1、1 本报告版权属于安信证券股份有限公司。本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。各项声明请参见报告尾页。 固态锂电产业化深度解析固态锂电产业化深度解析 从三个问题，深度解析固态锂电池当前产业化进度。从三个问题，深度解析固态锂电池当前产业化进度。本篇报告我们将 深度解析市场最关注的三个问题：1、半固态锂电池产业化对现有产业 链的影响？2、全固态锂电池体系的产业化进程如何？3、全固态锂电 池产业化后对现有锂电池体系的冲击有多大？ 解析一： 半固态锂电池产业化对现有电池产业链的影响几何？解析一： 半固态锂电池产业化对现有电池产业链的影响几何？蔚来发 布 150KWh固态电池，预

2、计采用原位固化固液电解质制备一种全新的 半固态锂电池，主要解决无机固体电解质与电极固/固界面阻抗大的问 题，与传统凝胶电解质制备的半固态锂电池有所区别。半固态锂电池 对现有四大材料体系以及电池制备工艺没有太大的改变，只是一种过 渡产品，并非解决安全性、提高能量密度的最终方案。 解析二：全固态锂电池体系的产业化进程如何？解析二：全固态锂电池体系的产业化进程如何？预计 2020-2025 年 期间将逐步推出全固态锂电池产品。2007 年后研究进展显著加速，其 中日本丰田在固态锂电池的专利技术布局最深，国内起步时间晚。从 产品结构来看，聚合物体系已经有初步商业化产品面世，薄膜氧化物 体系实现小微电池

3、领域商业化应用，硫化物体系电导率高，潜力大， 界面性能和工艺技术突破成为商业化关键。 解析三： 全固态锂电池产业化后对现有锂电池体系的冲击有多大？解析三： 全固态锂电池产业化后对现有锂电池体系的冲击有多大？从 生产工艺来看，聚合物路线可以兼容卷绕/叠片工艺路线；薄膜氧化物 体系采用磁控溅射生产，设备壁垒高；硫化物体系有望兼容叠片工艺 路线。从材料兼容性来看，正极兼容性最强，高电压复合正极潜力最 大；负极有望逐步过渡到金属锂；电解液中有机溶剂被取代，新型锂 盐在聚合物体系需求潜力大；隔膜将逐步被固态电解质取代。 仍维持我们对锂电中游三条主线的重点推荐。仍维持我们对锂电中游三条主线的重点推荐。 电

4、化学层面的技术进步 不能一蹴而就，固态锂电池的研究已有 50 余年时间，目前整体仍处于 实验室往中试发展的阶段，短期内全固态电池商业化仍面临较大的挑 战，半固态电池有望率先实现量产。全固态锂电池未来有望在可穿戴 设备、军工、航天航空等领域实现大规模应用。我们仍看好目前液态 锂电池体系下，全球电动化进程加速给国内锂电池产业链带来的机会， 重点推荐三条投资主线：海外供应链、涨价中游环节海外供应链、涨价中游环节以及优质二线电以及优质二线电 池厂池厂。 风险提示：固态锂电池技术进步超预期，新能源汽车需求增速不及预 期。 Tabl e_Ti t l e 2021 年年 01 月月 11 日日 电力设备电

5、力设备 Tabl e_BaseI nf o 行业深度分析行业深度分析 证券研究报告 投资投资评级评级 领先大市领先大市-A 维持维持评级评级 Tabl e_Fi rst St oc k 首选股票首选股票 目标价目标价 评级评级 300750 宁德时代 买入-A 603659 璞泰来 买入-A 002812 恩捷股份 买入-A 002050 三花智控 买入-A 600885 宏发股份 买入-A 300037 新宙邦 买入-A 688388 嘉元科技 买入-A 300769 德方纳米 买入-A 688567 孚能科技 买入-A 300014 亿纬锂能 买入-A 300207 欣旺达 买入-A Ta

6、bl e_C hart 行业表现行业表现 资料来源：Wind资讯 % 1M 3M 12M 相对收益相对收益 -6.12 0.99 -26.38 绝对收益绝对收益 6.27 18.39 5.63 相关报告相关报告 全年预计超 135 万，欧洲电动车的奔腾 时代已至！ 2021-01-08 平价时代， 方兴未艾新能源发电 2021 年度策略报告 2021-01-07 电动车产业链深度：拥抱大时代，把握 三主线 2021-01-05 特斯拉系列研究之十二：国产 Model Y 降 价 来 袭 ， 鲶 鱼 效 应 的 背 后 思 考 2021-01-02 六氟磷酸锂：供需缺口叠加成本推动， 涨价具有持

7、续性 2020-12-28 -16% -1% 14% 29% 44% 59% 74% 89% -052020-09 电力设备 沪深300 行业深度分析/石油石化 2 本报告版权属于安信证券股份有限公司。本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。各项声明请参见报告尾页。 内容目录内容目录 1. 解析一：半固态锂电池的产业化道路进展如何？解析一：半固态锂电池的产业化道路进展如何？ . 4 1.1. 脚踏实地，半固态锂电池先行 . 4 1.2. 半固态锂电池商业化进展及制备工艺兼容性？. 5 2. 解析二：全固态锂电池的产业化现状如何？解析二：全固态锂电池的

8、产业化现状如何？ . 7 2.1. 从全球研究机构看全固态锂电池的产业化进程. 7 2.2. 聚合物全固态锂电池：已有初步商业化产品面世 . 9 2.3. 氧化物薄膜全固态锂电池：小微型电池领域实现商业化应用.11 2.4. 硫化物全固态锂电池：界面性能和工艺技术突破成为商业化关键. 14 3. 解析三：全固态锂电池产业化对现有电池体系的冲击有多大？解析三：全固态锂电池产业化对现有电池体系的冲击有多大？ . 16 3.1. 全固态锂电池&液态锂电池生产工艺对比 . 16 3.1.1 聚合物全固态生产技术可以兼容现有产线 . 16 3.1.2 LiPON 薄膜全固态锂电池：工艺设备壁垒高，成本管

9、控是关键 . 16 3.1.3 硫化物全固态锂电池：制备工艺有望兼容传统锂电池叠片工艺. 17 3.2. 全固态锂电池&液态锂电池的电池材料体系对比 . 18 3.2.1. 正极材料体系：兼容性较强，高电压复合电极材料有望成为主流 . 18 3.2.2. 负极材料体系：金属锂有望逐渐替代当前石墨、硅碳负极材料 . 18 3.2.3. 电解液体系：有机溶剂将被替代，新型锂盐有望导入聚合物全固态锂电池 . 19 3.2.4. 对其他零部件的影响 . 19 4. 投资建议投资建议. 19 5. 风险提示风险提示. 20 图表目录图表目录 图 1：凝胶电解质优劣势情况. 5 图 2：丰田关于无机固体电

10、解质方面的专利申请情况. 8 图 3：1996-2015 年海外专利申请情况 . 9 图 4：1996-2015 年国内专利申请情况 . 9 图 5：国内主要开发固态锂电池机构分布及其主要路线 . 9 图 6：法国博罗雷 Autolib 纯电动租赁车. 10 图 7：青能-固体电池工作图 . 10 图 8：青岛能源所关于“万泉”设备参航证书. 10 图 9：氧化物薄膜全固态电池.11 图 10：薄膜全固态锂电池在小微型领域空间（亿美元） . 13 图 11：薄膜全固态锂电池在柔性电池（亿美元） . 13 图 12：氧化物薄膜全固态电池. 13 图 13：聚合物全固体锂电池生产工艺示意图. 16

11、 图 14：聚合物全固态锂电池生产流程图. 16 图 15：传统锂电池生产工艺流程 . 16 图 16：从层堆垛提升固态电池能量密度. 17 图 17：硫化物全固态锂电池制备工艺流程示意图. 18 表 1：常见的氧化物电解质离子电导率情况. 4 表 2：主流的凝胶电解质种类及性能 . 5 表 3：企业关于热引发现场聚合的专利申请. 6 rQoRoOrMuNrQrOnMrMsPpR6MbPaQsQoOtRpOfQnNnMiNrQoMbRnNwPNZnPxPvPtRtR 行业深度分析/石油石化 3 本报告版权属于安信证券股份有限公司。本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。各

12、项声明请参见报告尾页。 表 4：半固态锂电池对传统四大材料体系的影响. 6 表 5：固体电解质类型及其特点对比 . 7 表 6：聚合物固态锂电池全球产业化现状 . 7 表 7：聚合物固态锂电池全球产业化现状 .11 表 8：商业化薄膜全固态锂电池企业汇总 . 12 表 9：IPS 生产手机用薄膜全固态锂电池与传统锂电池成本拆分 . 13 表 10：硫化物固态锂电池全球产业化现状 . 15 表 10：固态锂电池产业化对现有电池材料体系的影响. 19 行业深度分析/石油石化 4 本报告版权属于安信证券股份有限公司。本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。各项声明请参见报告尾页

13、。 1. 解析解析一：半固态锂电池的产业化道路进展如何？一：半固态锂电池的产业化道路进展如何？ 全固态锂电池具备能量密度高、安全性高、柔性化等优势，同时又存在离子电导率低、界面 阻抗大等问题短期无法商业化，这个已经得到市场普遍的认可，我们不再赘诉。 我们本篇报告将深度解析市场最关注的三个问题： 1、 半固态锂电池对现有产业链的影响？2、 全固态锂电池体系的产业化进程如何？3、全固态锂电池产业化后对现有液态锂电池的材料 体系和制备工艺有多大的冲击？ 1.1. 脚踏实地，半固态锂电池先行脚踏实地，半固态锂电池先行 蔚来发布蔚来发布 150KWh 固态电池，预计固态电池，预计 2022 年四季度推出

14、年四季度推出。2021 年 1 月 9 日，蔚来汽车举行 NIO DAY 发布会，发布 150kwh 固态电池包，预计将于 2022 年第四季度正式推出，能量密 度达到 360wh/kg。其中，固态电池主要采用了“原位固化固液电解质”，该技术的创新在于原 位聚合涂覆技术， 即在基膜上进行的涂覆是由原位聚合反应实现， 可以改善正负极界面接触， 预计原位聚合涂覆用了 LLZTO、LATP 等陶瓷固态电解质成分。 我们认为原位固化固液技术主要为了解决无机电解质我们认为原位固化固液技术主要为了解决无机电解质/电极的界面阻抗问题。电极的界面阻抗问题。 目前市场上无机 固体电解质的研究主要集中在两大类，硫

15、化物体系与氧化物体系，其中氧化物体系 LLZTO、 LATP 等存在界面阻抗高、制备的电解质膜机械性能差、离子电导率低等短期无法有效解决 的问题。采用原位固化技术，能够实现固体电极片与电解质膜在分子层面的紧密接触，降低 固/固界面阻抗，有效提升电池的倍率性能。同时，参考最新的学术研究成果，目前氧化物电 解质的离子电导率仍处于 10-4S/cm 左右的较低水平， 暂时达不到商业化 （10-2S/cm） 要求， 因此我们预计仍需要加入电解液来解决离子电导率。 表表 1：常见的氧化物电解质离子电导率情：常见的氧化物电解质离子电导率情况况 电解质种类电解质种类 细分品种细分品种 室温电导率（室温电导率

16、（S/cm） NASICON LiTi2(PO4)3 10-4 LiGe2(PO4)3 10-210-4 石榴石型石榴石型 LiLaZrTaO 10-310-4 钙钛矿型钙钛矿型 LiLaTiO3 10-410-5 LISICON r-Li3PO4 10-510-6 LiPON - 10-6 Li3N - 10-610-7 资料来源：Journal of Power Sources，安信证券研究中心 传统半固态锂电池，主要是指采用凝胶电解质制备的锂电池。传统半固态锂电池，主要是指采用凝胶电解质制备的锂电池。凝胶电解质，是以聚合物为电 解质“基膜” ，加入锂盐，同时加入碳酸二乙酯/碳酸乙烯酯等低

17、分子有机溶剂作为增塑剂， 经过浸泡活化后，得到离子电导率指标介于固体电解质和传统电解液之间的凝胶电解质。 凝胶电解质具备固体和液体的双重优势，同时具备粘结性和液体快速传输性质。凝胶电解质具备固体和液体的双重优势，同时具备粘结性和液体快速传输性质。凝胶电解质 是针对目前聚合物固体电解质离子电导率低，而采取的一种折中方式。凝胶电解质既不是固 体，也不是液体，反过来讲既是液体，也是固体，因此同时兼备两者的优势。凝胶电解质种 类：目前研究较为成熟，已经商业化的有 PEO（聚环氧乙烯）基、PVDF-HFP（聚氯乙烯- 六氟丙烯）基、PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）基、PAN（聚丙烯腈）基。 其优点在于：1、

18、离子电导率比聚合物固体电解质高，一般在 10-3S/cm 数量级，基本满足商 业化应用需求。2、基本形态为固态，没有流动的液体，封装简单，形状可以多样化，适用 于软包电池中。3、界面相容性较好，循环性能和倍率性能均较好。 行业深度分析/石油石化 5 本报告版权属于安信证券股份有限公司。本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。各项声明请参见报告尾页。 表表 2：主流的凝胶电解质种类及性能：主流的凝胶电解质种类及性能 凝胶电解质种类凝胶电解质种类 电解质性能电解质性能 PEO 基基 聚合物膜交联度、结构稳定性、吸附电解液性能好，高离子电导率，室温达到 1S/cm，具备宽的 电

19、化学窗口和好的热稳定性。 PMMA 基基 较高的离子电导率，良好的电化学及界面稳定性 PVDF-HFP 基基 多孔薄膜具备优良化学性能和机械性能，吸附电解液能力强，室温电导率 10-3S/cm，电化学性能 良好 资料来源： 锂离子电池安全性能研究 ，安信证券研究中心 半固态锂电池只是一种过渡产品，并非最终解决方案。半固态锂电池只是一种过渡产品，并非最终解决方案。由于凝胶电解质还是含有少量低闪点 的有机溶剂，并没有从根本上解决电解液造成的安全性能问题，采用金属锂做负极仍有一定 的安全隐患，因此对能量密度的提升程度有限，是短期全固态锂电池没有实现商业化情况下 的一种折中解决方案，并非最终形态。 图

20、图 1：凝胶电解质优劣势情况：凝胶电解质优劣势情况 资料来源： 锂离子电池用聚合物凝胶电解质研究进展 （电池工业） ，安信证券研究中心 1.2. 半固态锂电池商业化进展及制备工艺兼容性？半固态锂电池商业化进展及制备工艺兼容性？ 珈伟股份实现第一期快充类固态锂电池投产。珈伟股份实现第一期快充类固态锂电池投产。根据公司 2017 年 12 月 20 日公司，其控股子 公司珈伟龙能固态储能科技如皋第一期快充类固态锂电池生产线正式投产，规模 1 亿 Wh。 公司通过引入离子液体或者凝胶电解质， 改善电解质的界面浸润性和稳定性， 降低界面阻抗， 达到类固态的标准，未来公司主要面向 4 种类型的电池：1、

21、高镍电池，配套物流车、乘用 车等，能量密度达到 120-130Wh/kg，循环寿命 7000 次以上；2、磷酸铁锂电池，配套公家 车，客车；3、钛酸锂电池，配套卡车、拉煤车、轨道车等，循环寿命 20000 次以上；4、高 能量密度锂电池，配套乘用车，能量密度到 230Wh/kg，循环寿命 2000 次以上。 赣锋锂业一期项目固液混合的半固态锂电池实现规模化生产赣锋锂业一期项目固液混合的半固态锂电池实现规模化生产能力。能力。公司与中科院许晓雄课题 组合作， 设立全资子公司浙江锋锂新能源科技有限公司， 开展固态锂电池方面的产业化工作。 根据公司 2018 年 8 月 3 日投资者关系活动记录表资料

22、显示，公司项目一期中样品电芯属于 混合固液电解质类型的半固态锂电池；按照产品设计的要求，该款电池是综合具备了较高比 能量、优异的功率特性及良好的循环寿命，同时易于规模化制备。按照现有循环测试数据推 算，预计该类电池可循环 3000 次，容量保持 80%（1C 充电/1C 放电，100%DOD，室温条 件） 。 半固态锂电池制备工艺流程可兼容传统锂电池生产工艺。半固态锂电池制备工艺流程可兼容传统锂电池生产工艺。半固态锂电池的正极、负极极片的 行业深度分析/石油石化 6 本报告版权属于安信证券股份有限公司。本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。各项声明请参见报告尾页。 制备

23、工艺可兼容传统锂电池卷绕和叠片的制备工艺。凝胶电解质制备工艺相对复杂，主要有 两种：1、传统工艺：基于分子间作用力形成物理交联，再吸入电解液。需要经过聚合物成 膜、造孔剂萃出、电解液浸渍等步骤，制备出凝胶电解液后再通过叠片、卷绕的方式与正负 极组装成电池。2、现场聚合工艺，其中热引发现场聚合是目前主流的技术。加入一定比例 的单体、 热引发剂、 交联剂、 电解液混合均匀， 制备前驱体溶液， 注入电池壳中， 臵于 50-120 下加热 0.5-1 小时，在不改变现有锂电池工艺的基础上，制备半固态锂电池。目前中科院物 理研究所、比亚迪、三洋株式会社、三星 SDI 均有相关的技术研究和专利储备。 表表

24、 3：企业关于热引发现场聚合的专利申请：企业关于热引发现场聚合的专利申请 企业企业 专利名称专利名称 国别国别 申请时间申请时间 专利申请号专利申请号 中科院物理研究所中科院物理研究所 一种以胶体聚合物为电解质的二次锂离 子电池及制备方法 中国 2000 年 3 月 30 日 CN00105541.0 比亚迪比亚迪 凝胶聚合物电解质和聚合物电池及其制 备方法 中国 2012 年 5 月 22 日 CN2012101586 02.0 三样株式会社三样株式会社 能有效阻漏的聚合物电解质和采用该电 解质的锂电池 韩国 2003 年 6 月 18 日 CN03152467.2 三星三星 SDI 制备锂

25、离子聚合物电池的方法 韩国 2003 年 3 月 12 日 CN03120182.2 资料来源：国家知识产权局，安信证券研究中心 半固态锂电池对现有四大材料体系冲击较小。半固态锂电池对现有四大材料体系冲击较小。1、正极材料：可延续现有锂电池的正极材料 体系，磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂、三元 NCM 等。2、负极材料：目前主流的石墨系，钛酸 锂等、以及未来的硅碳系均可适用，由于存在电解液以及隔膜，不适用于金属锂负极。3、 电解液：仍需要少量的有机溶剂浸渍，目前主流的商业化锂盐 LiFP6，以及新型锂盐 LiTFSI/LiFSI 等需要添加。4、隔膜：由于仍有部分电解液存在，凝胶电解质不能起到电子绝

26、 缘的作用，仍需要隔膜隔绝正负极防止短路。 表表 4：半固态锂电池对传统四大材料体系的影响：半固态锂电池对传统四大材料体系的影响 材料名称材料名称 半固态锂电池的影响半固态锂电池的影响 正极材料正极材料 可延续现有锂电池的正极材料体系，磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂、三元 NCM等 负极材料负极材料 目前主流的石墨系，钛酸锂等、以及未来的硅碳系均可适用，不适用于金属锂负极 电解液电解液 仍需要少量的有机溶剂浸渍，现有体系的 EC/DEC/DMC等溶剂仍需要，现有锂盐 LiFP6，以及 新型锂盐 LiTFSI/LiFSI等仍有需要 隔膜隔膜 仍需要隔膜隔绝正负极防止短路 资料来源：GGII，安信证券研

27、究中心 行业深度分析/石油石化 7 本报告版权属于安信证券股份有限公司。本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。各项声明请参见报告尾页。 2. 解析解析二：全固态锂电池的产业化现状如何？二：全固态锂电池的产业化现状如何？ 业内预计全固态锂电池有望在业内预计全固态锂电池有望在 2020-2025 年期间实现小批量生产。年期间实现小批量生产。早在 1978 年 Michel Armand 首次 报道了固态金属锂电池的相关研究，随后 40 年内固态锂电池被全球广泛研究， 固体电解质离子电 导率低， 界面相容性差等技术瓶颈制约了商业化进程， 全固态锂电池的研究停滞于 20 世纪末

28、， 2007 年开始，全固态锂电池的研究开发复苏，2017 年中国电动汽车百人论坛上，业界预计 2020-2025 年全固态锂电池有望实现小批量生产。 固体电解质按照体系主要分为两大类：有机体系和无机体系固体电解质。固体电解质按照体系主要分为两大类：有机体系和无机体系固体电解质。有机电解质相对简单一 些，主要以 PEO 为主，无机体系又可以细分为氧化物体系和硫化物体系。氧化物电解质体系又可 以细分为非晶态氧化物（薄膜氧化物）体系，以及晶态氧化物体系；硫化物体系也属于非晶态体 系的固体电解质。 表表 5：固体电解质类型及其特点对比：固体电解质类型及其特点对比 电解质种类电解质种类 聚合物体系聚合

29、物体系 无机体系无机体系 氧化物体系氧化物体系 硫化物体系硫化物体系 优势优势 原材料充足，价格低廉，制备工艺简单；2） 具备较好的机械性能和韧性； 制备工艺流程简化； 4）界面相容性好。 薄膜型商业化潜力大； 晶态型对空气和水分 稳定性高 锂离子电导率高 1）热稳定性高； 2）电化学窗口宽，适用高电压电极材料； 3）离子迁移数高 缺点缺点 1）常温及低温离子电导率低，正常在 10-5S/cm以下； 2）锂离子迁移数低 1）加工难度大；2）机械性能差；3）成本高；硫化 物体系对水氧敏感度高；4）晶态氧化物的界面相容 性差。 代表类型代表类型 PEO、聚硅氧烷、聚碳酸酯等 LIPON、 导锂机理

30、导锂机理 通过络合配位与无定形区的链段运动对锂离 子进行定向迁移 电解质结构中的结构缺陷和空位缺陷来形成导锂空 位，实现对锂离子的定向迁移 资料来源：Journal of Power Sources，安信证券研究中心 2.1. 从全球研究机构看全固态锂电池的产业化进程从全球研究机构看全固态锂电池的产业化进程 日本固态电池研究体系成熟，计划日本固态电池研究体系成熟，计划 2022 年全面掌握全固态电池相关技术年全面掌握全固态电池相关技术。日本在硫化物全 固态锂电池方面的研究成果较为突出。 法国 Bollor公司是全球第一个将聚合物全固态锂电池 运用于电动车的公司。海外申请专利前 10 名中，日本

31、公司占有 9 家，韩国公司占 1 家。其 中日本丰田株式会社申请的专利数最多，达到 218 件，占总申请数的 20.15%。2018 年 6 月，日本新能源产业技术综合开发机构宣布，将于未来五年内联合学术机构和企业共同开发 下一代电动车全固态锂电池。该项目预计总投资额 100 亿日元（5.8 亿元人民币），丰田、 本田、日产、松下等 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 家学术机构将共同参与研究，计划将于 2022 年全面掌握全固态电池相关技术。 表表 6：聚合物固态锂电池全球产业化现状聚合物固态锂电池全球产业化现状 序号序号 申请人申请人 国别国别 专利件数专

32、利件数 占比占比 1 丰田株式会社（TOYOTA JIDOSHA KK） 日本 218 20.15% 2 出光兴产株式会社（IDEMITSU KOSAN CO LTD） 日本 42 3.88% 3 村田株式会社（MURATA MFG CO LTD） 日本 30 2.77% 4 住友电气工业株式会社（SUMITOMO ELECTRIC IND LTD） 日本 25 2.31% 5 日立造船株式会社（HITACHI ZOSEN CORP） 日本 21 1.94% 6 NGK 绝缘子株式会社（NGK INSULATORS LTD） 日本 21 1.94% 7 LG 化学公司（LG CHEM LTD）

33、 韩国 18 1.66% 8 松下电器产业株式会社（MATSUSHITA DENKI SANGYO KK） 日本 18 1.66% 行业深度分析/石油石化 8 本报告版权属于安信证券股份有限公司。本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。各项声明请参见报告尾页。 9 日本松下电器股份有限公司 （MATSUSHITA ELEC IND CO LTD） 日本 16 1.48% 10 独立行政法人产业技术研究院 （DOKURITSU GYOSEI HOJIN SANGYO GIJUTSU SO ） 日本 15 1.39% 资料来源：中国知识产权报，安信证券研究中心 丰田的固态电池

34、专利申请居全球之首，丰田的固态电池专利申请居全球之首，80%集中在无机固体电解质集中在无机固体电解质领域领域。丰田进入无机固体 电解质的时间相对较晚，但进行了持续性的专利布局，主要分布在氧化物电解质和硫化物电 解质方面。其中氧化物电解质只集中在 2010-2011 年期间，占比逐渐减少，丰田对硫化物电 解质的重视程度逐渐加大，重心主要放在如何减少硫化氢的产生，以及如何提高固体电解质 的离子电导率方面。 图图 2：丰田关于无机固体电解质方面的专利申请情况丰田关于无机固体电解质方面的专利申请情况 资料来源：电源技术，安信证券研究中心 全球固态锂电池专利申请数量呈现加速提升趋势。全球固态锂电池专利申

35、请数量呈现加速提升趋势。据德温特数据库检索数据显示，在 1995-2015 年期间，海外全固体锂电池领域，共申请专利 1082 项。2007 年后，海外对全固 态锂电池的专利申请年均复合增速达到 35.3%。1996-2007 年期间，液态锂电池实现商业化 生产固态锂电池的研究持续低迷。2007 年后液态锂电池的技术趋于成熟，在安全性能和能 量密度上的天花板也逐渐显露出来，海外主流研究机构加大对固态锂电池的研究力度。 国内对固态锂电池的研究起步相对较晚。国内对固态锂电池的研究起步相对较晚。国内关于全固态锂电池专利申请数量相对较少， 1996-2015年期间共申请专利170项。 通过检索国家知识

36、产权局检索数据， 查询了1996-2015 年期间公开的全固态锂电池专利申请数据，期间共申请专利 170 项。 行业深度分析/石油石化 9 本报告版权属于安信证券股份有限公司。本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。各项声明请参见报告尾页。 图图 3：1996-2015 年海外专利申请情况年海外专利申请情况（项）（项） 图图 4：1996-2015 年国内专利申请情况年国内专利申请情况（项）（项） 资料来源：德温特数据库，安信证券研究中心 资料来源：国家知识产权局，电源技术，安信证券研究中心 国内全固态锂电池仍处于基础性研究阶段。国内全固态锂电池仍处于基础性研究阶段。主要

37、两部分机构在做相关研究：1、国内知名高 校及科研院所， 具有代表性的团队有： 清华大学南策文院士团队、 中南大学刘业祥院士团队、 中科院物理所陈立泉院士团队、中科院宁波材料所许晓雄团队、中科院青岛能源所崔光磊教 授团队等。2、国内锂电池产业链上优秀企业，比如宁德时代、赣锋锂业、中航锂电、贝特 瑞、力神、台湾辉能等等。 图图 5：国内主要开发固态锂电池机构分布及其主要路线：国内主要开发固态锂电池机构分布及其主要路线 资料来源： 固态锂电池技术发展现状与趋势 （科技中国） ，安信证券研究中心 2.2. 聚合物全固态锂电池：聚合物全固态锂电池：已有初步商业化产品面世已有初步商业化产品面世 聚合物电解

38、质基体可类比于固态溶剂。聚合物电解质基体可类比于固态溶剂。聚合物电解质主要有三大体系，其中最早发现可以导锂， 研究相对成熟的是 PEO 基固体电解质体系，其次还包括聚碳酸酯基体系、聚硅氧烷基体系以及聚 合物锂单离子导体基体系。 其优点在于工艺流程简单， 原材料价格低廉， 缺点在于离子电导率低， 常温电导率在 10-610-7S/cm。 2011 年年法国法国 Bollor 公司公司实现聚合物固态锂电池商业化，核心点要采用高温加热。实现聚合物固态锂电池商业化，核心点要采用高温加热。法国 Bollor 制 备的全固态锂电池，是国际上最早将聚合物全固态锂电池运用于电动汽车的案例，运用于市内租 赁电动

39、车中。法国 Bollor 公司旗下子公司 Batscap 公司生产的聚合物全固态锂电池，用于 Autolib 项目，采用磷酸铁锂为正极，带电量 30KWh，测试数据表明，电池在 60-80期间工作，以 1/3C 的倍率循环 1200 圈后，容量保持率在 80%左右，单体电芯的能量密度为 230Wh/kg，续航里程达到 0 40 80 120 160 200 1995 1997 1999 2001 2003 2005 2007 2009 2011 2013 2015 0 5 10 15 20 25 30 1995 1997 1999 2001 2003 2005 2007 2009 2011 2

40、013 2015 行业深度分析/石油石化 10 本报告版权属于安信证券股份有限公司。本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。各项声明请参见报告尾页。 250km，最高时速 130km/h，能够满足城市居民的临时用车需求。2011-2015 年期间，博罗雷共计投 入 3000 辆电动汽车， 租赁站点 1150 个， 充电桩 6000 个， 服务巴黎 12000 平方公里的 1300 万市民。 聚合物全固态锂电池的最大问题在于离子电导率低，聚合物全固态锂电池的最大问题在于离子电导率低， 法国法国 Bollor 公司采用安装加热装臵的方式给公司采用安装加热装臵的方式给 电池加热

41、实现正常使用，一方面带来安全隐患，另一方面也造成成本抬升。电池加热实现正常使用，一方面带来安全隐患，另一方面也造成成本抬升。 图图 6：法国博罗雷法国博罗雷 Autolib 纯电动租赁纯电动租赁车车 资料来源：汽车之家，安信证券研究中心 中国科学院青岛能源所突破高能量密度固中国科学院青岛能源所突破高能量密度固态态锂电池技术。锂电池技术。青岛能源所研发的“刚柔并济”固体 电解质，复合刚性的多孔骨架材料和柔性的聚合物离子传输材料，改善电池的固固界面相容 性和抑制锂枝晶产生， 成功研制能量密度 300Wh/Kg、 循环寿命超过 500 次的全固态锂电池。 通过了多次穿钉测试，固体电池体现出了一定的自

42、修复功能，安全性很好，并通过了国家深 海中心的 11000 米深海压力舱检测。2017 年 3 月，青能所开发的“青能-”固体电池随中科 院深渊科考队远赴马里亚纳海沟， 为“万泉”号着陆器控制系统及 CCD 传感器提供能源， 累计 完成 9 次下潜，深度均大于 7000 米，其中 6 次超过 10000 米，最大工作水深 10901 米，累 计水下工作时间 134 小时，最大连续作业时间达 20 小时，顺利完成万米全深海示范应用。 相关成果已申请中国发明专利 29 项，国际 PCT 专利 3 项。 图图 7：青能青能-固体电池工作图固体电池工作图 图图 8：青岛能源所关于青岛能源所关于“万泉万

43、泉”设备参航证书设备参航证书 资料来源：中国科协年会，安信证券研究中心 资料来源：中国科协年会，安信证券研究中心 其他大部分其他大部分机构的机构的聚合物全固态锂电池仍处于中试阶段。聚合物全固态锂电池仍处于中试阶段。1、日本电力研究所采用卷对卷工 艺，制备输出电压 12V 的三层单体聚合物全固态锂电池，正极材料 NCM111，负极材料石 墨，固体电解质聚醚材料，正极表面涂覆无机物材料防止界面氧化，降低界面阻抗，室温电 导率 10-5S/cm，未来设想通过与热泵、储热槽组成的热水器结合，使其在较高温度下正常工 行业深度分析/石油石化 11 本报告版权属于安信证券股份有限公司。本报告版权属于安信证券

44、股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。各项声明请参见报告尾页。 作。2、日本三重县产业支援中心，同样采用卷对卷的生产工艺，制备了超薄可弯曲的聚合 物固态锂电池。正极材料是磷酸铁锂与碳的复合材料，负极是钛酸锂/硅/石墨的复合材料， 电解质是交联型聚氧乙烯结构。 该电池能在 0正常工作， 未来有望与太阳能电池、 电子纸、 柔性底板等大面积元件相结合使用。3、SEEO 公司主攻聚合物固态锂电池。SEEO 的研发 技术主要来自于美国能源部所属的劳伦斯伯克利国家实验室，主要研究方向是嵌段共聚物为 聚合物电解质。目前样品供货的电池组能量密度达到 130-150Wh/kg。 表表 7：聚合物固态锂电池全球

45、产业化现状聚合物固态锂电池全球产业化现状 产业化程度产业化程度 研究机构研究机构 产业化进展情况产业化进展情况 初步产业化初步产业化 法国 Bollor 旗下 Batscap 公司采用磷酸铁锂体系，带电量 30KWh，单体电芯 的能量密度为230Wh/kg， 续航里程达到250km， 最高时速130km/h 初步产业化初步产业化 青岛能源所 聚合物全固态电池 300Wh/Kg、 循环寿命超过 500次的全固态锂电 池， “青能-”电池为“万泉”号着陆器控制系统及 CCD传感器 提供能源 中试阶段中试阶段 SEEO 公司 已经研制出磷酸铁锂体系的聚合物全固态电池， 推出样品单体电池 能量密度 2

46、20Wh/kg，未来目标400Wh/kg 电池。 中试阶段中试阶段 日本电力研究所 输出电压 12V 的三层单体聚合物全固态锂电池，正极 NCM111， 负极石墨，电解质聚醚材料,未来用于与热泵等。 中试阶段中试阶段 日本三重县产业支援中心 正极磷酸铁锂/碳，负极钛酸锂/硅/石墨，电解质是交联型聚氧乙烯 结构。有望与太阳能电池、等大面积元件相结合使用。 资料来源：GGII，安信证券研究中心 2.3. 氧化物薄膜氧化物薄膜全全固态锂电池：固态锂电池：小微型电池领域实现商业化应用小微型电池领域实现商业化应用 薄膜全固态锂电池主要通过磁控溅射方式商业化。薄膜全固态锂电池主要通过磁控溅射方式商业化。薄

47、膜全固态锂电池主要是指以 LiPON 为 电解质的锂电池， 工作原理与传统锂电池相同， 是重点研究的氧化物全固态锂电池体系， 1992 年由美国橡树岭实验室通过射频磁控溅射 Li3PO4 靶材制备。由于 LiPON 离子电导率较低， 制备工艺苛刻，难以生产大电池，一般只能做成小微型电池，可用于微芯片、微机电系统、 微型存储器、植入式医疗器械、无线传感器等低能量供电领域。美国 Sakti3 公司研究较为深 入，技术相对成熟，此外 Cymbet Enerchips, Excellatron, Front Edge Technology, Infinite Power Solutions 等公司均初

48、步具备商业化生产能力。 图图 9：氧化物薄膜全固态电池：氧化物薄膜全固态电池 资料来源：汽车之家，安信证券研究中心 美国美国 Sakti3 生产薄膜全固态锂电池的技术相对成熟。生产薄膜全固态锂电池的技术相对成熟。1、 美国 Sakti3 采用真空沉积法制备电 行业深度分析/石油石化 12 本报告版权属于安信证券股份有限公司。本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。各项声明请参见报告尾页。 池，预计为氧化物体系，成本可控。Sakti3 自 2007 年成立以来，获得了包括通用汽车 320 万美元在内的 3000 万美元风险投资，采用真空沉积法制备，公司已经在密西根的小型示范

49、 生产线上做小批量生产，未来有望在 1-2 年内实现商业化。2、韩国 GS Caltex 采用层层溅 射的方法制造出了超薄、邮票大小的固体锂离子电池。并在日本发行了样品。其正极材料为 LiCoO2，负极材料为锂，电解质材料为 LiPON。虽然其容量只有 0.5mAh，但是体积能量密 度超过 800wh/L，是普通锂离子电池的 1.2 倍，最高充电倍率可达 50 C，这款电池被用作无 线传送测试数据的小型温度感应器上,并可采用太阳能电池对其充电。 国内率先商业化的是天津瑞晟晖能，产品性能稳定，能量密度超过国内率先商业化的是天津瑞晟晖能，产品性能稳定，能量密度超过 200Wh/kg。根据钜大锂 电

50、资料报道，公司已开发多款柔性薄膜全固态锂电池，目前已经在实验室小试，近期将筹建 1 万块薄膜全固态锂电池的连续化生产中试线。据公司官网介绍：公司电池产品体系为钴酸 锂/LiPON 电解质/Li，公司采用多层薄膜电池堆垛结构提升单体电池能量密度，能量密度大 于 200Wh/kg。公司电池循环性能稳定，能稳定循环 1000 次，容量衰减率小于 5%，年自放 电率不超过 10%， 工作温度范围-40160。 应用领域包括军事工业、 医疗电子、 消费电子、 超级智能卡、微电子器件、可穿戴设备等等。 表表 8：商业化薄膜全固态锂电池商业化薄膜全固态锂电池企业汇总企业汇总 公司名称 电池体系 电压（V）