固态电池行业专题：锂电完全体技术大趋势

信|证券研究报告|固态电池专题：锂电完全体技术大趋势分析分析师：曾彪S07405220200011CCONTENTSCONTENTS中泰证券研1CCONTENTSCONTENTS中泰证券研究所2固态电池：安全、体系、工艺上的三重迭代软包电池鼓包、胀气，极耳焊接处漏液，和热失控问题•存在液态组分，在极耳焊接处容易发生漏液，造成生产良率低；•电解液在电池使用过程中发生反应分解，产生气体，造成内部•存在可燃有机成分，闪点低，由内部短路产生的热量、火星，全固态电池结构•摒弃液相组分，固态电解质充当隔膜、电解液的功能，隔离正剂；•固态电解质具备一定的厚度和机械强度，对枝晶的产生存在一3资料来源：锂电前沿，辉能科技，广州飞升精密设备官网，BMWGroup，中泰证券研究所资料来源：Solidpower，中泰证券研究所固态电池：安全、体系、工艺上的三重迭代•随着本征安全性能的提高，全固态体系，正极材料可以从传统的中、高镍三元材料，替代为无钴、富锂正极，和高电压磷酸锂镍正极(LiNiPO4，5.2V，170mAh/g)，能量密度天花被突破；•由于液相组分的去除，负极可以由传统的石墨负极(330~370mAh/g)，mAh/g)，比容量显著提高；在全固态体系，传统三元正极搭配金属锂负芯能量密度超过400Wh/kg；•界面化学：可通过构建高界面能、低电子电导以及具备自修复功能的人工界面层，改善锂枝晶造成的潜在问题。4模切接铝塑壳成型期封口模切接铝塑壳成型期封口固态电池：安全、体系、工艺上的三重迭代软包电池主要工艺流程半固态路线1：隔膜涂覆固态电解质层；正极掺混固态电解质；电解液用量降低•工艺路线与现行软包电池工艺一致，成熟度高，产线兼容，无需增设产线设备。成工艺、增5资料来源：NatureEnergy，Dryelectrodetechnology,therisingstarinsolid-statebatteryindustrialization，中泰证券研究所干法电极工艺浆料涂覆/烘干湿法成膜干法电极工艺浆料涂覆/烘干湿法成膜/烘干层压袋抽真空6固态电池：安全、体系、工艺上的三重迭代全固态电池生产工艺(三星)Ag/C/溶剂混合固体电解质/粘结剂/溶剂混合•等静压示意模切模切模切••工厂布局需调整，增配固体电解质成膜工艺设备及生产线；赶上锂电池辊压、热压工艺的效率和良率水平；•全固态路线，电池组分均为固相，可采用干电极技术，将浆料混合、涂布、烘干、碾压几道工序结合一体，极大提高生产效率。资料来源：Solid-StateBatteryRoadmap2035+，中泰证券研究所固态电池开发路径-锂电终极形态液态电池向全固态迭代，分为半固态、准固态和全固态等阶段。极研发进度250-290Wh/kg差好中硅基负极固液混合好中硅基负极无中高大中无中高大低•本征安全性能的提升，电池可以适配更极端的化学体系、Pack层级，可适配空间利用率的软包形态，同时缩减液冷系统配置；•化学体系方面，随着正负极主材向高克容量体系迭代，材料的单耗显著下降，加之锂回收产业的成熟，电池单位成本有望降低；7•生产制造方面，干电极等高效生产工艺的使用，进一步摊低了制造成本，提高生产效率，为电动车的全面渗透营造条件。72CCONTENTSCONTENTS中泰证券研2CCONTENTSCONTENTS中泰证券研究所8资料来源：BMWGroup，中泰证券研究所固态电池的关键环节：固态电解质半固态电池(10wt%液态成分)全固态电池•隔膜•隔膜•正极1.掺混：三元NCM+•锂金属负极•新型正极材料•半固态路线，固态电解质作为添加剂与正极主材进行掺混、包裹，或做为涂层材料涂覆于隔膜上，以此增加离子电导•全固态电池，固态电解质粉体被制造成固态电解质膜，夹在正负极之间，起到隔离正负极，防止短路、导通离子的9固态电池的关键环节：固态电解质固态电池的技术重心围绕电解质的开发展开：固态电解质的电导率相对液体电解液低1-2个数量级，获得解决液态水平(10-2~10-1S/cm)•对高电压的耐受力和热稳定性比较差，极•通常用来与陶瓷类电解质复合使用，以决液态电解液的水平(10-2S/cm)。•稳定较差，容易与氧气和水反应，产生有气体的生产氛•氧化物电解质的离子电导率与硫化物相比用；•应用上仍需要配合掺杂、界面层调控等工资料来源：吴敬华等．固态锂电池十年回顾与展望[J/OL]．储能科学与技术.，中泰证券研究所固态电池的关键环节：固态电解质•石榴石型(LLZO)的优点是具有较宽的电化学稳定性窗口，在锂金属阳极存在下的化学稳定性强，热稳定性亦是最高。缺点是镧•NASICON型(LATP钠超离子导体)电解质制备工艺简单，易于加工处理，空气稳定强。但对锂金属阳极呈现化学不稳定性。Scm-1难度硫化物差高高36-4.35V中中石Li7La3Zr2O12)Li0.33La0.56TiO3)8-5V低低中中高4x10-46-5V中中低复合电解质应用前景：113CCONTENTSCONTENTS中泰证券研3CCONTENTSCONTENTS中泰证券研究所资料来源：MaterialsTodayNano，专利CN111977681A，中泰证券研究所跟踪点1：硫化物固态电解质批量工艺的简化、降本及机械球磨混合，粉末压片，惰性气氛、真空条件下烧结，时间长，烧结温度高，能耗大且效率不高。液相法和气相法硫化物能耗高效生产。液相法：首先将硫化物前驱体，例如Li2S和P2S5，与THF等有机溶剂混合，在室温下持续搅拌，产生沉淀；其次通过离心，和•产品形貌和粒度可通过溶剂参数调控，粒度可达纳米级别；于加热炉；S源加入硫源气体发生装置，对加热炉完成洗气后，在以设定通气速率通入含S源的气体的环境下，加热炉升温至200C-800C，保持一定温度保温反应生产硫化物固态电解质。氛保护条件下进行合成，生产设备、入成本大幅降低。A跟踪点2：氧化物电解质的差异化方案•水热法可解决固相法烧结过程晶粒尺寸/晶格结构变化大，。在此基础上，公司通过二次水热的•产品SEM图像显示，粒径在纳米级别(1-500nm)，且均匀分散。相较于一次水热工艺(右图)，晶粒尺寸明显降低，且赣锋锂业：喷雾干燥与固相法结合—球形含锂氧化物电解质(LLZO)，接着再对前驱体烧结，充分反应获得对球形LLZO粉体材料；•多孔形貌的存在，可与聚合物复合，提高离子电导、降低刚池具备更佳适配资料来源：Wind，各公司公告，中泰证券研究所跟踪点3：半固态安全性能在车辆层级的验证2023-2025年，半固态电池有望获得大量的整车系统层级的试验数据，重点关注安全性能的验证。，赣锋锂业固态锂电池在50辆东风风神E70车型上首次实现装车运行产搭载，第二代固态电池，车续航里程可达1000km半年交付H推出150kWh半固态电池的车型进入工程化研发阶段，将于2025年搭载整车应用kWhNEDC航可达1000km，预计2023年Q1开始交付•相较于圆柱和方形电池，软包电池的市场份额下滑趋势出现，主要原因是软包电池存在较大的安全隐患，半固态电池作为过渡路线，短的减少使得外部加热、冲击，以及内部短路造成热失控风险降低，这在电芯层级得到了验证，但NCMNCM811+石墨负极+半固态体系NCA高镍+石墨/硅氧负极+半固态体系材料用量单位单价单位成本材料用量单位单价单位成本正极活性物质307.1g38.0万元/吨116.7氧化物固态电解质6.3g25.0万元/吨SP6.1g万元/吨0.1PVDF4.6g42.5万元/吨2.0铝箔36.5g3.7万元/吨1.4正极活性物质300.7g40万元/吨120.3氧化物固态电解质6.1g25万元/吨1.53SP6.0g1万元/吨0.06PVDF4.5g42.5万元/吨铝箔36.5g3.735万元/吨1.36活性物质193.5g6.2万元/吨12.0SP3.9g万元/吨0.0SBR3.9g45.0万元/吨铜箔82.1g10.3万元/吨8.5活性物质182.5g10万元/吨18.3SP3.6g1万元/吨0.04SBR3.6g45万元/吨铜箔82.1g10.325万元/吨8.48电解液(10wt%)81.6g6.4万元/吨5.2电解液(10wt%)66.6g6.35万元/吨4.23隔膜4.3m22.2元/平米9.4隔膜4.3m22.175元/平米9.4壳体0.1m227.0元/平米1.4壳体0.1m227元/平米1.4成本/元159.89成本/元68.6叠片层数30叠片层数30正极压实密度g/cc3.40正极压实密度g/cc3.40正极涂布面密度mg/cm240.00正极涂布面密度mg/cm240.00负极压实密度g/cc1.60负极压实密度g/cc1.50负极涂布面密度mg/cm219.89负极涂布面密度mg/cm219.15负极极片长*宽177mm*152mm负极极片长*宽177mm*152mm能量密度Wh/kg299能量密度Wh/kg343成本/Wh0.74成本/Wh0.71跟踪点4：半固态电池综合性能、成本情况学体系，在能量密度和综合成本上获得双重提升。NCM811+石墨负极+常规体系材料量单位单价单位成本活性物质SP正极PVDF铝箔308.4g38.0万元/吨117.26.2g1.0万元/吨0.14.6g42.5万元/吨2.036.5g3.7万元/吨4活性物质SP负极SBR铜箔193.5g6.2万元/吨12.03.9g1.0万元/吨0.03.9g45.0万元/吨782.1g10.3万元/吨8.5电解液(15wt%)115.1g6.4万元/吨7.3膜4.3m22.2元/平米9.4壳体0.1m227.0元/平米4成本/元161.0叠片层数30.0正极压实密度g/cc3.4正极涂布面密度mg/cm240.0负极压实密度g/cc6负极涂布面密度mg/cm220.3负极极片长*宽177mm*152mm能量密度Wh/kg287成本/Wh0.74到半固态体系，沿用传统811体系，由于电解液的质量占比从15wt%缩减到10wt%，能量密度提升4%，对成本影响较小；•在体系上进一步提升到高镍NCA(220mAh/g)+石墨/硅氧体系(420mAh/g)，能量密度提升19.5%，成本相较传统电池降低约4%。16资料来源：Wind，鑫椤锂电，炭黑市场价格，锂电前沿，吴娇杨等.锂离子电池和金属锂离子电池的能量密度计算[J].储能科学与技术，中泰证券研究所4CCONTENTSCONTENTS中泰证券研4CCONTENTSCONTENTS中泰证券研究所资料来源：中泰证券研究所产业链主要公司梳理金龙羽】、【赣锋锂业】；冲击，和内部短路造成热失控风险降低；同时兼容性高，切换方便，具备快速起量条件。电池环节相关标的关注【珈伟新能】、【赣锋锂业】科】、【孚能科技】；工艺上，固液混合电解质，或原位固化、电解液凝胶化工艺，在过渡阶段可以解决当前聚合物固态电解全固态的终极形态：锂离子电池实现安全、体系及工艺方向的三重迭代，电池环节关注【德尔股份】、【高乐股份】、【宁德时代】、【亿纬锂能】。极。正极方面，亦由中镍三元，向半固态的高镍，全固态的无钴、富锂、锂硫等极端体系发展。固态电解质膜替代传统电解液厂商【东岳集团】。产业叠片工艺占比提升，关注极片切刀龙头【德新科技】。资料来源：Wind，上海洗霸官方网站，公司公告，NatureCommunications，中泰证券研究所000%%%固态电解质：上海洗霸上海洗霸碳/硅基负极)、上硅所张涛团队(氧化物固态电解质)；LLZO气稳定性和离子电导率与特定金属氧化物反应 (Co3O4)，生成LiCoO2包裹层(高速离子传输通道、且oO(Li2O)，通过二次烧结将锆酸镧缺锂相还原，消除杂相(提纯)。相关规划：•主营业务表现/百万元(•主营业务表现/百万元(2021年水处理业务占营收试产成功，纯营业总收入毛利率产线及研•聚焦低成本氧化物(开发原料替换、水溶剂取代、废料回收技术)，并拓展开发高热稳定性隔膜、复合固态电解质、全固态资料来源：Wind，公司公告，专利CN113488693B，中泰证券研究所固态电解质：金龙羽金龙羽外层包覆自支撑石墨烯(金属锂负极表面接触时表面电荷循环，倍率和安全•Li相关规划：•