2024固态电池需求趋势产业链发展现状及龙头企业布局分析报告

2024年深度行业分析研究报告1.兼具安全性和高能量密度，固态电池为未来趋势 51.1固态电池兼具安全性和高能量密度，有望成为下一代电池 51.2固态电池逐步成熟，半固态率先产业化 71.3固态电池在高端长续航车型、e-VTOL等方向有明确应用场景 2.固态电池产业链：多材料体系并行发展，成本下降有望超预期 2.1固态电解质：多数厂商专注于氧化物和硫化物路线 2.2新型正极：目前高镍正极为主，氧化物、硫化物、富锂锰材料或将开始应用 2.3新型负极：目前石墨和硅碳为主，全固态将使用金属锂 2.4固态电池成本未来有望低于液态电池 213.从半固态到固态，多龙头公司开始布局 233.1宁德时代：聚合物和硫化物产业化进展领先，半固态已装车验证 233.2清陶：全固态量产仍需时间，氧化物和硫化物技术路线布局领先 243.3卫蓝：360Wh/kg混合固液态电池已交付 253.4鹏辉能源：已发布第一代全固态电池，2026年将量产 283.5孚能科技：第一代固态电池已装车，第二代处于送样阶段 294.投资建议 305.风险提示 30图1：液态锂离子电池（左）&固态电池（右）对比 5 7图3：半固态到全固态电池产业化趋势 图4：半固态电池装车量（MWh） 图5：广汽集团搭载固态电池eVTOL 图6：固态电池市场规模预测（GWh） 图7：不同固态电解质对比 图8：从液态到全固态电池的技术发展路线 图9：宁德时代固态电池进程 23 25图11：鹏辉能源第一代固态电池 28表1：半固态/准固态/全固态对比 6表2：液态电池和固态电池对比 6表3：车企搭载固态电池进展 9表4：固态电池在eVTOL的应用进展 表5：不同氧化物固态电解质对比 表6：硫化物电解质对比 表7：聚合物电解质对比 表8：固态电解质公司产业进展对比 表9：正极材料各类型对比 表10：正极路线对比 表11：固态电池负极材料优缺点 表12：企业固态电池用负极布局进展 20表13：从液态到固态电池材料体系变化 20表14：固态电池材料成本拆分 21表15：液态三元锂电池材料成本拆分 22表16：宁德时代固态电池技术进展 24表17：清陶技术进展 25表18：卫蓝技术路线 26表19：卫蓝基地布局 26表20：卫蓝技术路线 27表21：鹏辉能源固态电池亮点 28表22：孚能科技330Wh/kg半固态软包技术特点 291.兼具安全性和高能量密度，固态电池为未来趋势固态电池有望解决锂电池面临的比能量低、循环寿命短及安全性能差的困境，是未来大比能量低、循环寿命短及安全性能差的困境，是未来大容图1：液态锂离子电池（左）&固态电池（右）对比资料来源：《固态电池研究及发展现状》，山西证券研究所固态锂电池是一种使用固体电极材料和固体电解质材料、不含有任何液体的锂电池。固材料混合物的质量分数分类，电池可细分为液态性能（25、半固态（5%-10%（0%-5%）和全固态（0%）四大类，其中半固态、准固态和全固态三种统称为固态电池。固表1：半固态/准固态/全固态对比减少液态电解质的用量，增加氧化物和聚合物选用氧化物、硫化物、聚合物等作为固态电解资料来源：《固态电池技术发展现状综述》，山西证券研究所与液态锂离子电池相比，固态电池具备更高的能量密度、循环寿命、更好的热稳定性、没有液态电解液泄露风险和腐蚀的隐患，热稳定性和电化学稳定性更好2）稳定且较宽的过度金属溶解、正极材料析氧、电解液氧化、析锂等问题。（4）具备更高的能量密度。传统表2：液态电池和固态电池对比短长，能解决SEI膜持续生长、过度金属溶解、正极材料析窄宽资料来源：《为全固态电池“正名”》，《固态电池研究及发展现状》，《固态电池发展态势及研判》，山西证券研究所）：因技术障碍，固态电解质的低离子电导率和界面稳定性问题，未能实现商业化。1987年，中）：固态电池列入国家重点研发计划。半固态电池加速商业化，2023年蓝新能源成功向蔚来汽车图2：固态电池发展历程资料来源：36氪，《固态电池关键材料体系发展研究》，高工锂电，集邦新能源网，电子发烧友，山西证券研究所图3：半固态到全固态电池产业化趋势资料来源：清陶能源，北极星储能网，阳光工匠光伏网，盖世汽车，山西证券研究所半固态电池装机逐步起量，规模化装机在即。中国汽车动力电池产业创新联盟，2024年图4：半固态电池装车量（MWh）资料来源：中国汽车动力电池产业创新联盟，山西证券研究所受益于固态电池的高能量密度，其有望在高端长续航车型率先使用，目前半固态电池已搭载三元固液混合电池的赛力斯完成欧洲首批交付；2023年12月，蔚来CEO驾驶搭载150表3：车企搭载固态电池进展资料来源：每日经济新闻，腾讯网，充电头网，方得智驾，车则，智电出行，赣锋锂电微信公众号，山西证券研究所兼备高能量密度、高功率、高安全性的固态电池是更好的动力来源，发展的意见》，鼓励邮轮游艇、房车露营、低空飞行等新业态发展。2024年全国两会，“积表4：固态电池在eVTOL的应用进展用电动载人飞机项目的合作开发，执行航空级的标准与测试，东风汽车飞行汽车被分为飞行模块、底盘模块和座可以在未来共享底盘与飞行器，用户只需要购买一个款属于座半固态航空电池产品具备兼顾高能量密度、高功率、高安全、超级资料来源：人民网，力神，证券日报，Wind，集邦固态电池，新浪新闻，新京报，山西证券研究所图5：广汽集团搭载固态电池eVTOL资料来源：中国能源报，广汽集团微信公众号，山西证券研究所预计2030年全球固态电池出货量达614.1GWh。研究机构EVTank近日发布的《中国固图6：固态电池市场规模预测（GWh）资料来源：EVTank，伊维经济研究院，山西证券研究所2.固态电池产业链：多材料体系并行发展，成本下降有望超预期图7：不同固态电解质对比资料来源：宁德时代，山西证券研究所表5：不同氧化物固态电解质对比资料来源：《锂离子电池氧化物固态电解质研究进展》，山西证券研究所最佳的固态电解质材料。诸多动力电池巨头（丰田、本田、LG、松下、宁德时代等）选择其表6：硫化物电解质对比以Li7P3s11为例，其具备1.5∗10−3s/cm的高室温离子电导率Li11−XM2−XP1+Xs12(M=Ge,sn,si)Li10Gep2s12电导率高达1.5∗10−2s/cm，于2011年日本东京工业大学制出，是第一种性，-45℃下为4∗10−4s/cm。一些具有成本优势的元素被用来取代Ge元素Li6ps5X(X=CI,Br,I)相比于Li10Gep2s12，硫银锗矿相具有更加优良的化学和电化学稳定性，卤素位元素资料来源：《固态锂电池十年（2011—2021）回顾与展望》，山西证券研究所），离子电导率为10−8~10−6s/cm，电率低、需加热至约60℃以上，较柔软，有锂枝晶穿透造成短路风险，热稳定性有限，耐受表7：聚合物电解质对比PEO基聚合物电解质的室温离子电导率仅仅只有10−7~10−5s/cm。可达10−4s/cm级别。资料来源：《固态锂电池十年（2011—2021）回顾与展望》，山西证券研究所表8：固态电解质公司产业进展对比量产：可以通过流延成型、薄膜制备等方法卤化物：Li2zrcl6性能：室温离子电导率>4mS/cm，耐性能：表现出了良好的电化学性能，具有可靠的量产：已处于稳定制备阶段，同时已完成半容量保持81%。性能：通过结构改善，成功开发出第二代低残碱支撑电解质膜片。湖南恩捷固态用高纯硫化锂产品已产能建设和运行，并搭建完成百吨级硫化锂中试生产物性能：离子电导率达到10−3S/cm，粒度可控应料品力2021年12月，利元亨与清陶能源签订了4份涵盖从制片段到化成分清陶能源的产线已进入量产状态。目前，公司与广资料来源：高工锂电，清陶能源，中研网，高工锂电技术与应用，常州日报，财联社，上海洗霸公众号，赣锋锂业官网，每日经济新闻，恩捷股份，中国粉体网，电池中国网，证券之星，澎湃新闻，互动易，NE时代新能源，证券时报网，Wind，格隆汇，新浪财经，电池网，上海证券报，金融界，山西证券研究所固态电池可接受更高电压，其正极材料发展经历了从传统材料到新型高能量密度材料的演进。传统正极材料主要包括聚阴离子型结构（如LiFePO4）、层状氧化物结构（如LiCoO2及其衍生的NMC、NCA）和尖晶石结构（如LiMnPO4）。随着固发展较快，已广泛应用于现有锂离子电池中。这类材料包括LiCoO2及其衍生的NMC、NCA元材料和调整金属元素比例等方法不断改进，慢。然而，随着固态电池技术的发展，富锂锰材表9：正极材料各类型对比）；构LiN0.5Mn1.5O4极材料之一合义资料来源：《聚阴离子型钠离子电池正极材料的研究进展》，《锂离子电池三元层状氧化物正极材料的研究进展》，《新一代动力锂离子电池磷酸锰锂正极材料的研究现状与展望》，《高电压正极材料在全固态锂离子电池中的应用展望》，《高电压正极材料在全固态锂离子电池中的应用》，中国电气工程学报，《原子尺度揭示富锂和锰基氧化物正极材料中LiMO2和Li2MnO3的结构分布》，《Li2MnO3的优化活化有效提高了xLi2MnO3∙(1-x)LiMO2正极的倍率性能》，中国科学院，《氧离子导体表面包覆对Li2MnO3正极材料性能的影响》，《固态电池关键材料体系发展研究》，《青岛能源所开发均质化正极材料实现全固态锂电池新突破》，山西证券研究所图8：从液态到全固态电池的技术发展路线资料来源：《固态电池关键材料体系发展研究》，山西证券研究所循环寿命达6000次；清陶能源采取分代演进策略，第一代采用三元高镍，第镍、镍锰，第三代聚焦无锂缺锂材料，计划在2027年实现量产；卫蓝新能用高镍三元材料，如卫蓝新能源的Ni90料如富锂锰基（太蓝新能源）和无锂缺锂材料（清陶能表10：正极路线对比物性能：液体含量5%-15%，能量密度最高420Wh/k第二代液体含量<5%，能量密度400-500Wh/kg）物资料来源：电池中国网，中国储能网，澎湃新闻，腾讯网，NE时代新能源，清陶，上海证券报，中国证券网，东方财富网，环球网科技，搜狐，DT新材料，山西证券研究所固态电池负极材料行业正处于快速发展阶段，主要包括金属锂、碳基材料和硅基材料三和复合材料。预计到2030年，碳基材料在部分领域仍将保持应用，但在高能量密度应用中可硅基负极材料因其高理论比容量（室温下约3759mAh/g）成为研究热点。硅负极具有容量高达3861mAh/g，远超其他材料。然而，金属锂负极面临锂枝晶生长、循环过程中体积变构锂金属负极等方法来抑制锂枝晶生长和提高循环稳定性。预计在2028年左右，金属锂负极表11：固态电池负极材料优缺点料石墨为例）从电化学过程中，大量的Li被消耗，造成巨大的容量损失，并且循环过程中伴随着巨大的体积变资料来源：《为全固态锂电池“正名”》，山西证券研究所表12：企业固态电池用负极布局进展资料来源：NE时代新能源，卫蓝新能源，电池网，SMM石墨负极，杉杉股份，山西证券研究所优势及综合性能的复合固态电解质可能是未来最能满足实际应用需表13：从液态到固态电池材料体系变化镍钴锰酸锂NCM→NCM(333，424，523，613，811)，Ni90，Ni92，Ni9六氟磷酸锂，碳酸亚乙酯-碳酸二乙酯→锂盐(LFSI,氧化铝涂覆聚乙烯隔膜，导电炭黑导电剂，铜箔/铝箔集流体→资料来源：《固态电池关键材料体系发展研究》，山西证券研究所电池成本为0.42元/Wh，当前固态电池成本为0.54元/Wh，高于三元电表14：固态电池材料成本拆分6633浆221446655及制造费用元/Wh）资料来源：清陶环评，百川盈孚，chemicalbook，我的钢铁网，wind，震裕科技2023年年报，山西证券研究所表15：液态三元锂电池材料成本拆分tt2tt67ttt2t6ttt1套人亿资料来源：百川盈孚，山西证券研究所测算3.从半固态到固态，多龙头公司开始布局高、可靠性强、循环寿命长等特点，单体能量密度达500Wh/kg，可同时，宁德时代还将推出凝聚态电池的车规级应用版到7-8分的研发水平。公司正在进行基于硫化物电解质的全固态电池的研发，目前已建立起研发目前处于4分的水平。吴凯称，宁德时代的目标是到2027年达到7-8分的水平，意味着届时可以小批量生产全固态电池，但大批量生产图9：宁德时代固态电池进程2023.7.62023.6.2023.7.62023.6.102024.4.28资料来源：Wind，2024-6-21投资者调研纪要，新浪财经，澎湃新闻，第一财经，鑫锣锂电，山西证券研究所表16：宁德时代固态电池技术进展复合正极实现6000cls长循环稳定性路”硫化锂成本占比由94%降至53%资料来源：宁德时代，山西证券研究所达产后年产10GWh固态锂电池，可适配更高充电电压，目计划2025年启动，投资50亿元，完成建设后，建立合作，上汽已追加投资27亿元并设立合资公司。固态电池产业链已全方位布局，在多地态电池将于今年10月实现量产上车。这款电池采用了图10：清陶产能布局资料来源：清陶，央广网，山西证券研究所表17：清陶技术进展著资料来源：清陶，山西证券研究所卫蓝新能源研发出全球首台套项目，获中国能源表18：卫蓝技术