以提升其离子导电率和充放电过程中的离子传输能力，消除阴离子氧在循环过程中的不可逆损失，抑制表面结构的降解。负极材料从石墨向硅碳负极、锂金属负极过渡。不同的负极材料可以通过嵌入、合金化或转换反应实现储锂，目前已广泛应用的负极材料包括石墨类、Li4Ti5O12、无定形碳（硬碳、软碳）、硅基材料、锂合金等。

目前石墨负极能量密度已经达到极限，硅基材料的理论比容量高于石墨负极，具有目前已知最高的理论锂储存容量4200mAh/g，被视为新一代锂电负极材料，其商业化瓶颈主要在于体积膨胀问题，硅材料作为锂电池负极在循环过程中体积膨胀率高达300%，产生的内应力将造成材料结构的坍塌，加速SEI膜的产生，导致电池容量的降低和循环寿命的减少。

通过多孔结构、复合材料、表面包覆等手段可一定程度改善性能；锂金属具有高比容量、低电极电势和低密度，理论比容量高达3860mAh/g，是传统石墨负极（理论比容量约372mAh/g）的十倍以上，是锂电池负极的理想选择。但锂金属负极的高反应活性和无宿主结构特性严重制约其在硫化物基固态电池的应用，一方面锂金属与硫化物固态电解质界面接触较差且易发生界面副反应，另一方面锂枝晶生长将引发安全问题。现阶段锂金属负极的商业化仍存在较大瓶颈，是负极材料的长期迭代方向。

目前国内主要企业逐步聚焦于以硫化物为主体电解质的全固态电池技术路线，选择高镍三元正极、硫化物主体的复合电解质、硅碳负极构成的材料体系，以实现车用电池比能量400Wh/kg左右为目标，超越传统液态和半固态电池。同时，通过全固态电池将高镍三元电池安全性提升到磷酸铁锂电池水平。根据欧阳明高院士预计，全固态电池产业化将分为三个阶段：

2025-2027：石墨/低硅负极硫化物全固态电池。以200-300Wh/kg为目标，攻克硫化物复合电解质，打通全固态电池技术链，三元正极和石墨/低硅负极基本不变，面向长寿命大倍率应用；

2027-2030：高硅负极硫化物全固态电池。以400Wh/kg和800Wh/L为目标，重点攻关高容量低膨胀长循环硅碳负极，优化高镍三元复合正极和硫化物复合电解质，面向下一代乘用车电池应用。

2030-2035：锂负极硫化物全固态电池。以500Wh/kg和1000Wh/L为目标，重点攻关锂负极/无锂负极，采用先进的硫化物复合电解质、高电压高比容量正极（超高镍、富锂、硫等）。

（二）半固态电池率先量产，新兴领域需求涌现

1.半固态电池率先实现商业化，全固态市场空间可期

固态电池发展正处初期阶段,目前产业化以半固态电池为主。2024年全球固态电池出货量约5.3GWh，同比增长430%，预计2030年将达到614GWh。2024年中国固态电池市场规模17亿元，同比增长70%，预计2030年有望增长至200亿元。

2025慕尼黑车展期间，美国QuantumScape与大众旗下PowerCo携手完成全球首次QS固态锂金属电池驱动电动车杜卡迪V21L赛车摩托车的实车演示。我国也已有多家整车厂发布搭载固态电池的新车型。24年4月，上汽集团旗下纯电品牌智己汽车正式推出智己L6车型，其中智己L6Max光年版本搭载“业内首个准900V高压超快充固态电池”，即第一代光年固态电池，固态电解质含量在90%左右，能量密度高达368Wh/kg，可实现续航超1000公里，充电12分钟续航可增加400km（约合为2C+）；25年8月，上汽全新MG4开启预售，并推出半固态电池版本，电解液含量降至5%，能量密度可达400Wh/kg，支持12分钟快速充电400km。

目前全固态电池技术和工艺路线尚未成熟，在2027-2028年实现小规模量产后，将首先应用于科研、军工以及机器人、无人机等对电池性能要求高而对价格相对不敏感的新兴领域；消费电子由于使用的电池体积较小，生产难度相对较低，易实现规模化降本，也有望较早搭载全固态电池。未来随着全固态电池性能的进一步提升和量产后成本的逐步优化，将逐步向新能源汽车、工业、储能等领域渗透。

2.新兴领域需求之一——低空经济

国家政策不断加码，低空产业加速发展。2024年低空经济首次写入政府工作报告，开启发展新里程，2025年政府工作报告再次提出开展新技术新产品新场景大规模应用示范行动，推动商业航天、低空经济、深海科技等新兴产业安全健康发展。预计到2026年，低空经济规模有望突破万亿元，达到10644.6亿元、到2030年有望突破2万亿元、到2035年有望达3.5万亿元。其中，包括无人机、eVTOL（电动垂直起降飞行器）、直升机、传统固定翼飞机等在内的低空飞行器是低空经济产业的重要支撑。eVTOL商业化在即，电池性能亟待突破。

今年3月，亿航智能成为首个集齐“四证”（即运营合格证、型号合格证、生产许可证、标准适航证）的企业；7月，峰飞航空V2000CG凯瑞鸥获单机适航证，成为全球首架“三证齐全”的吨级以上eVTOL。目前eVTOL正处于商业化的临界点，今年1-7月国内eVTOL企业披露的意向订单数量超1500架且金额可观，量产与落地进程有望加速。

根据波士顿咨询预测，2030年中国eVTOL市场规模将达到60亿美元，年销量约2万台。与电动汽车一样，电池同样是eVTOL的“心脏”，在eVTOL整机成本中占比高达20%-40%，需兼具续航与成本，同时还必须满足航空级的安全冗余与动态功率输出需求。

1）能量密度决定续航边界：eVTOL百公里耗电量高达65度，而汽车仅需12-18度，相同电池包下航程仅为汽车的1/4。动力电池系统比能量从200Wh/kg提升至500Wh/kg，可使eVTOL增加近四分之一的有效载荷，或将巡航里程提升近两倍。若要实现100公里以上的城市间载人通勤，电池系统能量密度需稳定突破350Wh/kg，否则其应用场景将局限于短途观光等领域。

我国《通用航空装备创新应用实施方案（2024-2030年）》加快布局新能源通用航空动力技术和装备，推动400Wh/kg级航空锂电池产品投入量产，实现500Wh/kg级航空锂电池产品应用验证；开展400kW以下混合推进系统研制；推进250kW及以下航空电机及驱动系统规模化量产，以及500kW级产品应用验证。

2）倍率和功率密度保障持续动力输出：eVTOL起飞时需瞬间输出数倍于巡航状态的功率，起降需高于5C持续放电，飞行阶段多旋翼需1-2C，复合翼至少需0.5C，若电池倍率性能不足，可能引发动力中断的安全隐患。因此，电池必须在高能量密度基础上，具备爆发式功率输出能力。同时出于安全考虑，部分飞行器要求在飞行阶段之外仍需预留20%电池容量。

3）安全性是商业化基本前提：低空飞行器的电池包需耐受高空低温的极端环境，同时应对振动、冲击等机械应力，需通过高空跌落不起火测试。由于eVTOL属于空中密闭环境，一旦发生电池热失控，无法进行快速撤离或进行消防干预，因此对安全冗余的要求远超地面设备。

固态电池优势显著，头部电池厂率先卡位。固态电池具备高能量密度、高安全性和宽温度范围工作能力，可匹配eVTOL的长续航和高安全性电池需求。一方面，固态电池能量密度可达400-500Wh/kg，远超现有液态电池，另一方面，固态电解质不可燃、耐高温、无腐蚀，可显著降低热失控和起火风险。此外，面对现阶段固态电池较高的成本，eVTOL对成本敏感度相对较低，未来随着固态电池技术和产业链的逐步完善，量产后有望实现降本，固态电池的应用有望成为eVTOL以及低空经济发展的重要助力之一。目前，头部电池厂已相继与eVTOL企业达成合作，并推出eVTOL用半固态电池。

3.新兴领域需求之二——人形机器人

人形机器人有望迎量产元年，工业场景率先落地，逐步扩展至商业服务与家庭生活。特斯拉Optimus历经多次迭代，有望在2026年推出V3版本并正式定型从而转向量产；Figure于2024年向BMW交付Figure02，在其南卡工厂承担标准作业流程，近期Figure03视频发布，演示家庭应用场景。

国内方面，优必选拿下全球最大单笔2.5亿元WalkerS2人形机器人产品和解决方案大单，目前其Walker系列累计合同已近4亿元；宇树携手智元中标中国移动子公司1.24亿采购项目。2025年全球人形机器人有望正式迈上万台出货量台阶，迎来量产元年。就应用场景而言，工业场景具有工作步骤标准化程度高、重复度高、场景相对封闭的特征，有助于人形机器人产品在早期落地应用，据亿欧智库预测，2025-2030年人形机器人有望率先应用于工业领域，2030年后人形机器人将逐步应用于商业服务领域，2035年后人形机器人将逐步应用于家庭生活领域，到2040年人形机器人市场规模有望达到近3万亿元水平。

续航能力是制约人形机器人商业化量产落地的重要因素之一。目前人形机器人主要采用圆柱型锂电池，并安装在躯干中央，系统架构多采用48-58V系统电压，以13-16串3-9并的电池组结构为主，其充放电倍率多在2-3C以上，单台人形机器人的带电量在0.5-2kWh。当前大多数人形机器人和机器狗产品的续航时间仍在2小时以内，仅少数厂商能做到2至6小时。以宇树科技产品为例，其人形机器人G1搭载电池容量为9000mAh，续航时间为2小时；机器狗Go2标准版/长续航版电池容量为8000mAh/15000mAh，续航时间不足2小时/4小时。

然而，人形机器人若要真正进入生产和生活场景，至少达到8-10小时的续航水平，工业客户对续航时间的要求则更高。续航问题主要在于当前锂电池的能量密度难以达到机器人长时间作业要求，且轻便化、外观设计、应用场景复杂性等需求使得机器人难以像两轮车一样携带大电箱。

固态电池将成为提升人形机器人续航水平的关键突破口。高能量密度、高倍率的固态电池可更好匹配人形机器人和机器狗的电池性能需求，助力实现商业化场景落地。

1）高能量密度：由于本体空间有限和对工作时长及效率的需求，机器人对锂电池能量密度有更高的要求（向300Wh/kg以上发展）；

2）高倍率性能：工业场景对瞬时放电的要求，需要锂电池有高放电倍率（≥2C）；3）快充性能：各作业场景期望减少“停工”时长，提高生产效率，提出对电池快充性能需求；

4）安全性和宽温性能：人形机器人对安全的需求较高，而救援、探索等特殊场景对工作温域的需求较高。目前全固态技术尚未成熟，行业内更多仍以高端液态或半固态进行测试试验，未来再逐步向全固态过渡。孚能科技已向人形机器人头部企业送样第一代硫化物全固态电池，产品性能与安全表现均达到预期，可支持人形机器人实现8-12小时持续运行。

广汽集团第三代人形机器人GoMate搭载由欣旺达提供的全固态电池，续航时间可达6小时，并且显著降低了能耗，相比同类产品节能达80%以上。

（三）海内外玩家角力，全固态电池产业化提速

1.国内市场：政策引导+需求驱动，2024年起产业进展明显加速

2020年10月，国务院通过《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》这一里程碑式文件，提出到2025年动力电池能量密度400Wh/kg的目标，并首次将固态电池明确为新能源汽车产业的重点发展方向。2024年以来，一方面政策支持低空经济、人形机器人等新兴产业发展，为固态电池开拓新的需求场景；另一方面，工信部等部委设立60亿元全固态电池研发专项，从资金层面支持产业发展，推动我国全固态电池产业趋势明显提速。

从专利申请数量来看，全球固态电池专利申请量在2010年起进入快速增长期，2016-2022年更是呈现阶梯式上升，2022年全球固态电池专利申请量超过3700项。与国际固态电池专利申请情况相比，我国固态电池专利申请起步较晚，自2015年起申请量增速明显加快，从2015年的428项跃升至2022年的2312项，2016年以来我国年度固态电池专利申请量跃居至世界首位，固态电池逐步成为我国电池领域的重点研发方向。

我国全固态电池有望在2027年左右实现小批量生产，国内固态电池玩家主要包括三类，一是宁德时代、国轩高科、孚能科技、亿纬锂能、欣旺达等传统锂电池厂商，半固态电池与全固态电池研发同步推进，预计将于2025-2026年完成百MW级全固态电池中试线建设，2027年左右实现小规模装车，2030年左右实现量产。

二是清陶能源、太蓝新能源、欣界能源等专注固态电池的厂商，在半固态电池方面进展较快。三是比亚迪、长安汽车、上汽集团等整车厂，以自研+与电池企业合作开发为主，目标多为2027年实现全固态电池装车示范。从技术路线上看，经过前期的探索，我国全固态电池已逐步趋向硫化物基固态电解质，正极采用高镍三元/富锂锰基，负极为硅碳负极/锂金属负极，目标能量密度为400-500Wh/kg。

2.海外市场：日韩及欧美布局较早，意图实现锂电池领域的弯道超车

我国在传统液态锂电池领域已构建起技术、产业链、价格等全方位的全球领先地位，日韩和欧美较早开始大力推进固态电池的研发，希望依托新技术实现对中国锂电池产业的弯道超车。日本固态电池产业起步最早，日本东芝公司于1983年就成功开发出了可实用的Li/TiS2薄膜固态电池。2018年，日本发布《日本汽车电动化的基本政策和具体行动》，明确提出包括固态电池在内的下一代电池技术开发方向；2022年的《蓄电池产业战略》计划投资约1205亿日元用于以全固态电池为核心的下一代电池技术及回收技术研发，目标是力争在2030年左右实现全固态电池全面商业化。

韩国积极布局固态电池发展。2021年韩国发布《K电池发展战略》,引导企业合力研发固态电池，并着力建设本土电池产业链体系，计划到2030年前联合企业共同投人20万亿韩元,用于全固态电池等下一代电池技术的研发，并力争在2027年实现全固态电池的初步商业化。

美国2019年和2023年分别投入200万美元和1600万美元，用于固态电池的研发制造，2021年美国能源部发布的《锂电池国家蓝图(2021-2030)》，首次由政府主导制定了未来的锂电池发展路线，并构建本土锂电池完整产业链，建设满足其国内需求的电池生产基地。此外，美国能源部还设立“Battery500”联盟，资助2.5亿美元开发锂金属-固态电解质体系。

欧盟分别在2018年和2021年推出《电池2030规划》及《2030电池创新路线图》,明确将固态电池作为重点发展方向,并批准了欧洲固态电池投资专项计划，将由欧盟多国共同出资32亿欧元用于支持固态电池的研发和产业化。

技术路线方面，日韩起步最早并选择了硫化物固态电解质路线；欧美偏向聚合物和氧化物固态电解质路线。研发主体方面，日韩企业研发多以联盟方式推进，日本拥有住友、三菱、东丽等多家电池关键材料龙头以及丰田、本田、日产等龙头车企，2018年日本组织松下、丰田等23家汽车、电池和材料企业，以及京都大学、日本理化学研究所等15家学术机构共同开展固态电池的研发。

韩国固态电池研发以三星SDI、SKOn、LG新能源等全球领先的锂电池企业为主，主要车企还通过投资欧美固态电池初创公司以推动固态电池产业发展；欧美企业主要采取自主研发，大型车企通过投资入局，美国以初创电池公司为主，与欧洲汽车企业展开合作。欧美主要参与玩家有通用、福特、大众、宝马等车企以及SolidPower、SolidEnergySystems、QuantumSpace等电池企业。

从目标和研发进展来看，日本车企计划2028-2030年实现全固态电池的规模化装车；韩国电池企业计划在2027-2030年间实现全固态电池量产，其中三星SDI已于2022年在水原建设了韩国首条全固态电池试生产线“S-Line”，自2023年起已向包括宝马在内的整车厂商交付B样品，SKOn也于今年9月建成全固态电池试点工厂。欧美电池企业预计在2025-2026年启动量产，宝马、奔驰等车企相继在2025年开启固态电池装车道路实测，预计2030年量产上市。

3.界面接触、材料、生产成本及工艺等问题制约全固态电池量产

目前全固态电池产业化仍存在诸多亟待解决的问题。

1）材料问题：固态电解质的离子迁移能垒较高，离子电导率相比液态电池仍然偏低，导致倍率性能和循环性能较差；锂金属若作为负极材料，充放电过程中易产生锂枝晶和孔洞。

2）固-固界面接触问题：固态电解质缺乏流动性，导致其与电极之间的接触面积较小，造成界面阻抗增加、界面相容性低等问题，严重影响电池倍率性能和循环稳定性。界面处的化学稳定性不佳也将导致空间电荷层的形成，界面反应生成界面层和元素的相互扩散。

3）生产工艺问题：目前全固态电池技术路线还未完全收敛，生产技术也尚未成熟，部分工艺仍处研究和改进阶段，新工艺所需新设备也还需进行技术迭代。

4）成本问题：受工艺尚未成熟、产品未进入量产阶段良率较低、相关材料价格较高等因素影响，目前固态电池成本远高于传统液态电池。根据前瞻产业研究院测算，以硫化物作为电解质、石墨作为负极的固态电池成本为158.8美元/KWh，使用石墨负极的传统锂电池总成本为118.7美元/KWh。展望未来，假设产线良率为80%的情况下，目前半固态电芯的单位总成本为0.85元/Wh，中期有望降至降至0.50元/Wh；远期来看，全固态电池有望搭载锂金属负极，电芯单位总成本将达到0.78元/Wh。