固態(tài)電池行業(yè)專題：鋰電完全體技術(shù)大趨勢

信|證券研究報告|固態(tài)電池專題：鋰電完全體技術(shù)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(tài)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(tài)組分，在極耳焊接處容易發(fā)生漏液，造成生產(chǎn)良率低；?電解液在電池使用過程中發(fā)生反應(yīng)分解，產(chǎn)生氣體，造成內(nèi)部?存在可燃有機成分，閃點低，由內(nèi)部短路產(chǎn)生的熱量、火星，全固態(tài)電池結(jié)構(gòu)?摒棄液相組分，固態(tài)電解質(zhì)充當(dāng)隔膜、電解液的功能，隔離正劑；?固態(tài)電解質(zhì)具備一定的厚度和機械強度，對枝晶的產(chǎn)生存在一3資料來源：鋰電前沿，輝能科技，廣州飛升精密設(shè)備官網(wǎng)，BMWGroup，中泰證券研究所資料來源：Solidpower，中泰證券研究所固態(tài)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(tài)體系，正極材料可以從傳統(tǒng)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(tǒng)的石墨負極(330~370mAh/g)，mAh/g)，比容量顯著提高；在全固態(tài)體系，傳統(tǒng)三元正極搭配金屬鋰負芯能量密度超過400Wh/kg；?界面化學(xué)：可通過構(gòu)建高界面能、低電子電導(dǎo)以及具備自修復(fù)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(tài)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(tài)路線1：隔膜涂覆固態(tài)電解質(zhì)層；正極摻混固態(tài)電解質(zhì)；電解液用量降低?工藝路線與現(xiàn)行軟包電池工藝一致，成熟度高，產(chǎn)線兼容，無需增設(shè)產(chǎn)線設(shè)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(tài)電池：安全、體系、工藝上的三重迭代全固態(tài)電池生產(chǎn)工藝(三星)Ag/C/溶劑混合固體電解質(zhì)/粘結(jié)劑/溶劑混合?等靜壓示意模切模切模切??工廠布局需調(diào)整，增配固體電解質(zhì)成膜工藝設(shè)備及生產(chǎn)線；趕上鋰電池輥壓、熱壓工藝的效率和良率水平；?全固態(tài)路線，電池組分均為固相，可采用干電極技術(shù)，將漿料混合、涂布、烘干、碾壓幾道工序結(jié)合一體，極大提高生產(chǎn)效率。資料來源：Solid-StateBatteryRoadmap2035+，中泰證券研究所固態(tài)電池開發(fā)路徑-鋰電終極形態(tài)液態(tài)電池向全固態(tài)迭代，分為半固態(tài)、準固態(tài)和全固態(tài)等階段。極研發(fā)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(xué)體系、Pack層級，可適配空間利用率的軟包形態(tài)，同時縮減液冷系統(tǒng)配置；?化學(xué)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(chǎn)業(yè)的成熟，電池單位成本有望降低；7?生產(chǎn)制造方面，干電極等高效生產(chǎn)工藝的使用，進一步攤低了制造成本，提高生產(chǎn)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(tài)電池的關(guān)鍵環(huán)節(jié)：固態(tài)電解質(zhì)半固態(tài)電池(10wt%液態(tài)成分)全固態(tài)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(tài)路線，固態(tài)電解質(zhì)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(dǎo)?全固態(tài)電池，固態(tài)電解質(zhì)粉體被制造成固態(tài)電解質(zhì)膜，夾在正負極之間，起到隔離正負極，防止短路、導(dǎo)通離子的9固態(tài)電池的關(guān)鍵環(huán)節(jié)：固態(tài)電解質(zhì)固態(tài)電池的技術(shù)重心圍繞電解質(zhì)的開發(fā)展開：固態(tài)電解質(zhì)的電導(dǎo)率相對液體電解液低1-2個數(shù)量級，獲得解決液態(tài)水平(10-2~10-1S/cm)?對高電壓的耐受力和熱穩(wěn)定性比較差，極?通常用來與陶瓷類電解質(zhì)復(fù)合使用，以決液態(tài)電解液的水平(10-2S/cm)。?穩(wěn)定較差，容易與氧氣和水反應(yīng)，產(chǎn)生有氣體的生產(chǎn)氛?氧化物電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率與硫化物相比用；?應(yīng)用上仍需要配合摻雜、界面層調(diào)控等工資料來源：吳敬華等．固態(tài)鋰電池十年回顧與展望[J/OL]．儲能科學(xué)與技術(shù).，中泰證券研究所固態(tài)電池的關(guān)鍵環(huán)節(jié)：固態(tài)電解質(zhì)?石榴石型(LLZO)的優(yōu)點是具有較寬的電化學(xué)穩(wěn)定性窗口，在鋰金屬陽極存在下的化學(xué)穩(wěn)定性強，熱穩(wěn)定性亦是最高。缺點是鑭?NASICON型(LATP鈉超離子導(dǎo)體)電解質(zhì)制備工藝簡單，易于加工處理，空氣穩(wěn)定強。但對鋰金屬陽極呈現(xiàn)化學(xué)不穩(wěn)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(fù)合電解質(zhì)應(yīng)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(tài)電解質(zhì)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(jié)，時間長，燒結(jié)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(chǎn)。液相法：首先將硫化物前驅(qū)體，例如Li2S和P2S5，與THF等有機溶劑混合，在室溫下持續(xù)攪拌，產(chǎn)生沉淀；其次通過離心，和?產(chǎn)品形貌和粒度可通過溶劑參數(shù)調(diào)控，粒度可達納米級別；于加熱爐；S源加入硫源氣體發(fā)生裝置，對加熱爐完成洗氣后，在以設(shè)定通氣速率通入含S源的氣體的環(huán)境下，加熱爐升溫至200C-800C，保持一定溫度保溫反應(yīng)生產(chǎn)硫化物固態(tài)電解質(zhì)。氛保護條件下進行合成，生產(chǎn)設(shè)備、入成本大幅降低。A跟蹤點2：氧化物電解質(zhì)的差異化方案?水熱法可解決固相法燒結(jié)過程晶粒尺寸/晶格結(jié)構(gòu)變化大，。在此基礎(chǔ)上，公司通過二次水熱的?產(chǎn)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(yè)：噴霧干燥與固相法結(jié)合—球形含鋰氧化物電解質(zhì)(LLZO)，接著再對前驅(qū)體燒結(jié)，充分反應(yīng)獲得對球形LLZO粉體材料；?多孔形貌的存在，可與聚合物復(fù)合，提高離子電導(dǎo)、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(tài)安全性能在車輛層級的驗證2023-2025年，半固態(tài)電池有望獲得大量的整車系統(tǒng)層級的試驗數(shù)據(jù)，重點關(guān)注安全性能的驗證。，贛鋒鋰業(yè)固態(tài)鋰電池在50輛東風(fēng)風(fēng)神E70車型上首次實現(xiàn)裝車運行產(chǎn)搭載，第二代固態(tài)電池，車續(xù)航里程可達1000km半年交付H推出150kWh半固態(tài)電池的車型進入工程化研發(fā)階段，將于2025年搭載整車應(yīng)用kWhNEDC航可達1000km，預(yù)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(xiàn)，主要原因是軟包電池存在較大的安全隱患，半固態(tài)電池作為過渡路線，短的減少使得外部加熱、沖擊，以及內(nèi)部短路造成熱失控風(fēng)險降低，這在電芯層級得到了驗證，但NCMNCM811+石墨負極+半固態(tài)體系NCA高鎳+石墨/硅氧負極+半固態(tài)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(zhì)307.1g38.0萬元/噸116.7氧化物固態(tài)電解質(zhì)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(zhì)300.7g40萬元/噸120.3氧化物固態(tài)電解質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(shù)30疊片層數(shù)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(tài)電池綜合性能、成本情況學(xué)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(guī)體系材料量單位單價單位成本活性物質(zhì)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(zhì)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(shù)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(tài)體系，沿用傳統(tǒng)811體系，由于電解液的質(zhì)量占比從15wt%縮減到10wt%，能量密度提升4%，對成本影響較??；?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(tǒng)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(xué)與技術(shù)，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(chǎn)業(yè)鏈主要公司梳理金龍羽】、【贛鋒鋰業(yè)】；沖擊，和內(nèi)部短路造成熱失控風(fēng)險降低；同時兼容性高，切換方便，具備快速起量條件。電池環(huán)節(jié)相關(guān)標的關(guān)注【珈偉新能】、【贛鋒鋰業(yè)】科】、【孚能科技】；工藝上，固液混合電解質(zhì)，或原位固化、電解液凝膠化工藝，在過渡階段可以解決當(dāng)前聚合物固態(tài)電解全固態(tài)的終極形態(tài)：鋰離子電池實現(xiàn)安全、體系及工藝方向的三重迭代，電池環(huán)節(jié)關(guān)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(tài)的高鎳，全固態(tài)的無鈷、富鋰、鋰硫等極端體系發(fā)展。固態(tài)電解質(zhì)膜替代傳統(tǒng)電解液廠商【東岳集團】。產(chǎn)業(yè)疊片工藝占比提升，關(guān)注極片切刀龍頭【德新科技】。資料來源：Wind，上海洗霸官方網(wǎng)站，公司公告，NatureCommunications，中泰證券研究所000%%%固態(tài)電解質(zhì)：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(tài)電解質(zhì))；LLZO氣穩(wěn)定性和離子電導(dǎo)率與特定金屬氧化物反應(yīng) (Co3O4)，生成LiCoO2包裹層(高速離子傳輸通道、且oO(Li2O)，通過二次燒結(jié)將鋯酸鑭缺鋰相還原，消除雜相(提純)。相關(guān)規(guī)劃：?主營業(yè)務(wù)表現(xiàn)/百萬元(?主營業(yè)務(wù)表現(xiàn)/百萬元(2021年水處理業(yè)務(wù)占營收試產(chǎn)成功，純營業(yè)總收入毛利率產(chǎn)線及研?聚焦低成本氧化物(開發(fā)原料替換、水溶劑取代、廢料回收技術(shù))，并拓展開發(fā)高熱穩(wěn)定性隔膜、復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)、全固態(tài)資料來源：Wind，公司公告，專利CN113488693B，中泰證券研究所固態(tài)電解質(zhì)：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(huán)，倍率和安全?Li相關(guān)規(guī)劃：?