（3）NASICON 型：NASICON 型分子式为 M[A2B3O12]，其中 M、A 和 B 分别为一价、四价和 五价离子，且锂离子在固态电解质中通过不同位点间的取代实现锂离子传递， 电导率取决于骨架离子[A2B3O12] -的大小。因此NASICON 型电解质改性方 法主要是提高骨架离子间隙的离子掺杂。
（4）LiPON 型电解质：早在 1992 年，美国橡树岭国家实验室（Oak Ridge National Lab， ORNL）就在高纯氮气气氛中采用射频磁控溅射装置溅射高纯 Li3PO4 靶制备得 到锂磷氧氮（LiPON）电解质薄膜。该材料综合性能优异，室温离子导电率为 2.3×10−6 S/cm，电化学窗口为 5.5 V（vs. Li/Li+），热稳定性较好，并且与 LiCoO2、LiMn2O4 等正极以及金属锂、锂合金等负极相容性良好。LiPON 薄膜 离子电导率的大小取决于薄膜材料中非晶态结构和 N 的含量，N 含量的增加可 以提高离子电导率。LiPON 被认为是标准的固态电池电解质材料，并且已经得 到了商业化应用。（5）反钙钛矿型固态电解质：反钙钛矿结构固态电解质的特性是环境友好、低成本、高的室温离子电导 率（2.5×10–2 S/cm）、优良的电化学窗口和热稳定性以及与金属锂稳定。反 钙钛矿结构锂离子导体可表示为 Li3–2xMxHalO，其中 M 为 Mg2+、Ca2+、Sr2+或 Ba2+等高价阳离子，Hal 为元素 Cl 或 I。
4）硫化物固态电解质：与 O2−相比，S 2−的半径大且极化作用强，用硫替换氧化物晶态电解质中的 氧，一方面可以增加晶胞体积、扩大锂离子传输通道尺寸；另一方面，弱化了 骨架对锂离子的吸引和束缚，增大可移动载流子锂离子的浓度。因此，相比于 氧化物固态电解质，硫化物固态电解质表现出更高的离子电导率。 硫化物固态电解质主要包括玻璃及玻璃陶瓷态电解质和晶态电解质等。硫 化物固态电解质有一些缺陷，例如制备条件复杂、充放电稳定性低、环境稳定 性差、与电极的界面接触不好等，因此虽然离子导电性高，但实际应用仍存在 一定难度。为解决这些问题，通过引入适当的添加剂，开发高离子电导率、对 空气高稳定性的新型固态硫化物固态电解质体系成为可能。同时，为了优化电 极与固态硫化物电解质之间的界面相互作用，可以通过扩大接触面积、寻找更 多匹配的电极材料、修饰电极表面等方法来降低电阻。在今后硫化物固态电解 质的发展中，此类研究和开发是非常有必要的。
（1）玻璃及玻璃陶瓷态电解质：硫化物玻璃态电解质通常由 P2S5、SiS2、B2S3 等网络形成体以及网络改性 体 Li2S 组成，玻璃态电解质研究最多的是 Li2S-P2S5 体系，此类材料完全结晶 时离子电导率并不高，此外还有 Li2S-SiS2、Li2S-B2S3 体系。硫化物玻璃态电解 质体系组成变化范围宽，室温离子电导率高，可达 10−4～10 −2 S/cm，同时具 有安全性能好、热稳定高、电化学稳定窗口宽（达 5 V 以上）的特点，在构建 高功率以及高低温固态电池方面优势突出。近几年发现，通过热处理或球磨法 制备玻璃态电解质可以形成部分结晶的半玻璃-半陶瓷结构，其离子电导率明显 提高，另外可通过掺杂和改性等措施提高离子电导率和化学稳定性。
（2） 晶态电解质：2011 年，Kanno 发现了在室温下具有 1.2×10-2 S/cm 的电导率的 Li10GeP2S12，这种新型超离子导体由(Ge0.5P0.5)S4/PS4 四面体、LiS4 四面体和 LiS6 八面体组成。尽管 Li10GeP2S12 在室温下具有很高的锂离子传导性，但是昂 贵的原材料（Ge）和金属锂的不稳定性，仍然限制了其大规模应用。为改善此 类问题，可以采用具有成本效益的 Si 来代替昂贵的 Ge，进一步降低成本并提 高电化学稳定性。Li10SiP2S12 室温下电导率较高、稳定性较好，且与高压正极 材料兼容，因此被认为是开发新一代固态电解质的候选者。除 Si 之外，也可以 用等价阳离子 Sn4+替代稀有的 Ge4+。 烧结的块体中离子电导率最高的为 LGPS 型固态电解质锂硅磷硫氯，其块 体离子电导率达到了 2.5×10-2S/cm，是目前所有锂离子快离子导体中的最高 值。
5）卤化物固态电解质：由于卤化物固态电解质具备较高的离子电导率和电压稳定性，引起了研究 者和产业界的广泛关注。第一，和二价硫阴离子与氧阴离子相比，一价卤素阴 离子和锂离子之间的相互作用更弱，因此能够快速运输锂离子。第二，卤素阴 离子拥有更大的离子半径，因此表现出更强的极化性，有利于提高锂离子的可 塑性，并能够促进锂离子的迁移。第三，无机卤盐在高温环境下依然表现稳 定。 金属卤化物固态电解质的化学式为 Lia-M-Xb，其中 X 为卤素元素，M 为金 属元素，常见的卤化物电解质分为 Lia-M-X6、Lia-M-X4和 Lia-M-X8三类。
（1） Lia-M-X6类卤化物电解质：Lia-M-X6 类卤化物固态电解质一般由ⅢB 族金属构成。2018 年，日本松下 公司 Asano 等学者通过球磨和烧结工艺成功制备了 Li3YCl6 和 Li3YBr6，各自离 子电导率高达 5.1×10-4S/cm 和 7.2×10-4S/cm，自此锂卤化物引起了科学界的研究兴趣。2020 年，滑铁卢大学课题组报道了一种新型混合金属卤化物电解 质 Li3-xM1-xZrxCl6，室温下离子电导率为 2.04×10-3S/cm，且电化学稳定性良 好，能够很好地保护正极材料氧化界面不被还原。
（2） Lia-M-X4类卤化物电解质：Lia-M-X4 类卤化物固态电解质主要包括两大类。第一大类是由二价金属离 子 M 构成的正尖晶石相，如 Li2MnCl4。第二大类是由三价或其他价态金属离子 M 构成的卤化物电解质，如 LiYbF4和 LiAlF4等。 正尖晶石结构的卤化物电解质的离子电导率低于反尖晶石结构，反尖晶石 结构的卤化物电解质的离子电导率又低于缺陷型反尖晶石结构。2020 年，有学 者利用三价离子混排替换原二价离子的方式制备出 Li2SC2/3Cl4，首次将该类电 解质离子电导率提升至 1.5×10-3S/cm，并通过引入 In 3+掺杂将离子电导率进一 步提升至 2×10-3S/cm。
（3） Lia-M-X8类卤化物电解质：Lia-M-X8 类卤化物固态电解质以 suzuki 晶格为主。此类卤化物电解质中金 属 M 的取代量低， 使供给锂离子运输的空位较少，进而表现出较低的离子电导 率，例如，Li6CoCl 室温下离子电导率低于 10 -5S/cm，400℃高温下离子电导率 也仅为 9.3×10-2S/cm。此外，对 Li6VCl8 进行电解质中子衍射实验发现，空位 的存在能显著提升离子电导率表现，因此，在应用此类卤化物电解质时，需要 增加过渡金属元素的取代量来提高离子电导率。
6）固态电解质性能对比：氧化物热稳定性好，硫化物离子电导率高：固态电解质种类众多，性能各异。
（1）聚合物固态电解质具有成本低、机 械加工性能优等特点，但电池的离子电导率较低。
（2）氧化物固态电解质具备 电导率适中、热稳定性好等优势，主要缺点是界面电阻大等。
（3）硫化物固态 电解质离子电导率（最高可达 2.5×10 -2S/cm）比聚合物电解质高约五个数量 级，但环境稳定性差。
（4）卤化物固态电解质还原稳定性好，但容易和金属锂 负极不兼容。设计兼顾力学性能、离子电导率和电化学窗口的聚合物/无机物复 合型固态电解质材料是发展固态电池的明智选择。
5.4、 隔膜/全固态电池有望不再需要隔膜：半固态电池因为同时存在液态电解质与固态电解质，要求隔膜的孔径更 大、强度更高。凝胶聚合物电解质膜（GPE）是用于半固态电池的隔膜，凝胶 态是聚合物类隔膜在吸收液体电解质时形成的具有稳定结构的电解质。此时电 解液在三维结构中充满，提供锂离子的迁移通道，不仅解决了液态电解质易燃 易爆的安全问题，也提高了固态电池的离子电导率;随着技术的进步，硫化物、氧化物类全固态电池也可以不再需要隔膜，目 前已有专利描述无隔膜准固态电池的制作方法，认为双层涂覆可以替代隔膜。
6、 展望未来：半固态电池量产在即
6.1、 全球固态电池企业布局情况：各家企业百花齐放,许多电池制造商和汽车制造商都发布公告表明正参与固态电池研发，并设 定相应研发目标。目前主流的电解质体系都有不同的厂商在布局。从各家企业 的布局进展看，2028-2030 年可以实现大范围商业化。多数企业目前处于中试 到量产的工程化阶段，中国仍有领先的机会。
（1）氧化物固态电解质:电池制造商辉能科技宣布与汽车制造商 VinFast 和奔驰达成合作，计划在 2023 年为其商用车和原型样车提供固态电池。此外，2021 年 10 月，辉能科技 融资获得 3.26 亿美元，本轮融资由春华资本、丹丰资本和软银中国共同参与； 2022 年 4 月，辉能科技完成近亿美元 D 轮融资，本轮融资参与方为中银投资 和一汽产业基金。 电池制造商 Quantum Scape 和汽车制造商大众达成协议，计划在 2025 年研发出汽车专用固态电池。Quantum Scape 计划在 2024 年建设 1 GWh 试生产线，并在 2026 年扩产到 20GWh。Quantum Scape 研发固态电池的技术 路线主要是氧化物固态电解质，目前已研发出金属锂负极的电池原型。
（2）硫化物固态电解质:宁德时代将较早生产出硫化物固态电池。宁德时代计划在 2025 年生产出 硫化物固态电池，将先于 SKI 和 LGES 等企业成为硫化物固态电池制造商。 广汽丰田和松下电器在 2021 年合作研发出配备固态电池的原型样车，并 计划在 2025 年将固态电池推向市场。 电池制造商 Solid Power 与宝马、福特等汽车制造商达成合作，计划在 2025 年前研发出搭载固态电池的原型样车，并在 2030 年实现商业化量产。 Solid Power 计划在 2026 年和 2028 年分别研发出硅负极和金属锂负极的 100Ah 固态电池。 此外，还有许多公司参与了硫化物固态电池的研发，例如 Mitsui Kinzoku ACT、Hitz Hitachi Zosen、NEI Corporation、Idemitsu Kosan 和 ATL 等公 司。
（3）聚合物固态电解质:电池制造商 Bollore 于 2011 年将其自主研发的聚合物固态电池搭载在电 动汽车 BlueCar 上，并在 2020 年与奔驰联合推出搭载固态电池的公共汽车。 电池制造商 Factorial Energy 于 2021 年研发出 40Ah 的金属锂负极固态 电池，并与现代起亚、奔驰、Stellantis 等车企达成合作，计划在未来将固态 电池技术用于汽车生产。 通用汽车与电池初创公司 SES 达成合作，计划在 2023 年生产出搭载金属 锂负极固态电池的原型样车，并在 2030 年实现初步商业化。此外，通用汽车 还参投另一电池初创公司 Soelect，该公司正在研发非 PEO 基聚合物固态电解 质膜和金属锂负极的固态电池。 电池制造商 Hydro Quebec 计划在 2025 年至 2027 年间投入固态电池生 产，电池最初将以金属锂负极和 LFP 正极的聚合物固态电解质体系为基础，随 后向 NMC 正极的复合电解质体系发展。
6.2、 我国半固态电池布局：半固态电池量产在即 :2022 年 3 月，太蓝新能源完成由碧桂园创投独家投资的 A+轮融资；6 月，太蓝新能源又完成 A++轮融资，本轮融资金额高达数亿元，由中金资本、 清研资本、招商局创投联合领投，国鼎资本等机构共同参与。此外，太蓝新能 源于 2022 年 9 月 26 日与寿县新桥国际产业园签署合作协议，在安徽省淮南市 建设 10GWh 产能的半固态电池项目。太蓝新能源对该项目注资 70 亿元人民 币，项目第一个阶段计划建设 3GWh 生产线，聚焦于高端新能源电动汽车市 场；项目第二个阶段计划建设 7GWh 动力电池生产线。 2022 年 2 月 25 日，卫蓝新能源投资建设的 100GWh 固态锂电池项目在山 东淄博高新区开工。2022 年 3 月，卫蓝新能源创始人表示，公司正在与蔚来汽 车合作，在 ET7 车型上推出长续航 1000 公里、能量密度为 360Wh/kg 的混合 固液态电池。同年 11 月，卫蓝新能源湖州基地首颗固态动力电芯正式下线。 同年 12 月，卫蓝新能源发生工商信息变更，新增联想集团关联企业北京联想 智能互联网创新基金合伙企业、金山办公关联企业深圳顺赢私募股权投资基金 合伙企业等股东。
1)2022 年年初，清陶能源完成了新一轮融资，投资方包括北汽、上汽、国寿 资本、国开制造业转型升级基金等。2022 年 2 月 26 日，清陶能源固态锂电池 项目在江苏省昆山市正式启动，项目注资 50 亿元，计划实现 10GWh 年装机 量，并且增加 100 亿元年产值。2022 年 7 月 6 日，清陶能源和上汽集团合作 成立固态电池实验室，拟联合研发长续航、高安全的固态电池，并计划于 2023 年用于上汽集团新款车型。2023 年 2 月 14 日，投资 100 亿元的 15GWh 固态 电池储能产业基地正式签约落地成都市郫都区。 2022 年 5 月 28 日，国轩高科已经研发出能量密度为 360Wh/kg 的半固态 电池。搭载该半固态电池后，汽车将实现 1000km 续航里程和 3.9s 的百公里加 速时间。2023 年 2 月 23 日，国轩高科在投资者互动平台上表示，半固态电池 预计于 2023 年实现装车交付。 2022 年 11 月 1 日，孚能科技采用半固态电解质的 SPS 软包电池生产线在 江西省赣州市开工，预计在 2023 年下半年实现量产，并应用于合作车企的高 性能车型上。
2)2022 年 12 月 15 日，东风汽车发布新产品追光轿车，其中搭载 82kW·h 电池包的版本车型采用半固态电池，首批新车将于 2023 年上半年上市交付。 2022 年年初， 50 辆搭载赣锋固态电池的东风 E70 电动车完成交付。此 外，根据赣锋锂业 2022 年半年报，公司在江西新余建设动力电池年产 10GWh 新型锂电池项目，包含 5GWh 新型锂电池和高比能固液混合锂电池研发产业化 项目；公司在重庆两江新区的年产 20GWh 新型锂电池项目主要用于研发并生 产第二代固态锂电池、磷酸铁锂电池等。2023 年 2 月 7 日，赣锋锂电研发的三 元固液混合锂离子电池拟应用于赛力斯纯电动 SUV SERES 5，计划于 2023 年 上市。 2023 年 2 月 7 日，日产汽车研发总裁表示，公司拟在 2025 年前完成固态 电池的试点生产，并在 2028 年前研发出由固态电池提供动力的量产版电动汽 车。 此外，天赐材料已有相关半固态电解质的专利布局，蜂巢能源自主研发的 果冻电池已符合半固态电池的标准，目前已投产使用。恩捷股份已进行半固态 电池隔膜的研发生产。 根据各个企业产能情况，考虑孚能科技、国轩高科未披露实际固态电池产 能，据不完全统计，目前我国已披露固态电池产能规划为 135-160GWh。
7、 弹性测算：半固态电池的固态电解质与锂电电解液区别较大，正极和负极环节和 现有锂电体系重合度较高。由于部分公司未披露实际半固态电池相关业务 规划数据，我们用 1GWh 半固态电池需求测算对各个上市公司的拉动以及 对行业的拉动。 半固态电池目前的主流路线是氧化物体系，氧化物电解质的主流路线 是锂镧锆氧、磷酸钛铝锂（LATP）。假设各个上市公司能完成 1GWh 半固 态电池以及对应供应材料的产线建设并产生收入，根据收入变化的比例进 行排序，针对氧化物固态电解质体系，弹性排序为：电池＞电解质＞正极 ＞负极＞锆＞钛＞镧，利好电池、电解质环节；1GWh 半固态电池对镧、锆、钛元素需求的拉动量占 2022 年该品种全 球产量的比例分别为 0.2%、0.012%、0.001%。且考虑未来商业化量产的 难度以及是否会成为主流路线，半固态电池对原料拉动的弹性顺序为：镧> 锆>钛。
8、 投资分析
8.1、 高乐股份：2022 年前三季度，公司共实现营业收入 2.57 亿元，同比减少 24.39%；归母净利润亏损 0.56 亿元，比上年同期亏损扩大 0.16 亿元；扣非归母净利润 亏损 0.57 亿元，比上年同期亏损扩大 0.15 亿元。业绩预告显示，2022 年营业 收入 3.02-3.33 亿元，同比减少 24.15%-31.37%；归母净利润亏损 0.74-0.94 亿元，比上年同期亏损减少 0.15-0.35 亿元。 传统主业玩具和互联网教育两大业务板块，跨界布局固态电池板块：2023 年 1 月 5 日，高乐股份发布公告称在义乌，在符合投资的前提下，投资建设 2GWh 纳米固态电池生产项目，开展纳米固态电池的研发及量产。项目用地约 26500m2，总投资近 20 亿元。 根据高乐股份 2023 年 1 月 11 日发布的回复深交所关注函的公告，未来控 股股东华统集团的资金支持，将助力高乐股份固态电池项目建设。固态电池项 目依托华统集团的纳米固态电池技术、人才、设备储备。华统集团拟向上市公 司或者项目公司以债权融资的形式提供约 6.01 亿元的资金支持，投资周期约为 18 个月，投资按建设进度分阶段进行，主要来源于华统自身的资本积累和项目 回款。
8.2、 上海洗霸 2022 年公司营业收入为 6.05 亿元，同比增长 8.04%；归母净利润 0.42 亿 元，同比增长 3.02%。 公司主要业务为水处理服务，服务于钢铁冶金、石油化工、汽车制造、民 用空调水处理等业务领域。 2023 年 1 月 17 日晚间，上海洗霸披露 2023 年度非公开发行股票预案， 拟募资总额不超 7 亿元，用于生产基地建设项目、研发基地建设项目、补充流 动资金。此次募资主要用于发力锂离子电池固态电解质粉体材料市场。 固态电解质项目处于标准产线阶段：公司在 2023 年公告其与中国科学院 上海硅酸盐研究所张涛研究员团队合作试产的锂离子电池固态电解质粉体先进 材料相关产品的合作研究处于吨级至拾吨级/年工业化标准产线阶段。
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