固态电池安全性能优势明显
固态锂电池中没有或有少量液态电解质，能够抑制锂枝晶的产生，有望解决电池短路的问题。同时，固体电解质具有更好的电化学稳定性和不可燃性，直接裁剪、穿刺、浸水后的固态电池还可以继续工作。
固态电池可以解决里程焦虑，提升便利性
相比于传统电池，固态电池可采用金属锂或锂合金作为负极材料以提升能量密度，同时可采用高电压类正极提升比能量。
理论上固态电池量产成本可以与液态电池相媲美
氧化物固态电池电解质物料价格低廉且电芯易组装，封装成本低。只要解决氧化物电解质大规模量产的技术问题，固态电池的量产成本或可以与液态电池相媲美。
风险提示：固态锂电池作为锂离子电池的新技术，商业化应用时间尚不明确，存在长期无法大规模应用的风险。
1. 安全性——是增加安全性还是本身安全
1.1 安全性问题亟待解决
安全性是新能源汽车放量的必要条件。新能源汽车作为一种大众化的交通工具，在新能源汽车放量的三大条件（安全性，便利性，经济性）中，安全性是最基础需要满足的条件，其次便利性是新能源汽车放量的必要条件，考虑到新能源汽车的本质经济性是新能源汽车放量的充分条件。然而电池的安全性问题仍然是新能源汽车安全性的最重要问题之一。
动力电池的安全问题仍然困扰行业。根据国家市场监督管理总局公布的数据，新能源汽车2020年上半共发布4批次召回，涉及1.43万辆缺陷汽车，召回车型包括奇瑞艾瑞泽7e、特斯拉Model X、江西昌河北斗星电动汽车、力帆650EV300纯电动车。其中因动力电池存起火隐患被召回的缺陷车辆为3651辆。2019年国家市场监督管理总局要求召回33281辆新能源汽车，涉及企业有特斯拉、北汽新能源、蔚来汽车、宝马（中国）、奇瑞汽车、郑州宇通客车、南京金龙客车、哈尔滨通联客车等9家车企。因动力电池问题而召回的新能源汽车数量有6217辆，占2019年新能源汽车总召回量的18.68%。
在电池失控的主要触发条件当中，短路占绝大多数（>90%）。
短路可以由多种可能的情况造成，是电池热失控过程中普遍的共性特征，短路原因可大致分为：电池系统浸水非纯水为导电介质导致外短路；电池机械压穿刺导致隔膜机械破坏电池正负极搭接引发内短路；析锂导致枝晶生长枝晶刺穿隔膜诱发内短路也称自引发内短路。随着电池能量密度的提升，短路问题越发明显。
1.2 新能源保有量已超400万辆
新能源汽车保有量超过400万辆。截至2020年5月，我国新能源汽车保有量417万辆；2019年我国新能源汽车产量381万辆，保有量增加36万辆。2019年我国新能源汽车保有量增加120万辆，已经进入保有量增长超百万的时代，保有量超千万已经不远。
截止至2019年12月，全球新能源汽车保有量为479万辆，其中美国保有量88万辆，欧洲97万辆。同时随着欧洲疫情的结束以及欧洲各国的政策加码，欧洲市场也将逐渐恢复，2020年欧洲电动车销量甚至有望突破100万辆。美国燃油经济性目标尚不明确，上市的新能源汽车车型寥寥无几。北美新能源汽车销量预计仅38万辆，与中国和欧洲销量逐渐拉开差距。
1.3 年产百万时代对安全性的再思考
电池安全性：降低风险概率还是本质安全。关于电池安全性有两种可选模式：第一种，虽然电池可能出现安全问题，但是通过增加安全性设计，降低出问题的概率，达到安全性标准。第二种，选用不会起火燃烧的电池。
年产百万辆新能源汽车，迫切需要本质安全的电池。汽车在国内新能源汽车年产量达到百万辆，保有量已经突破400万辆的今天，电池出现问题的小概率事件，也可能在大基数下变得常态化。车厂对于安全性的要求会越来越高，发展本身安全不会起火电池的迫切性也越来越高。
因为固态锂电池中采用强度更高的固态电解质，能够抑制锂枝晶的产生，有望解决电池短路的问题。同时，固体电解质具有更好的电化学稳定性和不可燃性，直接裁剪、穿刺、浸水后的固态电池还可以继续工作。
例如台湾辉能产的LCB固态电池采用了固态氧化物电解质，电池遭破坏后无起火、爆炸的危险。实验证实，死折、撞击、穿刺及剪切后LCB仍可放电。甚至在更严苛的枪击测试后，LCB温度仅上升3°C~5°C，无起火或冒烟且可持续使用。此外，LCB防爆等级通过认证，安全性毋庸置疑。
2. 便利性-里程焦虑的解药
便利性是新能源汽车放量的必要条件之一。新能源汽车充电速度无法和燃油车媲美，想达到和燃油车同样的便利性，理论上续航里程应该超越燃油车。在汽车的载重和空间限制下，能搭载的电池重量和体积都比较有限。提升续航里程的最主要办法还是提升电池的能量密度。
固态电解质VS隔膜电解液。固态锂电池采用固态电解质体系替换了传统锂电池的隔膜电解液体系。从目前半固态电池的测试情况来看，赣锋的第一代半固态电池能量密度可达250Wh/kg，明显高于采用同样正负极材料的传统锂离子电池。
固态电解质-突破能量密度天花板。目前国内基于液态电解液的锂离子电池能量密度已经接近天花板，目前普遍认为现有的锂离子电池体系的能量密度上限是350Wh/kg，要进一步提升电池的能量密度就需要改变体系。正极材料已经达到NCM811，改善的空间已经不大，而负极目前仍然以石墨为主，金属锂负极的能量密度是石墨负极的10倍以上，金属锂负极可能是未来锂离子电池能量密度进一步提升的重要突破口。但金属锂负极在若干次循环后会产生枝晶，在液态隔膜和电解液体系中会影响安全性，固态电解质液态电解质其机械强度更高，能够抑制锂枝晶的生长，因此理论上全固态电池可以通过采用锂金属负极达到500Wh/kg以上的能量密度。
对于固态电池所诟病的内阻高、充电困难的问题，辉能在 2018 年给出的解决方案是用固态金属氧化物替代传统锂电池的核心部分，并宣称生产的固态锂电芯的内阻值能降到一般液态电池的水平，锂陶瓷电池确实在一定程度上能提高离子电导率，所以自然能减轻内阻高、充电困难的问题。根据辉能此前提供的数据来看， 2019 年实现已经实现了 5C 倍率 12分钟充电 91.70% 。
我国在充电桩保有量上优势明显。截至6月底，全国已累计建设充电站3.8万座、换电站449座，建成各类充电桩132.2万个，其中公共桩55.8万个、私人桩76.4万个。同时，还建成“十纵十横两环”4.9万公里高速公路快充网络。如果将固态电池本身优越的续上能力和较好的快充性能搭配上我国得天独厚的充电网络，固态电池新能源车在便利性上有能力取代燃油车。
3. 经济性——如何翻过成本这座山
3.1. 成本最终决定了市场规模
新能源汽车本质上仍然是交通工具。新能源汽车本质仍然是交通工具，对于消费者的价值和传统汽车同样是代步工具。大部分消费者选用新能源汽车并不能让上下班的时间缩短。国内新能源补贴带动新能源汽车销量也同样说明了消费者对新能源汽车的需求仍然是代步工具。
售价决定销量空间。对于补贴已经逐步消失的新能源汽车，在安全性和便利性初步得到解决的情况下，销量的最大制约则可能是售价。依靠之前的新奇炫耀类消费很难支撑起目前百万辆甚至未来千万辆级别的年销量。而传统汽车的销售分层较为明显，2019年国内消费者购车价格需求中，25万以下的车型占比超过70%。新能源汽车的售价目前降至25万左右，市场已经逐步打开，但如果希望市场达到千万辆级别仍需要同级别的新能源汽车售价降低至18万元以下。对电池成本占比偏高的新能源汽车来说，进一步降低电池成本的需求同样迫切。
3.2. 固态电池成本下降空间较大
固态电池仍处于实验室/中试阶段，目前的生产成本不具备参考意义。为定量研究固态电池成本，参考Joscha Schnell的文献，依据研究成果、专家访谈和供应商报价，结合电池性能和成本，设定具体的参数。
我们建立自下而上的计算模型，从材料成本、生产成本、其他可变成本、折旧和其他固定成本对固态电池量产后未来可能达到的成本进行测算，并与现有电池进行对比。
对比两种液态锂离子电池：LIB（石墨负极）、LIB（硅碳负极）和氧化物锂负极固态电池的生产成本。
3.2.1. 原料成本——氧化物成本较低
首先对比石墨负极、硅碳负极的液态锂离子电池和锂镧锆氧（LLZO）氧化物固态电池。锂镧锆氧化学式为Li7La3Zr2O12，制备LLZO的方法通常为固相烧结法。锂源化合物优选氢氧化锂，镧源化合物优选氧化镧，锆源化合物优选氧化锆。
LLZO氧化物电解质的原料成本约为7.3$/kwh，低于目前液态电解质的总成本11.7$/kwh。如果电解质制备成本低于4.4$/kwh，那么固态电池的材料成本将低于传统液态电池。
此外，由于固态电池不需电解质填充步骤(注液)，组装过程大大简化，固态电池组装成本明显低于液态锂离子电池。
对比同样采用石墨负极的液态锂电池和固态锂电池，固态电池的加工成本为$20.9/kwh，比液态电池加工成本低$4.6/kwh。从电池成本考量，只要固态电解质的加工成本低于$9/kwh，固态电池的可变成本有望低于传统锂电池。
3.2.2. 建设投资——固态电池生产简单，投资较低
为了对比固定成本中的生产线建设投资，假设工厂年产能6GWh。如果达到相同大规模的量产，由于无需使用液体电解质，固态电池外壳与组装工艺得到简化，固态电池生产线的成本将低于液态电池。
对于年产能6GWh的生产线，氧化物固态电池的生产线建设投资为3398.2万美元，比传统锂电池所需投资低20.4%。按照10年折旧期计算，固态电池每千瓦时折旧较传统锂电池少$0.1。
3.2.3. 电解质加工成本低于$9.1/kwh时固态电池达到平价
根据6GWh生产线规模假设，当电解质制备成本低于$4.4/kwh时可实现氧化物电解质平价；电解质制备成本低于$9/kwh时达成电池制造平价；电解质制备成本低于$9.1/kwh时可实现总成本平价。
接下来最重要环节是如何降低由LLZO原料合成出LLZO过程的加工成本。为了增大LLZO的致密度以达到较高的离子导电率，LLZO需要进行两步烧结法，在目前的生产规模下成本较高，但如果能达到大规模量产或将LLZO制备工艺改进为一步法，LLZO的材料成本将大幅下降。
目前虽无大规模生产氧化物LLZO的案例，但很多研究和专利都给出了量产LLZO并降低成本的方法。例如可以通过先配置含有前驱体的纺丝溶液并进行纺丝处理再进行烧结，可以快速、高效地获得大量LLZO粉体。该方法操作简单，能耗低，制造成本低廉，具有大规模工业化生产的潜力。
3.3. 工艺改进——国内企业已迈开第一步
根据建立的成本模型，固态电池成本下降主要依赖更低的物料价格、稳定完善的供应体系（高质量锂箔供应）和工艺改进。
辉能采取了MAB（双极电池包架构技术）以降低电池成组成本。经辉能测算，采用双极电池包架构技术后，NCM811+石墨负极固态电池的成组效率在重量能量密度和体积能量密度两个维度下分别为82%~85%和70~75%。因此其成组的能量密度可达到176~183Wh/kg和405Wh/L。虽然在电芯层面，与同样NCM811+石墨负极的液态电池相比有一定差距，但由于成组效率较高，成组后固态电池的优势便显示了出来。
根据此前辉能公布的成本对比，在电芯产能达到20GWh的时候，虽然电芯成本依然是相同能量密度的液态电芯的1.1倍，但电池包成本只有液态电芯的98%。而如果采用MAB，电池包成本仅有同类别液态电池的7成。
此外，科研界也一直探索着降低电芯材料成本的方法。目前国内的固态电池较多的选择了氧化物电解质。氧化物型电解质中性能最优秀的为NASICON型材料。其结构性质稳定、合成简单，在空气中具有很好的稳定性，同时在室温下也具有较高的离子电导率，但由于含锗和钛使得其大规模应用的成本较高。
东京工业大学的研究人员研发了一项新技术方案——无锗固态电解质，可降低固态锂电池的成本，并致力于将该项技术应用到电动车、通信及其他行业中。其技术方案为：采用锡与硅替代固态电解质内的锗元素。由于化学稳定性高且易于装配，这款新材料提升了对固态电解质进行精细调整的可能性，进而满足各类工业需求及消费需求。
4. 风险提示
固态锂电池作为锂离子电池的新技术，商业化应用时间尚不明确，存在长期无法大规模应用的风险。赣锋锂业的第一代第二代电池仍是固液混合的过渡固态电池，其第三代纯固态电池的研发进展还不明确，台湾辉能固态电池预计2022年中实现规模搭载，丰田的硫化物固态电池也预计2025年才能量产。目前国内尚无固态电池装车测试的案例。
注：文中报告节选自天风证券研究所已公开发布研究报告，具体报告内容及相关风险提示等详见完整版报告。