1、定义：固态电池指使用固态电解质代替电解液的锂电池。根据固态电解质用量的关系，可以将其细分为半固态电池和全固态电池两大类：

1)半固态电池：电解质采用固液混合形态，电池中液体(电解液)质量占比5-10%左右。本质上是液态锂电池和全固态电池的折中方案。
2)全固态电池：完全使用固态电解质代替电解液。一般将“电池内液体质量占比10%”作为半固态电池和液态电池的分界线。

2、驱动因素：从液态电池向固态电池的转化，从长期来看是电池技术发展的大趋势。推动这一转化的原因主要有安全性、能量密度两点。我们认为车企采用固态电池替代液态电池，安全性为短期驱动因素，能量密度为中长期驱动因素。安全性主要包括热稳定性和锂枝晶两大问题。
1)热稳定性：即隔膜熔化导致正负极短路的问题。液态锂电池隔膜材料 PP/PE 聚合物的玻璃化转变温度约为140-160度，经过涂覆处理后可提升至160-180度。但超过此温度后，聚合物会转化为流动态，导致正负极直接短路。
2)锂枝晶：即锂枝晶刺穿隔膜导致电池短路起火的问题。锂离子在充放电过程中会部分还原，沉积在极片上形成锂枝晶，锂枝晶生长到一定程度将刺穿隔膜，导致电池短路起火。短期来看，安全性是车厂采用半固态/固态电池的主要考量因素。液态锂电池由于短路起火概率较高，在威胁车内乘客安全的同时，也增加了车辆因安全问题召回的概率，为车厂带来额外成本负担。
3）能量密度指固态电池通过引入新型负极材料(硅基负极、金属锂负极)及正极材料(镍锰氧LNMO,层状富锂锰等)实现能量密度提高。目前应用高镍三元+硅碳负极的液态电池(例如4680)能量密度约为300wh/kg, 但固态电池在应用新型材料后，能量密度可提升至500wh/kg以上。但新型材料的电压较高，超出电解液适配的极限，因此必须配合固态电解质才能应用于电池中。短期来看，能量密度并非车厂的主要考量。目前高能量密度的811/NCA三元正极由于安全性较差、原料价格高等原因，尚未占据主导地位，因此液态电池的平均能量密度仍有提升空间。且目前金属锂负极等新材料仍有较多技术问题尚未解决，我们预计第一代半固态/固态动力电池仍将采用现有的三元+石墨(或硅碳)材料体系。需要注意的是，安全性和能量密度之间也存在联系，例如应用金属锂负极后，锂枝晶问题更加严重，对电池安全性也提出更高的要求。

3、技术迭代路径：从液态电池到固态电池的技术迭代路径大致遵循“固态电解质--新型负极--新型正极”的顺序，如下表所示：     

1)引入固态电解质，保留少量电解液，正负极仍为三元+石墨(或硅碳),但可能采用负 极预锂化技术提高能量密度。     

2）用固态电解质完全取代电解液，正负 极仍为三元+石墨(或硅碳),但可能采用负极预锂化技术提高能量密度。

3）在2的基础上，用金属锂取代石墨负极，正极仍为三元材料。

4）在 Step    3的基础上，用硫化物/层状碳/层状富锂锰等材料取代正 极。

2. 和液态电池的比较

1）结构方面和液态电池相比，半固态/固态电池最大的特点在于引入了固态电解质。以取代现有的电解液+隔膜的电池构成。但半固态电池和固态电池的结构又有所不同： 
（1）半固态电池：保留部分电解液和隔膜结构。半固态电池出于提高导电能力的需求，在加入固态电解质的同时，仍保留了少量电解液，也因此需要隔膜作为分隔正负极的结构。另外根据不同的技术路线，固态电解质也有颗粒状和膜状等多种结构。
（2）全固态电池：不保留电解液，隔膜不确定。在全固态电池中，电解液将被固态电解质完全替代。隔膜是否被替代，要视不同技术路线而定。在一些固态电池技术方案中，隔膜被保留作为支撑极片的架构；而另外一些方案中，隔膜则被完全取消。

2）半固态、固态电池对电池各类主材及辅材需求的影响如下：
（1）电解液：短期需求将有所抑制，长期将被显著替代，更换为固态电解质。短期来看，我们预计半固态电池商业化应用的概率更大，因此电解液仍将有一定的应用；但长期(5年以上)随着全固态电池的渗透率提升，电解液将被显著替代。
（2）隔膜：短期不会被替代，长期视主流技术路线而定。短期来看，在半固态电池率先产业化的前提下，隔膜仍是电池至关重要的核心材料。长期来看，随着全固态电池的普及，隔膜是否被取代要看哪种技术路线占优。
（3）三元/石墨正负极：短期替代效应不大，长期将被取代。现有的三元/石墨正负极结构可兼容固液混合/固态电解质结构，鉴于正负极新型材料应用仍需时间，三元/石墨正负极仍将有广泛应用。长期来看，其将被金属锂/层状富锂锰等取代。
（4）结构件：固态电池封装技术以软包为主，方形、圆柱构型较为少见，对结 构件的需求不大，但会增加铝塑膜的需求。
（5）铜箔、铝箔：和正负极的更新换代保持一致。 
（6）导电剂等辅材：会更新换代，但不会被替代。

2）优劣势 
 * 优势：

（1）能量密度：固态电池能量密度相较液态电池是否有提升，要视不同的正负极材料而定。
A.我们预计第一代固态电池由于继续采用传统三元/石墨正负极材料，其能量密度相较液态电池提升并不显著。由于固体密度大于液体，若用同等体积的固态电解质取代电解液，电池的重量将会增加，导致以重量计算的电池能量密度 (wh/kg) 下降。而短期内，由于金属锂等材料实用化仍面临较大瓶颈，首代 固态电池仍会采用三元/石墨正负极材料。虽然可以配合负极预锂化等技术提升 一定的能量密度，但和电解质增重后的能量密度降低相对冲，总体能量密度提升幅度较小。
B.后续固态电池由于采用新型正负极材料，能量密度将有显著提升。随着金属锂、层状富锂锰、硫化物正极等新型材料的应用，固态电池的能量密度将显著突破液态电池300wh/kg能量密度的上限。

(2)安全性：半固态/全固态电池采用固态电解质，安全性相较液态电池显著提 升，其中全固态电池的安全性更高。
A.锂枝晶方面，固态电解质可抑制锂枝晶生长速度，且锂枝晶较难穿透固态电解质造成正负极短路；

B.可燃性方面，固态电解质的燃点高于电解液，电池不易起火；

C.热稳定性方面，不同成分的固态电解质耐热极限差异较大(400度-1800度不等),但均显著高于液态电池隔膜的耐热极限(160度)。半固态电池由于保留少量电解液，安全性稍差于全固态电池，但仍旧大幅优于液态电池。

*劣势/性能：全固态电池由于固态电解质导电率差，电极和电解质界面接触不良，使得内阻较大，循环性能及倍率性能差。半固态电池由于保留电解液，上述性能相较固态电池稍好一些。
(1)导电率上，现有的固态电解质导电率(即锂离子迁移速率)相较液态电解质低1-2个数量级，电导率低导致电池内阻大。
(2)界面接触上，固态电池面临固-固界面接触难题：电极材料会随着充放电过程膨胀及收缩，液态电池由于电极材料浸润在电解液中，二者可长期保持稳定接触；而固态电池随着正负极膨胀收缩，容易和电解质颗粒之间产生缝隙，导致界面接触变差，长期充电循环会加大固态电解质破裂或和电极分离的可能。半固态电池由于保留少量电解液，可以部分弥补导电率低、界面接触差的问题。

*其他技术问题：锂枝晶可能会折断，导致“死锂”情况发生，降低电池容量；金属锂循环过程中出现多孔，体积无限膨胀。

*成本：电解质成本显著高于现有电解液，显著提高半固态/固态电池成本。 【核心在于找出半固态电解质的成本】