信|證券研究報告|固態電池專題：鋰電完全體技術大趨勢分析分析師：曾彪S07405220200011CCONTENTSCONTENTS中泰證券研1CCONTENTSCONTENTS中泰證券研究所2固態電池：安全、體系、工藝上的三重迭代軟包電池鼓包、脹氣，極耳焊接處漏液，和熱失控問題?存在液態組分，在極耳焊接處容易發生漏液，造成生產良率低；?電解液在電池使用過程中發生反應分解，產生氣體，造成內部?存在可燃有機成分，閃點低，由內部短路產生的熱量、火星，全固態電池結構?摒棄液相組分，固態電解質充當隔膜、電解液的功能，隔離正劑；?固態電解質具備一定的厚度和機械強度，對枝晶的產生存在一3資料來源：鋰電前沿，輝能科技，廣州飛升精密設備官網，BMWGroup，中泰證券研究所資料來源：Solidpower，中泰證券研究所固態電池：安全、體系、工藝上的三重迭代?隨著本征安全性能的提高，全固態體系，正極材料可以從傳統的中、高鎳三元材料，替代為無鈷、富鋰正極，和高電壓磷酸鋰鎳正極(LiNiPO4，5.2V，170mAh/g)，能量密度天花被突破；?由于液相組分的去除，負極可以由傳統的石墨負極(330~370mAh/g)，mAh/g)，比容量顯著提高；在全固態體系，傳統三元正極搭配金屬鋰負芯能量密度超過400Wh/kg；?界面化學：可通過構建高界面能、低電子電導以及具備自修復功能的人工界面層，改善鋰枝晶造成的潛在問題。4模切接鋁塑殼成型期封口模切接鋁塑殼成型期封口固態電池：安全、體系、工藝上的三重迭代軟包電池主要工藝流程半固態路線1：隔膜涂覆固態電解質層；正極摻混固態電解質；電解液用量降低?工藝路線與現行軟包電池工藝一致，成熟度高，產線兼容，無需增設產線設備。成工藝、增5資料來源：NatureEnergy，Dryelectrodetechnology,therisingstarinsolid-statebatteryindustrialization，中泰證券研究所干法電極工藝漿料涂覆/烘干濕法成膜干法電極工藝漿料涂覆/烘干濕法成膜/烘干層壓袋抽真空6固態電池：安全、體系、工藝上的三重迭代全固態電池生產工藝(三星)Ag/C/溶劑混合固體電解質/粘結劑/溶劑混合?等靜壓示意模切模切模切??工廠布局需調整，增配固體電解質成膜工藝設備及生產線；趕上鋰電池輥壓、熱壓工藝的效率和良率水平；?全固態路線，電池組分均為固相，可采用干電極技術，將漿料混合、涂布、烘干、碾壓幾道工序結合一體，極大提高生產效率。資料來源：Solid-StateBatteryRoadmap2035+，中泰證券研究所固態電池開發路徑-鋰電終極形態液態電池向全固態迭代，分為半固態、準固態和全固態等階段。極研發進度250-290Wh/kg差好中硅基負極固液混合好中硅基負極無中高大中無中高大低?本征安全性能的提升，電池可以適配更極端的化學體系、Pack層級，可適配空間利用率的軟包形態，同時縮減液冷系統配置；?化學體系方面，隨著正負極主材向高克容量體系迭代，材料的單耗顯著下降，加之鋰回收產業的成熟，電池單位成本有望降低；7?生產制造方面，干電極等高效生產工藝的使用，進一步攤低了制造成本，提高生產效率，為電動車的全面滲透營造條件。72CCONTENTSCONTENTS中泰證券研2CCONTENTSCONTENTS中泰證券研究所8資料來源：BMWGroup，中泰證券研究所固態電池的關鍵環節：固態電解質半固態電池(10wt%液態成分)全固態電池?隔膜?隔膜?正極1.摻混：三元NCM+?鋰金屬負極?新型正極材料?半固態路線，固態電解質作為添加劑與正極主材進行摻混、包裹，或做為涂層材料涂覆于隔膜上，以此增加離子電導?全固態電池，固態電解質粉體被制造成固態電解質膜，夾在正負極之間，起到隔離正負極，防止短路、導通離子的9固態電池的關鍵環節：固態電解質固態電池的技術重心圍繞電解質的開發展開：固態電解質的電導率相對液體電解液低1-2個數量級，獲得解決液態水平(10-2~10-1S/cm)?對高電壓的耐受力和熱穩定性比較差，極?通常用來與陶瓷類電解質復合使用，以決液態電解液的水平(10-2S/cm)。?穩定較差，容易與氧氣和水反應，產生有氣體的生產氛?氧化物電解質的離子電導率與硫化物相比用；?應用上仍需要配合摻雜、界面層調控等工資料來源：吳敬華等．固態鋰電池十年回顧與展望[J/OL]．儲能科學與技術.，中泰證券研究所固態電池的關鍵環節：固態電解質?石榴石型(LLZO)的優點是具有較寬的電化學穩定性窗口，在鋰金屬陽極存在下的化學穩定性強，熱穩定性亦是最高。缺點是鑭?NASICON型(LATP鈉超離子導體)電解質制備工藝簡單，易于加工處理，空氣穩定強。但對鋰金屬陽極呈現化學不穩定性。Scm-1難度硫化物差高高36-4.35V中中石Li7La3Zr2O12)Li0.33La0.56TiO3)8-5V低低中中高4x10-46-5V中中低復合電解質應用前景：113CCONTENTSCONTENTS中泰證券研3CCONTENTSCONTENTS中泰證券研究所資料來源：MaterialsTodayNano，專利CN111977681A，中泰證券研究所跟蹤點1：硫化物固態電解質批量工藝的簡化、降本及機械球磨混合，粉末壓片，惰性氣氛、真空條件下燒結，時間長，燒結溫度高，能耗大且效率不高。液相法和氣相法硫化物能耗高效生產。液相法：首先將硫化物前驅體，例如Li2S和P2S5，與THF等有機溶劑混合，在室溫下持續攪拌，產生沉淀；其次通過離心，和?產品形貌和粒度可通過溶劑參數調控，粒度可達納米級別；于加熱爐；S源加入硫源氣體發生裝置，對加熱爐完成洗氣后，在以設定通氣速率通入含S源的氣體的環境下，加熱爐升溫至200C-800C，保持一定溫度保溫反應生產硫化物固態電解質。氛保護條件下進行合成，生產設備、入成本大幅降低。A跟蹤點2：氧化物電解質的差異化方案?水熱法可解決固相法燒結過程晶粒尺寸/晶格結構變化大，。在此基礎上，公司通過二次水熱的?產品SEM圖像顯示，粒徑在納米級別(1-500nm)，且均勻分散。相較于一次水熱工藝(右圖)，晶粒尺寸明顯降低，且贛鋒鋰業：噴霧干燥與固相法結合—球形含鋰氧化物電解質(LLZO)，接著再對前驅體燒結，充分反應獲得對球形LLZO粉體材料；?多孔形貌的存在，可與聚合物復合，提高離子電導、降低剛池具備更佳適配資料來源：Wind，各公司公告，中泰證券研究所跟蹤點3：半固態安全性能在車輛層級的驗證2023-2025年，半固態電池有望獲得大量的整車系統層級的試驗數據，重點關注安全性能的驗證。，贛鋒鋰業固態鋰電池在50輛東風風神E70車型上首次實現裝車運行產搭載，第二代固態電池，車續航里程可達1000km半年交付H推出150kWh半固態電池的車型進入工程化研發階段，將于2025年搭載整車應用kWhNEDC航可達1000km，預計2023年Q1開始交付?相較于圓柱和方形電池，軟包電池的市場份額下滑趨勢出現，主要原因是軟包電池存在較大的安全隱患，半固態電池作為過渡路線，短的減少使得外部加熱、沖擊，以及內部短路造成熱失控風險降低，這在電芯層級得到了驗證，但NCMNCM811+石墨負極+半固態體系NCA高鎳+石墨/硅氧負極+半固態體系材料用量單位單價單位成本材料用量單位單價單位成本正極活性物質307.1g38.0萬元/噸116.7氧化物固態電解質6.3g25.0萬元/噸SP6.1g萬元/噸0.1PVDF4.6g42.5萬元/噸2.0鋁箔36.5g3.7萬元/噸1.4正極活性物質300.7g40萬元/噸120.3氧化物固態電解質6.1g25萬元/噸1.53SP6.0g1萬元/噸0.06PVDF4.5g42.5萬元/噸鋁箔36.5g3.735萬元/噸1.36活性物質193.5g6.2萬元/噸12.0SP3.9g萬元/噸0.0SBR3.9g45.0萬元/噸銅箔82.1g10.3萬元/噸8.5活性物質182.5g10萬元/噸18.3SP3.6g1萬元/噸0.04SBR3.6g45萬元/噸銅箔82.1g10.325萬元/噸8.48電解液(10wt%)81.6g6.4萬元/噸5.2電解液(10wt%)66.6g6.35萬元/噸4.23隔膜4.3m22.2元/平米9.4隔膜4.3m22.175元/平米9.4殼體0.1m227.0元/平米1.4殼體0.1m227元/平米1.4成本/元159.89成本/元68.6疊片層數30疊片層數30正極壓實密度g/cc3.40正極壓實密度g/cc3.40正極涂布面密度mg/cm240.00正極涂布面密度mg/cm240.00負極壓實密度g/cc1.60負極壓實密度g/cc1.50負極涂布面密度mg/cm219.89負極涂布面密度mg/cm219.15負極極片長*寬177mm*152mm負極極片長*寬177mm*152mm能量密度Wh/kg299能量密度Wh/kg343成本/Wh0.74成本/Wh0.71跟蹤點4：半固態電池綜合性能、成本情況學體系，在能量密度和綜合成本上獲得雙重提升。NCM811+石墨負極+常規體系材料量單位單價單位成本活性物質SP正極PVDF鋁箔308.4g38.0萬元/噸117.26.2g1.0萬元/噸0.14.6g42.5萬元/噸2.036.5g3.7萬元/噸4活性物質SP負極SBR銅箔193.5g6.2萬元/噸12.03.9g1.0萬元/噸0.03.9g45.0萬元/噸782.1g10.3萬元/噸8.5電解液(15wt%)115.1g6.4萬元/噸7.3膜4.3m22.2元/平米9.4殼體0.1m227.0元/平米4成本/元161.0疊片層數30.0正極壓實密度g/cc3.4正極涂布面密度mg/cm240.0負極壓實密度g/cc6負極涂布面密度mg/cm220.3負極極片長*寬177mm*152mm能量密度Wh/kg287成本/Wh0.74到半固態體系，沿用傳統811體系，由于電解液的質量占比從15wt%縮減到10wt%，能量密度提升4%，對成本影響較小；?在體系上進一步提升到高鎳NCA(220mAh/g)+石墨/硅氧體系(420mAh/g)，能量密度提升19.5%，成本相較傳統電池降低約4%。16資料來源：Wind，鑫欏鋰電，炭黑市場價格，鋰電前沿，吳嬌楊等.鋰離子電池和金屬鋰離子電池的能量密度計算[J].儲能科學與技術，中泰證券研究所4CCONTENTSCONTENTS中泰證券研4CCONTENTSCONTENTS中泰證券研究所資料來源：中泰證券研究所產業鏈主要公司梳理金龍羽】、【贛鋒鋰業】；沖擊，和內部短路造成熱失控風險降低；同時兼容性高，切換方便，具備快速起量條件。電池環節相關標的關注【珈偉新能】、【贛鋒鋰業】科】、【孚能科技】；工藝上，固液混合電解質，或原位固化、電解液凝膠化工藝，在過渡階段可以解決當前聚合物固態電解全固態的終極形態：鋰離子電池實現安全、體系及工藝方向的三重迭代，電池環節關注【德爾股份】、【高樂股份】、【寧德時代】、【億緯鋰能】。極。正極方面，亦由中鎳三元，向半固態的高鎳，全固態的無鈷、富鋰、鋰硫等極端體系發展。固態電解質膜替代傳統電解液廠商【東岳集團】。產業疊片工藝占比提升，關注極片切刀龍頭【德新科技】。資料來源：Wind，上海洗霸官方網站，公司公告，NatureCommunications，中泰證券研究所000%%%固態電解質：上海洗霸上海洗霸碳/硅基負極)、上硅所張濤團隊(氧化物固態電解質)；LLZO氣穩定性和離子電導率與特定金屬氧化物反應 (Co3O4)，生成LiCoO2包裹層(高速離子傳輸通道、且oO(Li2O)，通過二次燒結將鋯酸鑭缺鋰相還原，消除雜相(提純)。相關規劃：?主營業務表現/百萬元(?主營業務表現/百萬元(2021年水處理業務占營收試產成功，純營業總收入毛利率產線及研?聚焦低成本氧化物(開發原料替換、水溶劑取代、廢料回收技術)，并拓展開發高熱穩定性隔膜、復合固態電解質、全固態資料來源：Wind，公司公告，專利CN113488693B，中泰證券研究所固態電解質：金龍羽金龍羽外層包覆自支撐石墨烯(金屬鋰負極表面接觸時表面電荷循環，倍率和安全?Li相關規劃：?