新能车前沿技术:固态电池--国泰证券VIP专享VIP免费

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证券研究报告
电力设备与新能源
新能车前沿技术之七:固态电
电力设备与新能源
增持 (维持)
研究员
申建国
SAC No. S0570522020002
shenjianguo@htsc.com
+(86) 755 8249 2388
研究员
边文姣
SAC No. S0570518110004
SFC No. BSJ399
bianwenjiao@htsc.com
+(86) 755 8277 6411
行业走势图
资料来源:Wind,华泰研究
专题研究
电池产业“圣杯”,固态电池研发如火如荼
在更高的安全性和能量密度要求下固态电池应运而生。固态电解质的引入
可以大幅提升电池安全性能,同时匹配高能量密度正负极可以提升电池能量
密度。固液混合电池电解质路线已形成初步共识将逐步向全固态演进,
是全固态路线当前仍处于研发阶段,短期内将仍以固液混合电池为主要路
线,我们预计 2030 全球固态电池市场空间将超 3000 亿元。产业链环节
来看,要变化在于电解质、负极,关注材料端及工艺端变化带来的相应的
增量需求
综合性能优越,多种技术路线并行发展
固态电池是采用固态电解质的锂离子电池,固态电解质和液体电解质一样承
担着在正负极之间传输锂离子的作用传输机制有所不同。通过引入不可燃
的固态电解质,可以本质上保证安全性,时兼容高能量密度正负极,可以
满足快充、循环寿命长、高温性能好的要求。从技术路线来看,将从固液混
合电池渐进式到全固态电池,固态电解质中,硫化物全固态潜力较大,固液
混合电池采用氧化物与聚合物复合电解质,已有量产。
固液混合先行,2030 年全球固态电池市场空间或超 3000 亿元
安全性高、能量密度高是车用固态电池产业化发展的主要驱动力,政府、
企及电池企业都大力投入。外固态电池多为全固态电池,暂无可靠量产计
划。全固态电池制造仍有众多科学难题未解,产业端预计 2030 年开始规
化量产。国内企业主要采取固液混合路线,固液混合电池已进入规模量产的
工程化阶段,3-5 年后可能成为中高端市场主流技术,在新能源汽车、消费
电子、航空航天等领域得到应用。我们预计 2025 /2030 全球固态电池
市场空间有望达439/3634 亿元
固态工艺路线显著简化,同时带来材料及工艺创新
固态/固液混合电池是未来高能量密度以及实现良好快充性能的潜力较大的路
线,固态电池一旦能实现商业化将带来产业颠覆性变革。固态电池上游主要
差异在电解质材料的创新以及设备工艺的革新,重点关注氧化物电解质/硫化
物电解质以及涂布挤压设备;中游领域,电芯电化学设计区别于液态锂电产
品,需要建立立的开发体系和设计能力,门槛高芯、模组PACK 的生
产制造环节具一定壁垒,关注锂电巨头以及深固态电池领域的领先者。
风险提示:新能源汽车销量不及预期,固态电池产业化进度不及预期,技术
路线革新风险
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39
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Apr-22 Aug-22 Dec-22 Apr-23
(%) 电力设备与新能源 沪深300
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电力设备与新能源
正文目录
固态电池:引入固态电解质,能量密度与安全性双高 .................................................................................................. 3
固态电池是采用固态电解质的锂离子电池 ............................................................................................................. 3
固态电池综合性能优越,有望成为下一代电池...................................................................................................... 4
技术路线:固液混合向全固态渐进式发展,多路线并行 .............................................................................................. 6
三大体系各有优劣,全固态锂电池短期内难以得到规模化推广 ............................................................................ 6
受制于工艺和成本,全固态电池仍处技术研发至产业化过渡期 ............................................................................ 8
市场空间:固液混合电2030 年全球市场空间或超 3000 亿元 ................................................................................ 12
受政策+需求端驱动,全球市场大力发展中 ......................................................................................................... 12
固态电池市场空间:全球 2030 年将逾 3000 亿元 .............................................................................................. 16
产业链:工艺路线显著简化,同时带来材料及工艺创新 ............................................................................................ 17
风险提示.............................................................................................................................................................. 20
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电力设备与新能源
固态电池:引入固态电解质,能量密度与安全性双高
固态电池是采用固态电解质的锂离子电池
固态工作机理与传统锂池一致,但解质为固锂电池是一种依靠锂离子在正极
和负极之间往返移动,发生可逆的嵌入和脱出,进行化学能和电能之间的转与储存的电
化学器件其中,电解质担负着在电池内部的正负极之间建立一条锂离子传输通道的作用
隔膜用于防止正负极直接接触造成短路。目前商用的锂电池的正负极为固体,而电解质则
通常是将锂盐溶质溶解于有机溶剂中得到的溶液,所以也被称为液态电池。固态电池的电
解质为固态,电池中不存在液体组分,以能传导锂离子的固态电解质材料来取代现有隔膜
或电解液,正负极材料兼容现有的锂电池。混合固液电池作为传统液态电池向固态电池的
过渡,电解质为固液混合/凝胶态等。
图表1 传统锂电池与全固态电池结构对比
图表2 液态-半固态-全固态
资料来源:《全固态锂电池技术的研究现状与展望》(许晓雄等,2013)、华泰
研究
资料来源:中科院物理研究所、华泰研究
固体解质和液体解质子传输机不同液态电解质中,极性有机溶剂解离锂盐,被
溶剂化的锂离子在电压差的驱动下往返于正负极之间。而聚合物电解质中,锂离子与聚合
物链段上的极性官能团发生配位,通过聚合物链段的运动,在电压差的驱动下在正负极之
间移动。无极电解质中,锂离子通过晶体结构中的缺陷,在电压差的驱动下发生跳跃,在
正负极之间来回。虽然固态电解质和液体电解质中离子传输的机制不同,但是作为电解质
在正负极之间传输锂离子的作用一致。固态电池就是将传统锂离子电池中的液体电解质换
为固体电解质,不改变电解质在电池中的作用或电池的工作机理。
图表3 聚合物电解质中锂离子移动
图表4 点缺陷与离子传输
资料来源:《Polymer Electrolytes for Lithium-Based Batteries: Advances and
Prospects》(Dong Zhou 等,2019)、华泰研
资料来源:《Mechanisms and properties of ion-transport in inorganic solid
electrolytes》(Bingkai Zhang 等,2017)、华泰研究
免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分,请务必一起阅读。1证券研究报告电力设备与新能源新能车前沿技术之七:固态电池华泰研究电力设备与新能源增持(维持)研究员申建国SACNo.S0570522020002shenjianguo@htsc.com+(86)75582492388研究员边文姣SACNo.S0570518110004SFCNo.BSJ399bianwenjiao@htsc.com+(86)75582776411行业走势图资料来源:Wind,华泰研究2023年4月24日│中国内地专题研究电池产业“圣杯”,固态电池研发如火如荼在更高的安全性和能量密度要求下,固态电池应运而生。固态电解质的引入可以大幅提升电池安全性能,同时匹配高能量密度正负极可以提升电池能量密度。固液混合电池电解质路线已形成初步共识,将逐步向全固态演进,但是全固态路线当前仍处于研发阶段,短期内将仍以固液混合电池为主要路线,我们预计2030年全球固态电池市场空间将超3000亿元。产业链环节来看,主要变化在于电解质、负极,关注材料端及工艺端变化带来的相应的增量需求。综合性能优越,多种技术路线并行发展固态电池是采用固态电解质的锂离子电池,固态电解质和液体电解质一样承担着在正负极之间传输锂离子的作用,传输机制有所不同。通过引入不可燃的固态电解质,可以本质上保证安全性,同时兼容高能量密度正负极,可以满足快充、循环寿命长、高温性能好的要求。从技术路线来看,将从固液混合电池渐进式到全固态电池,固态电解质中,硫化物全固态潜力较大,固液混合电池采用氧化物与聚合物复合电解质,已有量产。固液混合先行,2030年全球固态电池市场空间或超3000亿元安全性高、能量密度高是车用固态电池产业化发展的主要驱动力,政府、车企及电池企业都大力投入。海外固态电池多为全固态电池,暂无可靠量产计划。全固态电池制造仍有众多科学难题未解,产业端预计2030年开始规模化量产。国内企业主要采取固液混合路线,固液混合电池已进入规模量产的工程化阶段,3-5年后可能成为中高端市场主流技术,在新能源汽车、消费电子、航空航天等领域得到应用。我们预计2025年/2030年全球固态电池市场空间有望达到439/3634亿元。固态工艺路线显著简化,同时带来材料及工艺创新固态/固液混合电池是未来高能量密度以及实现良好快充性能的潜力较大的路线,固态电池一旦能实现商业化将带来产业颠覆性变革。固态电池上游主要差异在电解质材料的创新以及设备工艺的革新,重点关注氧化物电解质/硫化物电解质以及涂布挤压设备;中游领域,电芯电化学设计区别于液态锂电产品,需要建立独立的开发体系和设计能力,门槛高。电芯、模组、PACK的生产制造环节具备一定壁垒,关注锂电巨头以及深耕固态电池领域的领先者。风险提示:新能源汽车销量不及预期,固态电池产业化进度不及预期,技术路线革新风险。(9)7233955Apr-22Aug-22Dec-22Apr-23(%)电力设备与新能源沪深300免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分,请务必一起阅读。2电力设备与新能源正文目录固态电池:引入固态电解质,能量密度与安全性双高..................................................................................................3固态电池是采用固态电解质的锂离子电池.............................................................................................................3固态电池综合性能优越,有望成为下一代电池......................................................................................................4技术路线:固液混合向全固态渐进式发展,多路线并行..............................................................................................6三大体系各有优劣,全固态锂电池短期内难以得到规模化推广............................................................................6受制于工艺和成本,全固态电池仍处技术研发至产业化过渡期............................................................................8市场空间:固液混合电池2030年全球市场空间或超3000亿元................................................................................12受政策+需求端驱动,全球市场大力发展中.........................................................................................................12固态电池市场空间:全球2030年将逾3000亿元..............................................................................................16产业链:工艺路线显著简化,同时带来材料及工艺创新............................................................................................17风险提示..............................................................................................................................................................20免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分,请务必一起阅读。3电力设备与新能源固态电池:引入固态电解质,能量密度与安全性双高固态电池是采用固态电解质的锂离子电池固态电池工作机理与传统锂电池一致,但电解质为固体。锂电池是一种依靠锂离子在正极和负极之间往返移动,发生可逆的嵌入和脱出,进行化学能和电能之间的转换与储存的电化学器件。其中,电解质担负着在电池内部的正负极之间建立一条锂离子传输通道的作用,隔膜用于防止正负极直接接触造成短路。目前商用的锂电池的正负极为固体,而电解质则通常是将锂盐溶质溶解于有机溶剂中得到的溶液,所以也被称为液态电池。固态电池的电解质为固态,电池中不存在液体组分,以能传导锂离子的固态电解质材料来取代现有隔膜或电解液,正负极材料兼容现有的锂电池。混合固液电池作为传统液态电池向固态电池的过渡,电解质为固液混合/凝胶态等。图表1:传统锂电池与全固态电池结构对比图表2:液态-半固态-全固态资料来源:《全固态锂电池技术的研究现状与展望》(许晓雄等,2013)、华泰研究资料来源:中科院物理研究所、华泰研究固体电解质和液体电解质离子传输机制不同。液态电解质中,极性有机溶剂解离锂盐,被溶剂化的锂离子在电压差的驱动下往返于正负极之间。而聚合物电解质中,锂离子与聚合物链段上的极性官能团发生配位,通过聚合物链段的运动,在电压差的驱动下在正负极之间移动。无极电解质中,锂离子通过晶体结构中的缺陷,在电压差的驱动下发生跳跃,在正负极之间来回。虽然固态电解质和液体电解质中离子传输的机制不同,但是作为电解质在正负极之间传输锂离子的作用一致。固态电池就是将传统锂离子电池中的液体电解质换为固体电解质,不改变电解质在电池中的作用或电池的工作机理。图表3:聚合物电解质中锂离子移动图表4:点缺陷与离子传输资料来源:《PolymerElectrolytesforLithium-BasedBatteries:AdvancesandProspects》(DongZhou等,2019)、华泰研究资料来源:《Mechanismsandpropertiesofion-transportininorganicsolidelectrolytes》(BingkaiZhang等,2017)、华泰研究免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分,请务必一起阅读。4电力设备与新能源固态电池综合性能优越,有望成为下一代电池对更高安全和性能的电池的要求推动固态电池的发展。(半)固态电池的研究起始于20世纪60年代,因为受到材料性能与电池制造方面的限制,目前尚未大规模量产。随着液态锂电池的发展,其能量密度已经接近上限。新能源汽车对传统燃油车的替代要求动力电池的能量密度更高,快充性能更好以及安全性更高。(半)固态电池是提高电池能量密度和安全性,向着小型化和轻量化发展的必然趋势。图表5:固体电解质的发展示意图表6:锂电池的发展路径资料来源:《硫化物固体电解质的研究进展》(许阳阳等,2016)、华泰研究资料来源:《全固态锂电池技术的研究现状与展望》(许晓雄等,2013)、华泰研究固态电解质不可燃,具有一定机械强度,电池安全性更好。在新能源汽车销量逐年增长的同时,安全事故也在不断增加,其中,电池自燃占比事故原因的31%。主要是由于锂电池发生内外部短路后,短时间内释放出大量热量,导致热失控。采用有机电解液的传统锂电池,因过度充电、内部微短路等异常时电解液发热、分解、胀气,会产生严重安全隐患。相较之下,固态电解质不可燃、耐高温、无腐蚀、不挥发、不存在漏液问题,半固态电解质中液体电解质含量少(~10wt.%),可燃性大大降低,可以从根本上减少安全问题。图表7:电池热失控资料来源:《Solid-statelithiumbatteries:Safetyandprospects》(YongGuo等,2022)、华泰研究免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分,请务必一起阅读。5电力设备与新能源固态电解质兼容高容量正负极材料,高能量密度发展潜力较大。1)正极:固态电解质具有更宽的电化学窗口,更易搭载高电压正极材料。目前三元材料可以充电到4.35V,若匹配更高电压,液态电解液会被氧化,正极表面会发生不可逆相变。而固态电解质电化学窗口可以达到5V,适用于高电压型电极材料。2)负极:兼容金属锂负极,提升能量密度上限。金属锂负极具备高容量与高电压的特性,但在应用于液态电池存在一系列技术问题。固态电解质可将正负极材料隔离开,不会产生类似液态锂电池里锂枝晶刺破隔膜的短路效应,对于锂金属负极拥有更好的兼容性。3)内部串联:全固态电池可实现内部串联,具备更高的成组效率。由于采用液态电解质并考虑安全性,传统液态锂电池电芯成组主要通过外部串联构成模组。全固态电池则可实现电芯内部串联,且不需要焊接集流体,在极片、电芯、成组各个阶段,均能够提升体积比能量密度。图表8:高重量比能量密度的电池演化路径图表9:高体积比能量密度的电池演化路径资料来源:《Batterieswithhightheoreticalenergydensities》(WenzhuoCao等,2020)华泰研究、资料来源:《Batterieswithhightheoreticalenergydensities》(WenzhuoCao等,2020)、华泰研究固态电池还具有快充、循环寿命长、工作温度范围广的优点。中国电动汽车基础设施促进联盟的调查数据显示,高达87.9%的用户充电时,选择120kW及以上的大功率充电设施,而60kW以下的充电设施用户选择率仅为1.6%。固态电池快充时不会出现较大浓度梯度,充电速率快,可以满足电动车对快充的需求。且固态电池的循环性能好,理想状况下可达45000次,应用范围广,安全使用温度范围为-25℃-60℃+。图表10:液态锂电池与固态锂电池性能对比:固态电池综合性能更优越液态电解质电池固态电解质电池安全性指标锂枝晶生长快慢且难刺透可燃性强弱热稳定性弱(隔膜,极限160℃)强(耐热400℃-1800℃)性能指标电压平台低高理论比容量低(石墨负极)高(硅碳负极、金属锂负极)还原电势能量密度相对较低高(>300Wh/kg)快充性能一般较好,但需解决固固界面接触问题高低温性能低温性能较好高温性能较好资料来源:《Solid-statelithiumbatteries:Safetyandprospects》(YongGuo等,2022)、《全固态锂离子电池关键材料研究进展》(李杨等,2016)、华泰研究免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分,请务必一起阅读。6电力设备与新能源技术路线:固液混合向全固态渐进式发展,多路线并行固态电池技术路径从固液混合电池向全固态电池渐进发展。现阶段固态电池体系包含部分液态电解质以取长补短。而技术发展过程中将逐渐减少液体,从混合固液电池最终迈向无液体的全固态电池:1)固液混合是固态和液态的结合。市场上存在的半固态电池、固液混合电池、准固态电池、果冻电池、凝聚态电池(凝胶电解质)均属于固液混合电池。相对现有电池体系,固液混合电池主要变化在于电芯中液体含量的减少,其液体质量占比下降至~10%,通过在固态电池中增加液体界面改性剂,改善全固态电池界面接触难题,液体电解液吸附固定于电池材料空隙中,不容易流动、参与副反应。2)全固态电池中不存在液体组分。三大体系各有优劣,全固态锂电池短期内难以得到规模化推广聚合物、氧化物、硫化物是目前固态电池三大类固体电解质。这三类固态电解质仍存在技术分歧,三大体系各有优势:1)聚合物固态电解质率先实现应用,但存在电导率低、能量密度低的致命问题;2)氧化物固态电解质综合性能好,LiPON薄膜型全固态电池已小批量生产,非薄膜型已尝试打开消费电子市场,但成本过高;3)硫化物固态电解质电导率最高,研究难度最高,开发潜力较大,如何保持高稳定性是一大难题。图表11:三种固态电解质实物及性能对比氧化物电解质硫化物电解质聚合物电解质示意图材料1)晶态:石榴石型Li3+xA3B2O12固态电解质(如LLZO),钙钛矿型Li3xLa2/3-xTiO3固态电解质,NASICON型Li1+xAlxTi2-x(PO4)3和Li1+xAlxGe2-x(PO4)3固态电解质等;2)玻璃态:反钙钛矿型Li3-2xMxHalO固态电解质和LiPON薄膜固态电解质1)晶态:thio-LISICON型(如Li3.25Ge0.25P0.7S4),Li-argyrodite型(如Li6PS5X(X=Cl,Br,I)),LGPS型(如Li10GeP2S12);2)玻璃态:Li2S-SiS2,Li2S-P2S5-LiI,Li2S-SiS2-LiI等;3)玻璃陶瓷:Li7P3S11,80Li2S-20P2S5聚氧化乙烯(PEO)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚丙烯腈(PAN)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP)等性能资料来源:《全固态锂电池关键材料——固态电解质研究进展》(陈龙等,2018)、《硫化物全固态电池的研究及应用》(张卓然和魏冰歆,2021)、《Li+电池固态聚合物电解质研究进展》(陈立坤等,2020)、华泰研究聚合物电解质:柔韧性好易加工,可通过交联、共混、接枝、添加增塑剂来提高电导率。聚合物电解质主要采用的聚合物基底有PEO、PAN、PVDF、PA、PEC、PPC等,主要采用的锂盐有LiPF6、LiFSI、LiTFSI等。聚合物电解质制备简单,柔韧性好,加工性强,可用于柔性电子产品或非常规形状的电池,与正负极物理接触好,且工艺和现有的锂电池比较接近,易通过现有设备的改造实现在电池中的量产使用。但是聚合物电解质的室温离子电导率普遍很低(<10-6S/cm),最常见的PEO基聚合物电解质还存在氧化稳定性差,只能用于LFP正极的问题。通过多种聚合物交联、共混、接枝,或添加少量增塑剂可以提高聚合物电解质的室温电导率,原位固化可以将聚合物电解质与正负极的物理接触提升到液态电池的水平,非对称电解质的设计可以扩宽聚合物电解质的电化学窗口。免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分,请务必一起阅读。7电力设备与新能源图表12:聚合物电解质的发展与挑战资料来源:《Polymer-BasedSolidElectrolytes:MaterialSelection,Design,andApplication》(GuanXi等,2021)、华泰研究氧化物电解质:机械强度高、热稳定性和空气稳定性好、电化学窗口宽。氧化物电解质可以分为晶态和非晶态,常见的晶态氧化物电解质有钙钛矿型、LISICON型、NASICON型和石榴石型。氧化物电解质耐受高电压,分解温度高,机械强度好,但是室温离子电导率较低(<10-4S/cm),和正负极固固界面接触差,且通常厚度较厚(>200μm),大大降低电池的体积能量密度。通过元素掺杂、晶界改性,氧化物电解质的室温电导率可以提高至10-3S/cm量级。控制晶体体积和增加聚合物涂层可以改善氧化物电解质与正负极的界面接触。通过溶液/浆料涂覆法可制成超薄固态电解质膜。图表13:氧化物电解质改性策略资料来源:《Challenges,fabricationsandhorizonsofoxidesolidelectrolytesforsolid-statelithiumbatteries》(RanWei等,2021)、华泰研究硫化物电解质:室温电导率高,延展性好,可以通过掺杂、包覆提高稳定性。硫化物电解质目前主要有玻璃、玻璃陶瓷和晶体三种形态。硫化物电解质室温电导率高,可以做到接近液态电解质(10-4-10-2S/cm),且硬度适中、界面物理接触好、机械性能良好,是固态电池重要的备选材料。但是,硫化物电解质的电化学窗口窄,与正负极的界面稳定性较差,且对水分非常敏感,与空气中的微量水即可发生反应,释放有毒的硫化氢气体,生产、运输、加工对环境要求很高。掺杂、包覆等改性手段可以稳定硫化物和正负极界面,使其适配于各类正负极材料,乃至应用在锂硫电池中。免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分,请务必一起阅读。8电力设备与新能源图表14:硫化物电解质发展历程资料来源:《All-solid-statelithiumbatteriesenabledbysulfideelectrolytes:fromfundamentalresearchtopracticalengineeringdesign》(ChanghongWang等,2021)、华泰研究固液混合电池电解质路线已形成初步共识。1)固液混合电池主要采用氧化物与聚合物复合电解质,已有量产。聚合物体系可卷对卷生产,量产能力最好,但离子导电率最低;而氧化物体系相对来说离子电导率更高,但更“脆”,两者结合正好优势互补。固液混合电池用氧化物和聚合物复合电解质已经开始步入量产阶段。2)全固态路线中硫化物具有较大潜力。硫化物固态电解质开发处于早期,电导率最高;但是生产环境控制十分苛刻,需隔绝水分与氧气:对空气敏感,容易氧化,遇水易产生H2S等有害气体。图表15:LLZTO/PEO复合电解质导电机理示意图资料来源:《固态电池研究进展》(李杨等,2019)、华泰研究受制于工艺和成本,全固态电池仍处技术研发至产业化过渡期半固态电池向全固态电池过渡的阶段中存在一系列科学难题未解。半固态电池主要是基于现有的电化学体系在工艺上做升级,各大电池厂升级的难度和成本相对不大,对正极、负极、设备影响较小。但是全固态电池仍存在众多科学问题尚未解决,目前限制全固态电池发展的核心问题主要有:固态电解质的离子电导率低、固-固界面的接触稳定性、空间电荷层、颗粒间体积效应、金属锂负极应用困难、成本较高等,诸多科学问题在全球范围内仍处于待解状态。免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分,请务必一起阅读。9电力设备与新能源1)界面问题:固态电解质拥有高界面阻抗。传统液/固接触,界面润湿性良好,不会产生大的阻抗,相比较之下,固态电解质与正负极之间以固/固界面方式接触,接触面积小,与极片的接触紧密性较差,界面阻抗较高,锂离子在界面之间的传输受阻。2)金属锂负极应用于全固态电池仍存在技术难点。金属锂负极面临电化学充放电过程中的枝晶生长及孔洞产生问题。不同于石墨负极的锂离子嵌入/脱出反应,金属锂负极通过沉积/剥离反应发挥容量,没有支撑主体的金属锂负极在电化学过程中体积变化较大,易出现不均匀沉积,生成锂枝晶。此外,金属锂剥离过程中,如果从界面剥离金属锂的速度快于其补充速度,将会在界面处产生孔洞,甚至导致固态电解质与金属锂负极由面接触转变为点接触,造成界面阻抗的急剧增大。图表16:固态电池和液态电池界面接触问题图表17:全固态金属锂负极界面问题资料来源:《RoleofInterfacesinSolid-StateBatteries》(XiangMiao等,2022),华泰研究资料来源:《全固态金属锂电池负极界面问题及解决策略》(余启鹏等,2020)、华泰研究3)源于制备工艺差异,固态电池成本高聚合物电解质:电池制造工艺发展较早,较为成熟。聚合物电解质层可通过干法或湿法制备,电芯组装通过电极和电解质间的卷对卷复合实现,干法和湿法都非常成熟,易于制造大电芯,与现有的液态电池的制备方式最为接近。1993年美国Bellcore就最先宣布了采用PVDF凝胶电解质制造成的聚合物电池,并于1996年公布了完整的聚合物电池的规模化生产技术。图表18:聚合物-锂离子充电电池制造工艺资料来源:《聚合物-锂离子充电电池》(佚名,1998)、华泰研究氧化物电解质:电池制备工艺不同于现有液态电池。以德国RWTHPEM制备工艺为例,1)分别将正极材料和电解质材料加入球磨机中研磨;2)使用高频溅射法,将固态电解质溅射到正极材料表面;3)将复合好的正极-电解质材料进行高温烧结;4)通过电子束蒸发法将负极分布到电解质材料上。该方法挑战之一在于电子束蒸镀法耗时较长且负载的金属锂负极易剥落。免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分,请务必一起阅读。10电力设备与新能源图表19:氧化物固态电池制备流程资料来源:RWTHAachen、华泰研究硫化物电解质:电池制备对环境要求高。硫化物电解质电导率较高且较为柔软,可以采用涂布法生产,其生产工艺与现有的液态电池生产工艺没有很大的差异,但为了改善电池的界面接触,通常需要在涂布后进行多次热压以及添加缓冲层来改善界面接触。硫化物电解质对于水分非常敏感,与空气中的微量水也会发生反应生成有毒气体硫化氢,所以对电池制造的环境要求很高。图表20:硫化物固态电池制备流程资料来源:《All-solid-statelithium-ionandlithiummetalbatteries-pavingthewaytolarge-scaleproduction》(Schnell等,2018)、华泰研究聚合物固态电池:聚合物固态电解质以采用聚合物PEO、锂盐LiTFSI为例。由于电化学窗口限制,聚合物电解质固态电池正极使用LFP正极材料,负极使用金属锂,能量密度为300Wh/kg。我们预计只考虑材料,聚合物固态电池的成本约为0.46元/Wh。考虑到聚合物电解质电池的制造工艺与传统液态电池类似,我们假设直接材料费用约占电池制造费用的80%,则聚合物固态电池的总成本约为0.58元/Wh。免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分,请务必一起阅读。11电力设备与新能源氧化物固态电池:氧化物电解质以LLZO为例,使用高镍正极和金属锂负极,单体电池能量密度可达350Wh/kg。我们预计只考虑材料,氧化物固态电池的成本约为0.92元/Wh。考虑到氧化物固态电解质对空气稳定,我们假设直接材料费用约占电池制造费用的75%,则氧化物固态电池的总成本约为1.23元/Wh。硫化物固态电池:LiS是制备硫化物电解质的主要原材料,以LPS硫化物电解质为例,考虑到硫化物电解质固态电池可以使用高镍正极和硅碳负极,单体电池能量密度可达350Wh/kg,我们预计只考虑材料,硫化物固态电池的成本约为0.94元/Wh。考虑到硫化物电解质空气敏感,对工艺要求更高,我们假设直接材料费用约占电池制造费用的70%,则硫化物固态电池的总成本约为1.34元/Wh。图表21:固态电池成本拆分(材料价格参考2023年4月20日数据)聚合物电解质氧化物电解质硫化物电解质材料单价(万元/吨)材料单价(万元/吨)材料单价(万元/吨)电解质-PEO+LiTFSl13电解质-LLZO60电解质-Li2S+P2S580正极-LFP7正极-高镍三元25正极-高镍25负极-金属锂185负极-金属锂185负极-硅碳负极15(元/Wh)材料成本0.460.920.94总成本(不含税)0.581.231.34资料来源:Wind、华泰研究图表22:不同环节的材料和加工成本资料来源:《SolidversusLiquid—ABottom-UpCalculationModeltoAnalyzetheManufacturingCostofFutureHigh-EnergyBatteries》(Joscha等,2020)、华泰研究免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分,请务必一起阅读。12电力设备与新能源市场空间:固液混合电池2030年全球市场空间或超3000亿元受政策+需求端驱动,全球市场大力发展中各国大力发展固态电池,多项文件明确指出要发展固态锂电池技术。鉴于(半)固态电池的优异潜能,很多国家都在大力支持发展(半)固态电池。在我国,2020年11月,国务院办公厅印发《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》,明确要求加快固态动力电池技术的研发和产业化。2022年6月1日,国家发改委等九部门联合印发了《“十四五”可再生能源发展规划》,明确指出要研发固态锂电池技术。2022年8月18日,科技部等九部门印发《科技支撑碳达峰碳中和实施方案(2022-2030年)》,明确指出要研究固态电池等更安全、长寿命、高能量效率的前沿储能技术。图表23:各国固态电池未来发展规划与目标国家性能目标未来发展目标美国2016年发布Battery500计划,计划5年打造能量密度500Wh/kg,循环命1000次的电芯,到2030年,电池包成本降至80$/kWh从三元体系转向低钴、无钴的正极材料和锂金属负极体系发展日本2020年电池包能量密度250wh/kg,成本20000日元/kWh以下,循环次数1000-1500次;2030年电池包能量密度500wh/kg,成本降到10000日元/kWh以下,循环次数1000-1500次从三元体系向全固态电池、锂确电池发展,同时紧抓氢燃料电池德国2019年教研部宣布在未来四年为“电池研究工厂”项目追加5亿欧元投资,实现电池“德国制造”,2030年电芯能量密度400wh/kg,环次数2000次,成本75欧元/kWh全固态电池为主,支持锂离子技术和新概念电池中国2025年动力电池能量密度400Wh/kg,2030年能量密度目标500Wh/kg,液态电解质变为固态电解质着眼于固态电解质,关注正负极材料改变资料来源:中国粉体网、华泰研究图表24:全球固态电池布局资料来源:中科院物理研究所、华泰研究1)聚合物技术路线:企业和机构主要分布在欧洲和美国,在法国已有装车。法国Bolloré旗下的子公司BlueSolutions在2012年就开始建立第一条PEO基聚合物固态电池的生产线,并应用在Bolloré的共享电动汽车BlueCar上,并逐渐扩大应用至电动大巴Bluebus上,后与戴姆勒合作,为大巴eCitaro提供固态电池。该聚合物固态电池循环次数可达3000次,电芯能量密度超过250Wh/kg,但是需要在50-80℃温度区间使用,商业化应用难度较大。美国IonicMaterials、SolidEnergy和Seeo也在聚合物电解质领域有布局。免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分,请务必一起阅读。13电力设备与新能源图表25:BlueSolutionsPEO基聚合物固态电池资料来源:BlueSolutions、华泰研究2)硫化物技术路线:企业和机构主要分布在日韩和美国,丰田预计最早2025年装车。①丰田:2019年宣布与松下合作将固态电池产业化,截至22年3月底已有专利1331项,位居全球首位,其规划2025年前量产固态电池,电量从0%到充满仅需15min,使用30年后仍可保持90%的性能。②日产:与多家单位合作完成了基于硫化物固态电解质的全固态电池1kWh/L级电极的充放电性能实测,电池在25℃下从15%充电到80%仅需15min,并能安全通过针刺测试,公司目标2028年推出全固态电池电动车。③三星SDI:公司预计2023年Q4实现20Ah的试制电芯,目标2027年量产900Wh/L的全固态电池。④LG新能源:公司计划2025-2027年实现全固态电池的商业化。⑤美国SolidPower:已完成其硫化物固态电池自动化生产线安装并启动试生产,并将于2023年向宝马集团交付全尺寸的汽车电池用于测试。该硫化物固态电池采用富硅阳极,能量密度达390Wh/kg,循环寿命超1000次,已完成安装的自动化试生产线每周将生产300个固态电池,年产量约15000个。图表26:丰田全固态电池实现商业化应用的基础技术及其效果资料来源:丰田汽车、华泰研究免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分,请务必一起阅读。14电力设备与新能源3)氧化物技术路线:企业和机构主要分布在中国和美国,中国多为半固态电池。美国QuantumScape与大众合作,其全固态氧化物电池可在15min内充电80%,能量密度380-500Wh/kg,循环800次后仍保持80%的容量,公司预计2024年下半年开始量产。国内的清陶发展采用LLZO和LLTO作为固态电解质材料,2018年建成首条0.1GWh产线,2020年1GWh固态锂电池项目建成投产,已搭载在哪吒U、北汽蓝谷展示车上。卫蓝新能源完成了能量密度300Wh/kg以上高镍三元正极的氧化物半固态电池设计开发,已经给多家整车厂送样测试,成功通过针刺、挤压、过充、短路等滥用试验,循环寿命达到1200次以上。辉能科技采用高镍三元正极+硅氧负极的氧化物半固态电池,公司预期到2025年体积能量密度能够接近900Wh/L。赣锋锂业重庆赣锋20GWh新型锂电池科技产业园项目正在建设中,规划建成国内最大的固态电池生产基地;首批搭载赣锋固态电池的50辆东风E70电动车已完成交付。图表27:搭载赣锋锂电半固态电池的赛力斯纯电SUV将于今年上市资料来源:赣锋锂电、华泰研究海外固态电池多为全固态电池,暂无可靠量产计划。海外车企方面,各主流龙头车企纷纷设定了固态电池相关的发展规划,并开始进行研发布局。大部分头部车企如大众、现代、宝马、丰田、通用都选择投资相应的固态电池公司,联合开展研发。美国的固态电池初创公司较多,发展技术路线比较多样。其中,福特与宝马投资的SolidPower、大众投资的QuantumScape等新晋厂商发展较快。而海外电池厂方面,无论是为了顺应下游车企需求还是行业发展共识的大势所趋,日韩头部电池厂都已给出了明确的商业化时间表,但目前来看,都仍未能进入量产阶段。图表28:海外固态电池商业化时间表公司国家合作方技术路线进展丰田日本-硫化物2014年实验室研发出400Wh/kg,计划2025年左右量产松下日本-硫化物2020年与丰田成立合资公司加大固态电池研发,丰田计划2025年上市搭载全固态电池车辆本田日本--计划2024年春季启动全固态电池示范生产线日产日本--计划2028财年实现全固态电池大规模量产三星SDI韩国-硫化物进入技术验证阶段,2022年3月全固态电池试验线开始建设,计划2027年量产LG新能源韩国-聚合物/硫化物2026年前推出聚合物固态电池,在2030年前推出硫化物电池SKOn韩国-硫化物2025年前,交付三元正极和硅/石墨负极的固态电池,2030年前推出锂金属阳极电池SolidPower美国福特、宝马、现代硫化物2021交付2Ah的全固态电池,能量密度达到320Wh/kg。现推出能量密度350Wh/kg的硫化物全固态电池,计划2025年量产QuantumScape美国大众、上汽氧化物2020年研发出能量密度超过400wh/kg的全固态电池,是以氧化物和锂金属为主要的技术路线,2024年建立1GWh试生产线,计划2025量产FactorialEnergy美国现代、起亚、奔驰、Stellantis高压牵引固态电池计划2026年量产24M美国大众半固态2019年3月首次交付高能量密度半固态锂电池。计划在挪威建设一座年产32GWh的工厂资料来源:各公司公告、各公司官网、华泰研究免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分,请务必一起阅读。15电力设备与新能源国内参与者以固液混合路线为主,研发团队、商业化落地及与车企合作是核心。国内以氧化物和聚合物复合的固液混合(半固态)路线为主,搭载清陶能源半固态电池的北汽商用车已下线、东风E70已交付,孚能科技半固态电池已实现量产装车,2023年搭载半固态电池的蔚来ET7、赛力斯-SERES-5将上市推出。图表29:国内固态电池产业化进展公司技术路线合作车企进展卫蓝新能源氧化物蔚来搭载150kWh半固态电池的ET7车型将于23年上半年推出,能量密度360Wh/kg清陶能源氧化物上汽合作研发的1000公里以上长续航里程固态动力电池将于23年率先应用于上汽自主品牌新款车型北汽22年11月清陶能源与北汽福田联合开发的首套量产商用车固态电池系统已完成调试、正式下线赣锋锂业氧化物东风汽车22年1月由东风汽车与赣锋锂业合作开发的首批50辆东风风神E70完成交付,开始进行示范运营赛力斯搭载赣锋锂电三元固液混合锂离子电池的纯电动SUV赛力斯-SERES-5计划于23年上市辉能科技氧化物奔驰22年1月与奔驰签订技术合作协议,共同开发用于电动汽车的固态电池,计划未来几年推出固态电池车型宁德时代氧化物+聚合物23年4月发布凝聚态电池,公司预计23年具备量产能力硫化物已申请相关专利,技术路线以硫化物固体电解质为主,研发中比亚迪氧化物、硫化物两种技术路线均已完成生产,可进行装车试验国轩高科高合汽车22年5月发布的360Wh/kg的半固态电池预计23年批量交付,400Wh/kg的固态电池在公司实验室已有原型样品孚能科技远期硫化物固态电池研发分为四代,分阶段实现产品产业化,22年12月公司已有半固态产品实现量产装车蜂巢能源硫化物成功研发出国内首批20Ah级硫系全固态原型电芯,能量密度350-400Wh/kg太蓝新能源氧化物22年10月建成的国内首条半固态电池生产线23年7月该生产线即可达到满产状态正业科技聚合物与深圳市超壹新能源科技有限公司合作研发大功率大尺寸半固态聚合物锂电池资料来源:各公司公告、各公司官网、华泰研究军工和消费电子电池领域,我国固态电池已有小部分应用。2013年中国兵器工业集团特能集团公司锂离子动力电池研发产业基地项目第一条试制线顺利投产,该基地建成后将形成高能量密度聚合物锂离子电池1015万只的生产能力。台湾辉能科技公司量产的非薄膜型固态电池已应用在消费电子中,产品采用软性电路板为基材,且电池可以随意折叠弯曲,2014年与手机厂商HTC合作生产了一款能给手机充电的手机保护皮套,产品在可穿戴设备等领域也有应用。卫蓝新能源公司研发的固态电池产品已经使用在无人机上。赣锋锂业旗下消费类设备电池也多有搭载固态技术及产品。图表30:辉能科技FLCB、PLCB已运用于消费电子资料来源:辉能科技公司官网、华泰研究动力电池领域,国内目前还处于从液态电池向全固态电池过渡的半固态电池的阶段,半固态电池的装车早于国外。尽管日、韩、欧、美在全固态电池方面研发和产业布局较早,中国因选择混合固液电池的过渡方式而有望率先实现固态电池的规模量产。因为存在硫化物专利壁垒,大部分公司选择氧化物路线。国轩高科半固态电芯能量密度可达360Wh/kg,续航里程达1000公里,且通过严格的针刺测试和高于国标的热箱测试。孚能科技第一代半固态电池已装样送给整车厂客户,反馈良好。赣锋锂业的半固态电池已经在东风风神E70实现装车运行。蔚来汽车已有采用高镍正极和预锂化硅碳负极的半固态电池装车,单体能量密度可达360Wh/kg,续航超过1000km,公司预计150kWh固态电池包2023年暑期上线。免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分,请务必一起阅读。16电力设备与新能源图表31:蔚来150kWh固态电池资料来源:蔚来、华泰研究国内固态电池也已经开始进入储能领域。2019年1月,中国电力科学研究院有限公司储能与电工新技术研究所固态高安全储能电池团队研制出固态高安全储能锂电池,解决了电池起火问题,已开始生产,将应用于兆瓦时级储能集装箱示范工程。固态电池市场空间:全球2030年将逾3000亿元2030年全球固态电池市场空间或超3000亿元。业内普遍认为全固态电池的规模化量产需要5-10年,在此之前,固液混合电池的渐进式路线更符合技术发展规律,是过渡路线。固液混合电池可以在维持较高的能量密度同时实现快充需求;另一方面固液混合电池的安全属性能够带来车型溢价,因此在一定溢价情况下有望被市场接受,可以在新能源汽车、消费电子、航空航天等领域得到应用。我们假设2025年/2030年固态电池在动力电池、消费电池、其他电池中的渗透率分别达3%/10%、5%/20%、2%/3%,对应全球市场空间有望达到439/3634亿元。图表32:固态电池市场空间预测2023E2024E2025E2026E2027E2028E2029E2030E动力电池动力电池装机量(GWh)7711075146518802348281133463971YoY49%40%36%28%25%20%19%19%固态电池渗透率1.0%2.0%2.5%3.6%5.1%7.1%9.2%10.3%固态电池需求(GWh)7.721.536.666.8119.2199.9306.8407.1消费电池消费电池装机量(GWh)140156175194211230249270YoY9%12%12%10%9%9%9%8%固态电池渗透率1.0%3.0%5.0%10.0%15.0%20.0%20.0%20.0%固态电池需求(GWh)1.44.78.819.431.746.049.954.0其他电池其他电池装机量(GWh)144262416620848110814291805YoY116%81%59%49%37%31%29%26%固态电池渗透率0.1%1.0%1.5%1.8%2.1%2.5%2.8%3.1%固态电池需求(GWh)0.12.66.211.318.227.440.056.6固态电池总需求(GWh)9.228.851.697.4169.1273.3396.7517.7单价(元/Wh)0.900.850.850.800.800.700.700.70固态电池总市场空间(亿元)82.6244.8438.8780.21354.21917.52785.43633.7资料来源:华泰研究预测免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分,请务必一起阅读。17电力设备与新能源产业链:工艺路线显著简化,同时带来材料及工艺创新固态电池产业链主要变化在中游电解质和负极材料。与液态锂电池大致相似,区别在于中上游的负极材料和电解质不同,若发展至全固态电池,隔膜可能也完全被替换。图表33:固态电池产业链资料来源:华泰研究固液混合电池是系统性创新,技术壁垒高,液态电池企业跟随复制难度大。固态/半固态电池开发、制备工艺挑战大,不仅涉及材料创新同时也涉及到生产工艺革新:1)电解质膜:有涂覆、压实等多种技术路线,需要基膜、固态电解质及电芯企业密切配合开发,目前业内没有对外供应的企业;2)负极:硅碳、金属锂基负极是高比能电池必选,产业化应用尚不成熟,技术门槛高;3)正极:高镍三元材料已可批量生产,但固态电解质纳米化包覆还存在较多技术壁垒;4)辅材:电芯制备还需要大量的导电添加剂、粘结剂、分散剂等辅材,选材及用量都需要进行大量的实验摸索才能确定,knowhow较多;5)集流体:可以实现内部串联,涉及到双面集流体的工艺,但是卷对卷工艺和电池组装工艺没有太大变化;6)生产工艺:干法电极、切叠一体是新方向。图表34:半固态和固态电池与当前锂电生产工艺流程差异资料来源:华泰研究免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分,请务必一起阅读。18电力设备与新能源电解质:核心变化为电解质,具备制作工艺的公司及上游原材料厂商将有新增需求。产业端电解质主要分为氧化物体系和硫化物体系,氧化物路线产业化较快,硫化物进展较慢,如进展相对领先的丰田预计2025年才有批量化硫化物全固态电池的制备能力。主要固态电解质生产企业包括上海洗霸、多氟多等;原材料端,氧化物电解质锂镧锆氧(LLZO)、锂镧钛氧(LLTO)的使用会新增对于锆元素的需求,对应企业包括东方锆业等。图表35:主要电解质及原料厂商产品企业进展锆原料东方锆业锆产品在固态电池上的应用仍处于试验阶段,需要3-5年才有投入生产计划,公司已提供锆产品样品供下游厂家研发电解质上海洗霸拟定增建50吨/年固态锂离子电池粉体材料产线,产品在电池厂测试与验证中电解质多氟多拥有半固态电解质技术储备,己研发用于固态电池的全氟磺酸质子交换膜资料来源:各公司官网、各公司公告,华泰研究正负极隔膜:正极沿用现有液态体系,负极变化较大,隔膜或被取消。1)正极:混合固液电解质基本能与现有液态锂电池所用的正极体系(如磷酸铁锂、三元、锰酸锂、钴酸锂等)进行匹配。全固态电解质能够兼容当前的正极材料体系,同时可匹配高电压的正极材料(如富锂锰基等)。2)负极:混合固液电池石墨系、钛酸锂、硅碳系均可适用,但由于仍存在电解液和隔膜,不适用于金属锂负极。全固态电池负极材料上可以采用现有的负极体系并配合预锂化技术提高能量密度,同时金属锂有望成为全固态电池的主流负极材料。3)隔膜:混合固液电池由于电解液的存在,仍需要隔膜,其中基膜基本沿用当前材料体系,固态电池企业会根据自身需求在基膜上涂覆所需材料。全固态电解质体系下,可能会逐步取消使用现有体系下的隔膜。图表36:固态电池/混合固液电池材料体系变化图表37:主要材料厂商及企业材料名称混合固液电池的影响全固态体系下的变化正极材料可延续现有锂电池的正极材料体系兼容性较强,现有体系均能正常使用,可能发展高电压复合电极材料负极材料目前主流的石墨系以及未来的硅基负极均可适用,不适用金属锂负极现有负极材料可以兼容,同时可根据生产环节逐渐切换至金属锂电解质(液)仍需要少量的有机溶剂,现有体系的EC/DEC/DMC等溶剂仍需要;现有六氟磷酸锂以及新型锂盐等仍有需要液态溶剂将被取代,聚合物全固态体系下新型锂盐发展空间较大隔膜仍需要隔膜隔绝正负极防止短路,常采用固态电解质包覆隔膜不需要隔膜,现有体系将逐步被取代主要环节技术路线主要公司正极材料三元(高镍)当升科技、巴莫科技、振华新材、长远锂科磷酸铁锂湖南裕能负极材料硅碳负极贝特瑞、璞泰来、杉杉、天目先导锂金属负极SES、浙江锋锂电解液氧化物固态电解质卫蓝新能源、台湾辉能、清陶能源硫化物固态电解质CATL、三星、丰田聚合物固态电解质珈伟股份、IonicMaterials、Medtronic、BlueSolutions/Bollore隔膜固态电解质涂覆隔膜恩捷股份、璞泰来资料来源:卫蓝新能源、华泰研究资料来源:各公司官网、华泰研究设备工艺:混合固液兼容度高,全固态涉及干法电极技术。1)全固态电池中,湿法工艺较传统方式变化较小,也有干电极技术等新工艺涌现。全固态锂电池的生产设备虽然与传统液态电池生产设备有一定差别,但并不存在革命性创新,约80%的设备可以沿用,只是需要在环境要求更高的干燥间内进行生产。采用湿法工艺时,液态锂离子电池中广泛使用的高速挤压涂布或喷涂技术可以借鉴。此外,也出现了一些新工艺,如干电极技术,不使用溶剂,直接将少量粘合剂、导电剂和正极/负极粉末粘合,通过挤出机形成薄的电极材料带,再将电极材料带层压到金属箔集流体上形成成品电极。封装上,全固态电池采用软包工艺,使用叠片+热封。2)混合固液电池工艺与传统液态电池兼容度较高,各家企业主要区别在于电解质加入方式。各家制备混合固液电池工艺与传统液态电池略有不同,仅在前段极片/中段注液/后段化成分容环节有所不同,大部分生产设备均可通用。免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分,请务必一起阅读。19电力设备与新能源图表38:干法电极技术图表39:主要设备工艺及相关公司工艺/设备主要公司干法电极Maxwell、烯晶碳能涂布设备先导智能、赢合科技、科恒股份和璞泰来注液机先导智能、超业精密、赢合科技、誊辰自动化、鸿宝科技、铂钠特斯、精朗自动化叠片机先导智能、赢合科技、科瑞技术、格林晟、吉阳科技、超业精密、超源精密化成/分容先导智能、赢合科技、北方华创、杭可科技、星云股份封装设备阿李股份、吉阳科技资料来源:卫蓝新能源、华泰研究资料来源:各公司官网、华泰研究封装方式:软包目前被认为是固态电池适配的封装方式。固液混合电池封装与液态锂电类似。为突破能量密度上限,业界纷纷在电池结构上创新,本质是利用电芯外壳的支撑作用,减少模组结构件使用,提升电池包的能量密度。软包外壳缺乏支撑作用,精简模组难度较大,因此短期来看在液态电池的应用上,方形和圆柱电池更能适应结构上的创新。固液混合电池在电池结构和封装模式上跟液态电池相似。国内固态电解质以氧化物路线为主,电解质的柔韧性较差,预计固态电池主要采用叠片工艺。软包封装的能量密度更高,且有较为丰富的胶状物质封装,是有望率先搭载固态电池的封装形式。采用软包形式对电池进行封装,可以提高电池安全性、能量密度并减轻重量。图表40:三种主流电池封装技术方形电池圆柱电池软包电池技术优势安全性高;系统能量效率高,能量密度较高;结构较简单,稳定性好,扩容相对方便成组灵活度高;工艺技术成熟,产线高度标准化;成本较低尺寸变化灵活度高,重量轻;能量密度高;内阻小,安全性好技术劣势工艺难统一,单体差异性较大在大规模应用中,存在系统寿命远低于单体寿命的问题成组后散热设计难度大;单体容量小,能量密度较低机械强度差,封口工艺难;成组结构复杂,设计难度大;成本较高代表企业宁德时代、比亚迪、三星松下、LGLG、SK资料来源:华泰研究固态/固液混合电池是未来高能量密度以及实现良好快充性能的潜力较大的路线,固态电池一旦能实现商业化将带来产业颠覆性变革。固态电池上游主要差异在电解质材料的创新以及设备工艺的革新,重点关注氧化物电解质/硫化物电解质以及涂布挤压设备;中游领域,电芯电化学设计区别于液态锂电产品,需要建立独立的开发体系和设计能力,门槛高。电芯、模组、PACK的生产制造环节具备一定壁垒,关注锂电巨头以及深耕固态电池领域的领先者。免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分,请务必一起阅读。20电力设备与新能源图表41:本文涉及公司及代码公司名称公司代码公司名称公司代码LG新能源LGCHEM恩捷股份002812CH三星SDI006400KS先导智能300450CH松下6752JP赢合科技300457CH日产7201JP科恒股份300340CH大众YLKAIoGM科瑞技术002957CH现代005380KS北方华创002371CH宝马BMWGY杭可科技688006CH丰田7203JP星云股份300648CHSolidPowerSLDPUSBellcore-QuantumScapeQSUSIonicMaterials-通用GMUSSolidEnergy-福特FUSSeeo-SESSESUS清陶新能源-蔚来NIOSP卫蓝新能源-赣锋锂业002460CH辉能科技-宁德时代300750CH巴莫科技-国轩高科002074CH天目先导-正业科技300410CHMedtronic-东方锆业002167CHMaxwell-上海洗霸603200CH烯晶碳能-多氟多002407CH超业精密-当升科技300073CH誊辰自动化-振华新材688707CH鸿宝科技-长远锂科688779CH铂钠特斯-湖南裕能301358CH精朗自动化-贝特瑞835185CH格林晟-璞泰来603659CH超源精密-杉杉股份600884CH阿李股份-太蓝新能源-蜂巢能源-珈伟股份300317CH吉阳科技-资料来源:Bloomberg,华泰研究风险提示新能源汽车销量不及预期。新能源车不仅受政策影响,需求端消费者偏好以及相关车型的推出进度也会影响。固态电池一大重要应用领域为新能源汽车,存在下游新能源汽车需求增速放缓的风险。固态电池产业化进度不及预期。固态电池技术仍有较高的技术和工艺难点,固液混合电池产品性能尚不完美。技术路线革新风险。新能源汽车动力电池还处于技术快速迭代阶段,主流技术路线可能不断发生变化,如果技术路线变化或下游客户产品结构调整,将导致固态电池应用减少。免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分,请务必一起阅读。21电力设备与新能源免责声明分析师声明本人,申建国、边文姣,兹证明本报告所表达的观点准确地反映了分析师对标的证券或发行人的个人意见;彼以往、现在或未来并无就其研究报告所提供的具体建议或所表迖的意见直接或间接收取任何报酬。一般声明及披露本报告由华泰证券股份有限公司(已具备中国证监会批准的证券投资咨询业务资格,以下简称“本公司”)制作。本报告所载资料是仅供接收人的严格保密资料。本报告仅供本公司及其客户和其关联机构使用。本公司不因接收人收到本报告而视其为客户。本报告基于本公司认为可靠的、已公开的信息编制,但本公司及其关联机构(以下统称为“华泰”)对该等信息的准确性及完整性不作任何保证。本报告所载的意见、评估及预测仅反映报告发布当日的观点和判断。在不同时期,华泰可能会发出与本报告所载意见、评估及预测不一致的研究报告。同时,本报告所指的证券或投资标的的价格、价值及投资收入可能会波动。以往表现并不能指引未来,未来回报并不能得到保证,并存在损失本金的可能。华泰不保证本报告所含信息保持在最新状态。华泰对本报告所含信息可在不发出通知的情形下做出修改,投资者应当自行关注相应的更新或修改。本公司不是FINRA的注册会员,其研究分析师亦没有注册为FINRA的研究分析师/不具有FINRA分析师的注册资格。华泰力求报告内容客观、公正,但本报告所载的观点、结论和建议仅供参考,不构成购买或出售所述证券的要约或招揽。该等观点、建议并未考虑到个别投资者的具体投资目的、财务状况以及特定需求,在任何时候均不构成对客户私人投资建议。投资者应当充分考虑自身特定状况,并完整理解和使用本报告内容,不应视本报告为做出投资决策的唯一因素。对依据或者使用本报告所造成的一切后果,华泰及作者均不承担任何法律责任。任何形式的分享证券投资收益或者分担证券投资损失的书面或口头承诺均为无效。除非另行说明,本报告中所引用的关于业绩的数据代表过往表现,过往的业绩表现不应作为日后回报的预示。华泰不承诺也不保证任何预示的回报会得以实现,分析中所做的预测可能是基于相应的假设,任何假设的变化可能会显著影响所预测的回报。华泰及作者在自身所知情的范围内,与本报告所指的证券或投资标的不存在法律禁止的利害关系。在法律许可的情况下,华泰可能会持有报告中提到的公司所发行的证券头寸并进行交易,为该公司提供投资银行、财务顾问或者金融产品等相关服务或向该公司招揽业务。华泰的销售人员、交易人员或其他专业人士可能会依据不同假设和标准、采用不同的分析方法而口头或书面发表与本报告意见及建议不一致的市场评论和/或交易观点。华泰没有将此意见及建议向报告所有接收者进行更新的义务。华泰的资产管理部门、自营部门以及其他投资业务部门可能独立做出与本报告中的意见或建议不一致的投资决策。投资者应当考虑到华泰及/或其相关人员可能存在影响本报告观点客观性的潜在利益冲突。投资者请勿将本报告视为投资或其他决定的唯一信赖依据。有关该方面的具体披露请参照本报告尾部。本报告并非意图发送、发布给在当地法律或监管规则下不允许向其发送、发布的机构或人员,也并非意图发送、发布给因可得到、使用本报告的行为而使华泰违反或受制于当地法律或监管规则的机构或人员。本报告版权仅为本公司所有。未经本公司书面许可,任何机构或个人不得以翻版、复制、发表、引用或再次分发他人(无论整份或部分)等任何形式侵犯本公司版权。如征得本公司同意进行引用、刊发的,需在允许的范围内使用,并需在使用前获取独立的法律意见,以确定该引用、刊发符合当地适用法规的要求,同时注明出处为“华泰证券研究所”,且不得对本报告进行任何有悖原意的引用、删节和修改。本公司保留追究相关责任的权利。所有本报告中使用的商标、服务标记及标记均为本公司的商标、服务标记及标记。中国香港本报告由华泰证券股份有限公司制作,在香港由华泰金融控股(香港)有限公司向符合《证券及期货条例》及其附属法律规定的机构投资者和专业投资者的客户进行分发。华泰金融控股(香港)有限公司受香港证券及期货事务监察委员会监管,是华泰国际金融控股有限公司的全资子公司,后者为华泰证券股份有限公司的全资子公司。在香港获得本报告的人员若有任何有关本报告的问题,请与华泰金融控股(香港)有限公司联系。免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分,请务必一起阅读。22电力设备与新能源香港-重要监管披露•华泰金融控股(香港)有限公司的雇员或其关联人士没有担任本报告中提及的公司或发行人的高级人员。•杭可科技(688006CH)、长远锂科(688779CH):华泰金融控股(香港)有限公司、其子公司和/或其关联公司在本报告发布日担任标的公司证券做市商或者证券流动性提供者。•有关重要的披露信息,请参华泰金融控股(香港)有限公司的网页https://www.htsc.com.hk/stock_disclosure其他信息请参见下方“美国-重要监管披露”。美国在美国本报告由华泰证券(美国)有限公司向符合美国监管规定的机构投资者进行发表与分发。华泰证券(美国)有限公司是美国注册经纪商和美国金融业监管局(FINRA)的注册会员。对于其在美国分发的研究报告,华泰证券(美国)有限公司根据《1934年证券交易法》(修订版)第15a-6条规定以及美国证券交易委员会人员解释,对本研究报告内容负责。华泰证券(美国)有限公司联营公司的分析师不具有美国金融监管(FINRA)分析师的注册资格,可能不属于华泰证券(美国)有限公司的关联人员,因此可能不受FINRA关于分析师与标的公司沟通、公开露面和所持交易证券的限制。华泰证券(美国)有限公司是华泰国际金融控股有限公司的全资子公司,后者为华泰证券股份有限公司的全资子公司。任何直接从华泰证券(美国)有限公司收到此报告并希望就本报告所述任何证券进行交易的人士,应通过华泰证券(美国)有限公司进行交易。美国-重要监管披露•分析师申建国、边文姣本人及相关人士并不担任本报告所提及的标的证券或发行人的高级人员、董事或顾问。分析师及相关人士与本报告所提及的标的证券或发行人并无任何相关财务利益。本披露中所提及的“相关人士”包括FINRA定义下分析师的家庭成员。分析师根据华泰证券的整体收入和盈利能力获得薪酬,包括源自公司投资银行业务的收入。•国轩高科(002074CH):华泰证券股份有限公司、其子公司和/或其联营公司在本报告发布日之前的12个月内担任了标的证券公开发行或144A条款发行的经办人或联席经办人。•杉杉股份(600884CH)、国轩高科(002074CH):华泰证券股份有限公司、其子公司和/或其联营公司在本报告发布日之前12个月内曾向标的公司提供投资银行服务并收取报酬。•国轩高科(002074CH):华泰证券股份有限公司、其子公司和/或其联营公司预计在本报告发布日之后3个月内将向标的公司收取或寻求投资银行服务报酬。•杭可科技(688006CH)、长远锂科(688779CH):华泰证券股份有限公司、其子公司和/或其联营公司在本报告发布日担任标的公司证券做市商或者证券流动性提供者。•华泰证券股份有限公司、其子公司和/或其联营公司,及/或不时会以自身或代理形式向客户出售及购买华泰证券研究所覆盖公司的证券/衍生工具,包括股票及债券(包括衍生品)华泰证券研究所覆盖公司的证券/衍生工具,包括股票及债券(包括衍生品)。•华泰证券股份有限公司、其子公司和/或其联营公司,及/或其高级管理层、董事和雇员可能会持有本报告中所提到的任何证券(或任何相关投资)头寸,并可能不时进行增持或减持该证券(或投资)。因此,投资者应该意识到可能存在利益冲突。评级说明投资评级基于分析师对报告发布日后6至12个月内行业或公司回报潜力(含此期间的股息回报)相对基准表现的预期(A股市场基准为沪深300指数,香港市场基准为恒生指数,美国市场基准为标普500指数),具体如下:行业评级增持:预计行业股票指数超越基准中性:预计行业股票指数基本与基准持平减持:预计行业股票指数明显弱于基准公司评级买入:预计股价超越基准15%以上增持:预计股价超越基准5%~15%持有:预计股价相对基准波动在-15%~5%之间卖出:预计股价弱于基准15%以上暂停评级:已暂停评级、目标价及预测,以遵守适用法规及/或公司政策无评级:股票不在常规研究覆盖范围内。投资者不应期待华泰提供该等证券及/或公司相关的持续或补充信息免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分,请务必一起阅读。23电力设备与新能源法律实体披露中国:华泰证券股份有限公司具有中国证监会核准的“证券投资咨询”业务资格,经营许可证编号为:91320000704041011J香港:华泰金融控股(香港)有限公司具有香港证监会核准的“就证券提供意见”业务资格,经营许可证编号为:AOK809美国:华泰证券(美国)有限公司为美国金融业监管局(FINRA)成员,具有在美国开展经纪交易商业务的资格,经营业务许可编号为:CRD#:298809/SEC#:8-70231华泰证券股份有限公司南京北京南京市建邺区江东中路228号华泰证券广场1号楼/邮政编码:210019北京市西城区太平桥大街丰盛胡同28号太平洋保险大厦A座18层/邮政编码:100032电话:862583389999/传真:862583387521电话:861063211166/传真:861063211275电子邮件:ht-rd@htsc.com电子邮件:ht-rd@htsc.com深圳上海深圳市福田区益田路5999号基金大厦10楼/邮政编码:518017上海市浦东新区东方路18号保利广场E栋23楼/邮政编码:200120电话:8675582493932/传真:8675582492062电话:862128972098/传真:862128972068电子邮件:ht-rd@htsc.com电子邮件:ht-rd@htsc.com华泰金融控股(香港)有限公司香港中环皇后大道中99号中环中心58楼5808-12室电话:+852-3658-6000/传真:+852-2169-0770电子邮件:research@htsc.comhttp://www.htsc.com.hk华泰证券(美国)有限公司美国纽约公园大道280号21楼东(纽约10017)电话:+212-763-8160/传真:+917-725-9702电子邮件:Huatai@htsc-us.comhttp://www.htsc-us.com©版权所有2023年华泰证券股份有限公司

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