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九：踏浪航远，云之彼端行业动态信息研究者系统分析电池“理论性能边界”我国研究者WenzhuoCao、JienanZhang、HongLi等分析了高质量能量密度/体积能量密度的动力电池材料理论上可能选用何种体系，以Batterieswithhightheoreticalenergydensities为标题2020年发表在EnergyStorageMaterials上。材料体系模拟：从1683个氧化还原反应，到几十个“潜力”电池体系研究者从反应吉布斯自由能出发，系统筛选了多达1683个氧化还原反应作为电池候选体系。此后，以理论质量能量密度在1000Wh/kg进行首轮淘汰；对非气态正极（单独考虑氧气、空气等）以理论体积能量密度800Wh/L进行第二轮淘汰；以反应电压大于1.50V进行第三轮淘汰；以成本、环境影响等进行第四轮、第五轮淘汰。最终，研究者获得了51个“潜力”电池体系。路径与前瞻：锂不失为优选，铝可能是奇兵研究者归纳：同时考虑质量、体积能量密度，锂-水、锂-硫、铝-水、镁-水、镁-硫、锂-氟化铜、锂-氟化铁、锂-二氧化锰、锂-三氧化钼等体系的综合潜力最高。研究者同时认为，电解液-混合固液电解质-全固态电解质逐步进化是高能量密度电池实现过程中的助力。总结与评论：不需要退路，只有勇往直前一条路我们认为，仅从性能角度出发，锂仍是绝大多数场合的优选，铝也有部分可能以“机械可充”（更换铝板）等方式在部分不需要高功率密度的场合发挥作用。我们还认为，当前的液态锂离子电池提供了“合格”的保底高性能电池选项。仅从能量密度占优，综合性能可接受的标准出发，高镍+硅碳体系可能是下一个成熟概率较高的体系；考虑综合性能与成本，三元、磷酸铁锂电池相当程度上都仍位列长期选择之中。电池科技的创新是一个长期过程。作为技术革命的骄子、能源革命的宠儿，置身于漫长的赛道之中，高性能电池已经是、在相当长的一段时间之内仍将是底层科技、高端制造的共同旗帜。投资建议不积跬步，无以至千里。动力电池龙头企业及部分头部供应商具备强大的研发能力，有望长期受益于对研发的重视。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、德方纳米、湘潭电化；天赐材料、新宙邦；恩捷股份；科达利；宏发股份等。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07月07日市场表现相关研究报告-13%-3%7%17%27%2019/7/12019/8/12019/9/12019/10/12019/11/12019/12/12020/1/12020/2/12020/3/12020/4/12020/5/12020/6/1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、研究者系统分析电池“理论性能边界”在电池领域，锂离子电池是高性能的代表。但是当前的“摇椅式”锂电池至少在理论上远远不是高能量密度电池的全部。我国研究者WenzhuoCao、JienanZhang、HongLi等从氧化还原反应的吉布斯自由能出发，分析了高质量能量密度/体积能量密度的动力电池材料理论上可能选用何种体系，以Batterieswithhightheoreticalenergydensities为标题2020年发表在EnergyStorageMaterials上。图表1：论文Batterieswithhightheoreticalenergydensities资料来源:Batterieswithhightheoreticalenergydensities，中信建投研究者认为，锂离子电池的能量密度提升幅度自1990年以来每年实际不足3%。当前，动力电池单体质量能量密度在240-250Wh/kg附近，体积能量密度在550-600Wh/L附近；3C电池单体质量能量密度在260-295Wh/kg附近，体积能量密度在650-730Wh/L附近。当前的锂离子电池还不足以满足电动车、便携式设备等的要求，更高能量密度的电池仍然是急需的。一方面，优化现有体系很重要；另一方面，现有体系想取得大幅度的性能提升难度也高。所以，从理论出发，寻找高质量、体积能量密度的电化学体系仍然有其必要性。研究者归纳，锂电池的成功应用，其本质仍然离不开金属锂的低电位（-3.040V）和高容量（3860mAh/g）。那么，类似的高还原性金属，如钠、钾、镁、铝、锌等，就可以和锂一起作为备选负极。与此对应，相变反应储能（而非“摇椅式”机制）是超高能量密度电池得以实现的关键。2、材料体系模拟：从1683个氧化还原反应，到几十个“潜力”电池体系研究者从反应吉布斯自由能出发，系统筛选了多达1683个氧化还原反应（负极如前所述；正极有多种氧化性较高的物质选择，去除稀有气体和大分子）作为电池候选体系。此后，以理论质量能量密度在1000Wh/kg进27278942/47054/2020070720:182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首轮淘汰；对非气态正极（单独考虑氧气、空气等）以理论体积能量密度800Wh/L进行第二轮淘汰；以反应电压大于1.50V进行第三轮淘汰；以成本、环境影响等进行第四轮、第五轮淘汰。最终，研究者获得了51个“潜力”电池体系。不乏常见的氧化还原组合（铝-氧、镁-氧、镁-二氧化碳、钠-硫，等等），多种金属-空气电池、金属-水电池、金属-硫电池、金属-金属氧化物电池、金属-金属氟化物电池等榜上有名。图表2：“潜力”电池体系挑选过程及结果资料来源：Batterieswithhightheoreticalenergydensities，中信建投在计算了不同体系的理论能量密度之后，作者进一步分析了从理论能量密度到“实践能量密度”的过程。如部分电极材料兼具相变/插层反应方式，可能会有多步反应等；暂不考虑电极的体积变化，而仅考虑电极、电解质、集流体的厚度，电极的孔隙率、粘结剂含量，以及电极材料的NP比等。可以看出，上述基本假设仍然是相当理想的，而这种仍然理想的“实践能量密度”相比于理论能量密度，仍有约50%（不同材料体系区别较大）的降幅，质量能量密度下降至约1000Wh/kg或以内，体积能量密度下降至3000Wh/L以内（不考虑电极体积变化会引入相当程度误差）。此计算的结果显示，质量能量密度部分由锂硫电池拔得头筹，镁硫电池，锂、镁、铝等金属-多种金属氧化物/氟化物电池紧随其后；体积能量密度部分锂硫电池已经不在前20名范围内，相比之下铝、镁、锂等金属-多种金属氧化物/氟化物电池排名居前。一句话概括上述结果：质量能量密度锂最优，镁铝入列；体积能量密度铝最优，镁锂入列；正极材料至少是较强的氧化剂。27278942/47054/2020070720:183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3：分别具备最高“实践质量能量密度”和“实践体积能量密度”的前20个正负极材料体系资料来源：Batterieswithhightheoreticalenergydensities，中信建投3、路径与前瞻：锂不失为优选，铝可能是奇兵研究者归纳：同时考虑质量、体积能量密度，锂-水、锂-硫、铝-水、镁-水、镁-硫、锂-氟化铜、锂-氟化铁、锂-二氧化锰、锂-三氧化钼等体系的综合潜力最高。锂、镁、铝的理论性能都较高，但是镁、铝在反应动力学方面缺点明显。研究者同时认为，电解液-混合固液电解质-全固态电解质逐步进化是高能量密度电池实现过程中的助力。图表4：高能量密度动力电池体系汇总与时间表估计资料来源:Batterieswithhightheoreticalenergydensities，中信建投研究者最后表示，质量能量密度达1000Wh/kg、体积能量密度达800Wh/L的电池是有可能实现的，利用相变反应的电池也是高能量密度电池的长期目标。27278942/47054/2020070720:184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：不需要退路，只有勇往直前一条路我们认为，从理论上构建高能量密度电池的材料体系框架重要性很高。一方面，更高的理论性能本身就极具诱惑；另一方面，更高的理论性能也意味着更多的试错空间和可能性。我们认为，仅从性能角度出发，锂仍是绝大多数场合的优选，铝也有部分可能以“机械可充”（更换铝板）等方式在部分不需要高功率密度的场合发挥作用。我们还认为，当前的液态锂离子电池提供了“合格”的保底高性能电池选项。仅从能量密度占优，综合性能可接受的标准出发，高镍+硅碳体系可能是下一个成熟概率较高的体系；考虑综合性能与成本，三元、磷酸铁锂电池相当程度上都仍位列长期选择之中。我们最后认为，电池科技的创新是一个长期过程。产、学、研、用各个环节的无数参与者皓首穷经、身体力行，不断探索电池理论性能上限、不断推升电池工程参数边界、不断拓展电池实际应用领域。作为技术革命的骄子、能源革命的宠儿，置身于漫长的赛道之中，高性能电池已经是、在相当长的一段时间之内仍将是底层科技、高端制造的共同旗帜。27278942/47054/2020070720:185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不积跬步，无以至千里。动力电池龙头企业及部分头部供应商具备强大的研发能力，有望长期受益于对研发的重视。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、德方纳米、湘潭电化；天赐材料、新宙邦；恩捷股份；科达利；宏发股份等。风险分析电池科技进步速度不及预期，成本降幅不及预期。27278942/47054/2020070720:186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。27278942/47054/2020070720:187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.hk27278942/47054/2020070720:18