请参阅最后一页的重要声明证券研究报告·行业动态电池科技前瞻系列报告之七：负极锂沉积，蹊径“锂混合”行业动态信息研究者设计锂离子-锂金属“混合电池”加拿大达尔豪斯大学的研究者CameronMartin,MatthewGenovese,A.J.Louli,RochelleWeber,J.R.Dahn（即特斯拉电池专家Dahn）等人设计了正（NCM）负（石墨）极容量比1:0.6，低SOC下体现常规锂离子电池特征、高SOC下体现锂金属电池特征的锂离子-锂金属“混合电池”，研究成果CyclingLithiumMetalonGraphitetoFormHybridLithium-Ion/LithiumMetalCells2020年发表在Joule上。Dahn的研究成果一定程度上代表了特斯拉对动力电池及电池材料的方向性认识。电池材料体系构建：单晶NCM523正极，少量石墨负极基体研究工作使用的正极材料为单晶NCM523（Dahn在他的多项工作中选择此正极），负极材料为石墨薄层，n/p为0.6，负极容量更低；试用了多种溶剂-锂盐的电解液组合；电池物理形态为小软包电池，容量约220（深）/140（浅）mAh。研究者描述，充电至4.4V时，这种混合电池比负极石墨足量的电池薄约20%，轻约15%；再考虑到更高的充电截止电压，实际的体积能量密度和质量能量密度可以分别提升25%和20%。电极循环性能与形貌表征：电池领域的“混合动力”在4.4V的截止电压下，使用LDBF电解液体系的电池体现了最高的循环性能，160次循环后电池容量衰减至160mAh；加压、慢充对衰减有一定程度抑制作用（如和常规电池比较，相当于前80-120次深度循环的容量有优势），库仑效率最高约99.6%。混合工况下循环，电池容量降低速度明显减缓。总结与评论：小技巧与小惊喜我们认为，研究者的工作最大的意义在于优化电解液配方，使得负极析锂这一通常意义上不利于电池寿命的循环行为变得相当程度上均匀可控；而石墨负极除了作为锂嵌入基体之外还可以作为锂沉积载体，为锂金属电池的体系构建提供了有益的思路。提升电池容量的本质是做好活性物质、搭配好辅助组元。小技巧有助于开拓思路、分析机理，但极大概率不足以造成颠覆。投资建议我们认为，当前的锂离子电池技术在较长一段时间之内仍然是动力电池、消费电池、储能电池的首选技术。建议投资者关注电池核心环节的全球动力电池龙头企业及材料、结构件、电气部件企业：容百科技、当升科技、长远锂科、厦门钨业、德方纳米、湘潭电化；中科电气、凯金能源；天赐材料、新宙邦；恩捷股份；科达利；宏发股份。维持强于大盘杨藻yangzao@csc.com.cn18621883566执业证书编号：S1440520010003张亦弛zhangyichi@csc.com.cn010-85159272执业证书编号：S1440520040001发布日期：2020年05月15日市场表现相关研究报告-8%2%12%22%32%2019/5/132019/6/132019/7/132019/8/132019/9/132019/10/132019/11/132019/12/132020/1/132020/2/132020/3/132020/4/132020/5/13电气设备上证指数电气设备1电气设备行业动态研究报告请参阅最后一页的重要声明行业动态信息评述1、研究者设计锂离子-锂金属“混合电池”CameronMartin,MatthewGenovese,A.J.Louli,RochelleWeber,J.R.Dahn（即特斯拉电池专家Dahn）等人设计了正（NCM）负（石墨）极容量比1:0.6，低SOC下体现常规锂离子电池特征、高SOC下体现锂金属电池特征（事实上载流子仍为锂离子，但负极行为有所不同，故称为锂金属电池）的锂离子-锂金属“混合电池”，研究成果CyclingLithiumMetalonGraphitetoFormHybridLithium-Ion/LithiumMetalCells2020年发表在Joule上（Martinetal.,CyclingLithiumMetalonGraphitetoFormHybridLithium-Ion/LithiumMetalCells,Joule(2020),https://doi.org/10.1016/j.joule.2020.04.003）。Dahn的研究成果一定程度上代表了特斯拉对动力电池及电池材料的方向性认识。图表1：论文CyclingLithiumMetalonGraphitetoFormHybridLithium-Ion/LithiumMetalCells资料来源:CyclingLithiumMetalonGraphitetoFormHybridLithium-Ion/LithiumMetalCells，中信建投证券研究发展部研究者归纳，提高锂离子电池能量密度的过程，通常伴随着电池寿命的损失和/或安全性的下降。三元正极高镍化，负极硅碳化、锂金属化，不同程度地证实着上述观点。对锂金属而言，固然其容量相比于石墨负极更具优势，但电池循环过程中锂金属负极体积变化幅度大；坚固稳定的负极电解质膜（SEI）不易形成；锂和电解液反应消耗了两者，形成了无法进一步参与循环的死锂，影响了电池的安全性。很多锂金属负极电池的前瞻性工作使用有效容量10倍以上的过量锂以及过量电解液，这掩盖了相关问题，而并不利于锂金属电池的产业化应用。一般来说无实际负极载体（如石墨）的电池循环寿命只有40次左右。研究者认为，硅碳负极的有关研究事实上对锂金属负极的研究有所启发。硅碳负极中，硅的含量不多（5%，10%左右），体积变化可控；硅的脱锂电压高，所以在深度放电过程中才会贡献容量（常规浅放以储锂态存在），这样电池实际使用过程中的寿命也可以得到改善。那么对于锂金属负极，如果有合适的电解液、锂盐等辅助组元，就可以构建一个原理类似的混合负极体系：负极包含少量石墨，在浅充过程中以其作为储锂基体，充分发挥寿命优势；充电深度加大，则在负极表面有序析锂，虽寿命有限但可提供高容量。锂离子-锂金属“混合电池”的设计工作就此展开。2、电池材料体系构建：单晶NCM523正极，少量石墨负极基体研究工作使用的正极材料为单晶NCM523（Dahn在他的多项工作中选择此正极），负极材料为石墨薄层，n/p为0.6，负极容量更低；试用了多种溶剂-锂盐的电解液组合；电池物理形态为小软包电池。4VnZpXeXdUqYtRpMqN7NbP6MtRoOtRoOjMnNrMfQnMqN8OnMuNuOnPsOuOtOsN2电气设备行业动态研究报告请参阅最后一页的重要声明图表2：研究工作使用的不同电解液资料来源：CyclingLithiumMetalonGraphitetoFormHybridLithium-Ion/LithiumMetalCells，中信建投研究者描述，充电至4.4V时，这种混合电池比负极石墨足量的电池薄约20%，轻约15%；再考虑到更高的充电截止电压，实际的体积能量密度和质量能量密度可以分别提升25%和20%。研究工作构建的混合电池，其不析锂的放电容量约140mAh；满充满放的容量约为220mAh（如有假想的等质量/等体积常规锂电用于控制变量对比，则该电池的容量约为180mAh。原工作中并未给出此假想对比电池，容量根据其物理参数估算）。图表3：无初始负极电池、常规石墨负极电池、石墨薄层负极混合电池的物理参数示意资料来源：CyclingLithiumMetalonGraphitetoFormHybridLithium-Ion/LithiumMetalCells，中信建投3、电极循环性能与形貌表征：电池领域的“混合动力”常规电池循环手段是75kPa外压下3.0-4.4V、C/5充电、C/2放电循环；附加的手段包括慢充循环，将充电速度降至C/10；加压循环，将外压增加至1200kPa（约12个大气压）。事实上研究工作也调节了截止电压，但4.2V、4.3V容量未有效发挥且寿命也为有效延长，故不作更多介绍。在4.4V的截止电压下，使用LDBF电解液体系的电池体现了最高的循环性能，160次循环后电池容量衰减至160mAh（在约80次循环时衰减至180mAh）。若加外压，在160次循环后，电池容量衰减至约170mAh；再3电气设备行业动态研究报告请参阅最后一页的重要声明降低充电速度，则电池容量残留值还有少许提升（加压条件下，在约120次循环时衰减至180mAh）。循环的库仑效率可高至约99.6%。另外，加压对锂金属沉积的形貌改善有相当程度的积极作用。图表4：研究工作制备电池的循环次数-容量曲线资料来源:CyclingLithiumMetalonGraphitetoFormHybridLithium-Ion/LithiumMetalCells，中信建投研究者还分析了日常使用状态下（混合工况循环）的电池容量变化情况（10次浅充浅放、1次深充深放，如此循环；或5次浅充浅放，1次深充深放，如此循环）。这种条件下，电池容量衰减速度显著减慢。图表5：研究工作制备电池在混合工况下的循环次数-容量曲线资料来源：CyclingLithiumMetalonGraphitetoFormHybridLithium-Ion/LithiumMetalCells，中信建投4电气设备行业动态研究报告请参阅最后一页的重要声明4、总结与评论：小技巧与小惊喜我们认为，研究者的工作最大的意义在于优化电解液配方，使得负极析锂这一通常意义上不利于电池寿命的循环行为变得相当程度上均匀可控，而石墨负极除了作为负极锂嵌入基体之外还可以作为锂沉积的载体，为锂金属电池的体系构建提供了有益的思路与可能性。我们还认为，研究者的工作在电池实际使用层面的意义有限。深度循环80-120次即衰减至假想参比电池的容量值，混合循环400次衰减约10%，作为动力电池而言寿命偏低；锂金属电池的充电过程和快充的兼容性差，虽然是可以理解的，但是也不利于消费者接受。消费者相比之下大概率还是更喜欢常规循环寿命在1500次以上，容量比较稳妥的锂离子电池。所以我们认为，研究者后续研究工作的重点仍然以开发适配锂金属负极的电解液为主，并辅之以对石墨负极的部分修饰。如果锂金属负极的循环寿命可以提升至500次以上，那么混合循环工况将非常具有实用性。提升电池容量的本质，是做好活性物质、搭配好辅助组元。小技巧有助于开拓思路、分析机理，但极大概率不足以造成颠覆。5电气设备行业动态研究报告请参阅最后一页的重要声明投资评价和建议我们认为，当前的锂离子电池技术在较长一段时间之内仍然是动力电池、消费电池、储能电池的首选技术。建议投资者关注电池核心环节的全球动力电池龙头企业及材料、结构件、电气部件企业：容百科技、当升科技、长远锂科、厦门钨业、德方纳米、湘潭电化；中科电气、凯金能源；天赐材料、新宙邦；恩捷股份；科达利；宏发股份。风险分析技术进步不及预期，动力电池、消费电池、储能电池行业增速不及预期。6电气设备行业动态研究报告请参阅最后一页的重要声明分析师介绍杨藻：工学学士，产业经济学硕士。2010~2011年间就职于深圳发改委新能源汽车办，负责新能源汽车试点工作。随后先后就职于凯基证券和浙商证券。2016年8月加入天风证券，担任电新首席分析师。2019年12月入职中信建投证券。先后获得2017年新财富最佳分析师入围，2019年万得金牌分析师、金麒麟新锐分析师。张亦弛：清华大学工学学士、博士，2年能源材料实业工作，2年清华大学下属研究院工作，储能技术与产业政策专家。在学及就业期间发表多篇SCI及核心论文，申请多项国家专利并获授权。历任中信建投证券汽车、电新行业研究员，2018/19年万得金牌分析师团队成员，2019年金麒麟新锐分析师团队成员。研究助理张鹏：清华大学工学学士、博士，电力设备与新能源行业研究员，2018年加入中信建投证券研究发展部。2019年万得金牌分析师团队成员。7电气设备行业动态研究报告请参阅最后一页的重要声明评级说明投资评级标准评级说明报告中投资建议涉及的评级标准为报告发布日后6个月内的相对市场表现，也即报告发布日后的6个月内公司股价（或行业指数）相对同期相关证券市场代表性指数的涨跌幅作为基准。A股市场以沪深300指数作为基准；新三板市场以三板成指为基准；香港市场以恒生指数作为基准；美国市场以标普500指数为基准。股票评级买入相对涨幅15％以上增持相对涨幅5%—15％中性相对涨幅-5%—5％之间减持相对跌幅5%—15％卖出相对跌幅15％以上行业评级强于大市相对涨幅10%以上中性相对涨幅-10-10%之间弱于大市相对跌幅10%以上分析师声明本报告署名分析师在此声明：（i）以勤勉的职业态度、专业审慎的研究方法，使用合法合规的信息，独立、客观地出具本报告,结论不受任何第三方的授意或影响。（ii）本人不曾因，不因，也将不会因本报告中的具体推荐意见或观点而直接或间接收到任何形式的补偿。法律主体说明本报告由中信建投证券股份有限公司及/或其附属机构（以下合称“中信建投”）制作，由中信建投证券股份有限公司在中华人民共和国（仅为本报告目的，不包括香港、澳门、台湾）提供。中信建投证券股份有限公司具有中国证监会许可的投资咨询业务资格，本报告署名分析师所持中国证券业协会授予的证券投资咨询执业资格证书编号已披露在报告首页。本报告由中信建投（国际）证券有限公司在香港提供。本报告作者所持香港证监会牌照的中央编号已披露在报告首页。一般性声明本报告由中信建投制作。发送本报告不构成任何合同或承诺的基础，不因接收者收到本报告而视其为中信建投客户。本报告的信息均来源于中信建投认为可靠的公开资料，但中信建投对这些信息的准确性及完整性不作任何保证。本报告所载观点、评估和预测仅反映本报告出具日该分析师的判断，该等观点、评估和预测可能在不发出通知的情况下有所变更，亦有可能因使用不同假设和标准或者采用不同分析方法而与中信建投其他部门、人员口头或书面表达的意见不同或相反。本报告所引证券或其他金融工具的过往业绩不代表其未来表现。报告中所含任何具有预测性质的内容皆基于相应的假设条件，而任何假设条件都可能随时发生变化并影响实际投资收益。中信建投不承诺、不保证本报告所含具有预测性质的内容必然得以实现。本报告内容的全部或部分均不构成投资建议。本报告所包含的观点、建议并未考虑报告接收人在财务状况、投资目的、风险偏好等方面的具体情况，报告接收者应当独立评估本报告所含信息，基于自身投资目标、需求、市场机会、风险及其他因素自主做出决策并自行承担投资风险。中信建投建议所有投资者应就任何潜在投资向其税务、会计或法律顾问咨询。不论报告接收者是否根据本报告做出投资决策，中信建投都不对该等投资决策提供任何形式的担保，亦不以任何形式分享投资收益或者分担投资损失。中信建投不对使用本报告所产生的任何直接或间接损失承担责任。在法律法规及监管规定允许的范围内，中信建投可能持有并交易本报告中所提公司的股份或其他财产权益，也可能在过去12个月、目前或者将来为本报告中所提公司提供或者争取为其提供投资银行、做市交易、财务顾问或其他金融服务。本报告内容真实、准确、完整地反映了署名分析师的观点，分析师的薪酬无论过去、现在或未来都不会直接或间接与其所撰写报告中的具体观点相联系，分析师亦不会因撰写本报告而获取不当利益。本报告为中信建投所有。未经中信建投事先书面许可，任何机构和/或个人不得以任何形式转发、翻版、复制、发布或引用本报告全部或部分内容，亦不得从未经中信建投书面授权的任何机构、个人或其运营的媒体平台接收、翻版、复制或引用本报告全部或部分内容。版权所有，违者必究。中信建投证券研究发展部中信建投（国际）北京上海深圳香港东城区朝内大街2号凯恒中心B座12层浦东新区浦东南路528号上海证券大厦北塔22楼2201室福田区益田路6003号荣超商务中心B座22层中环交易广场2期18楼电话：(8610)8513-0588电话：(8621)6882-1612电话：（86755）8252-1369电话：（852）3465-5600联系人：李星星联系人：翁起帆联系人：陈培楷联系人：刘泓麟邮箱：lixingxing@csc.com.cn邮箱：wengqifan@csc.com.cn邮箱：chenpeikai@csc.com.cn邮箱：charleneliu@csci.hk