甲子光年：2023新能源電池材料發展概覽報告（49頁）.pdf

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1、出品機構：甲子光年智庫發布時間：2023.5目錄Part 01新能源與新材料P02Part 02HJT電池新材料發展趨勢P06Part 03鈣鈦礦電池新材料發展趨勢P17Part 04鋰離子電池新材料發展趨勢P28Part 05氫燃料電池新材料發展趨勢P41新材料：需要下游行業需求帶動下游應用催生多元化新訴求，新材料發展要求“高景氣產業+高技術壁壘”。p當前，中國面臨著復雜的發展安全問題，同時也處于發展高端制造的戰略機遇期。p發展新材料是成為制造業強國的關鍵，是擺脫關鍵材料與技術瓶頸的重要途徑，也是尋找經濟發展新動力的理想突破口。p新材料的發展需要長時間導入周期和高額前期投入，需要經過“材料開

2、發-產業化-客戶送樣測試-小試-量產”等環節，通常需要10年以上的時間。圖：新材料及相關行業的生命周期短期：受上游原材料價格、價格傳導、產品結構、競爭格局等波動性因素影響更明顯中期：下游需求的景氣度對材料應用的影響更明顯長期：更關注材料本身性能，匹配產業長期對降本增效的要求新材料發展示意圖新能源：發電側與用電/儲能側“雙碳”戰略目標下，新能源領域的新材料應用將迎來長久的高景氣周期。關注“發電+儲能”兩側的新材料應用進展發電側儲能側（部分）實現雙碳目標的過程中，發電量總量逐步提高，同時風電、光伏、核電的占比要穩定提升。當前光伏發電量占比仍然很低，未來三十年發展空間大。58,53112,0206,

3、8674,1782,290火電水電風電核電光伏2022年全國發電量（單位：億千瓦時）儲能電儲能氫儲能熱儲能電化學儲能機械儲能鋰離子電池液流電池鉛蓄電池抽水蓄能壓縮空氣儲能熔鹽儲能氫燃料氫燃料電池86.5%11.8%儲能環節以抽水蓄能為代表的機械儲能仍然是主流。鋰離子電池是電化學儲能的絕對主力，裝機功率占比約為電化學儲能技術的99%。p本次報告在發電側主要關注新型光伏電池片的材料發展，在儲能側主要關注鋰電池與氫燃料電池的材料發展。光伏電池新能源新材料：發展前景評估從價值投資的角度看，在材料性能之外，新材料的評估模型需要綜合多方面評估。p雖然光伏、鋰電、氫燃料電池分屬新能源領域的不同賽道，但他們的

4、投資評估邏輯是相通的。p在性能滿足發展需求的基礎上，再綜合考慮材料的市場規模與格局、商業化上量節點、產業發展周期的變化（比如2023Q1的鋰價）等其他因素。新材料投資發展前景評估模型新材料發展前景評估材料性能市場規模競爭格局商業化節點產業發展周期新材料相比當前主流材料，針對當前該行業的需求痛點，在哪些方面有突破，會帶來哪些好處？對應的材料替代市場規模有多大？未來幾年的增速是什么水平？競爭格局現狀是什么？是小而美的市場，還是需要卷成本卷規模的市場？先發者是否有優勢？不同材料的起量時間不同；中下游對該材料的嘗試驗證意愿/驗證周期不同當前投資是不是好的時間點：整個行業的供需水平？當前時間點是順周期還

5、是逆周期？目錄Part 01新能源與新材料P02Part 02HJT電池新材料發展趨勢P06Part 03鈣鈦礦電池新材料發展趨勢P17Part 04鋰離子電池新材料發展趨勢P28Part 05氫燃料電池新材料發展趨勢P41光伏電池片的分類產業正在逼近晶硅電池片的極限，新型材料應用助力突破轉換率瓶頸。圖：光伏電池的迭代路線-追求更高的光電轉換效率光伏電池晶硅電池薄膜電池多晶硅電池單晶硅電池非晶硅電池化合物電池黑硅多晶PERCP型電池N型電池鈣鈦礦PBSCIGS、CdTETOPConIBCP-PERCHJTHJT/鈣鈦礦疊層TBCHBC 當前主流：現階段光伏產業的PERC電池量產技術成熟，已經大

6、規模流入市場 短期：TOPCon電池得益于與PERC電池類似的產線，已于2023年進入擴產階段 中長期：HJT與鈣鈦礦進入產線投產、量產驗證與試生產周期光伏電池技術迭代方向單結電池組合電池光伏技術迭代路線HJT與鈣鈦礦電池是光伏中長期的技術發展路線，關注相關材料迭代機遇。圖：光伏電池的迭代路線-追求更高的光電轉換效率 量產PERC即將達到理論最高值 TOPCon電池步入量產 HJT與鈣鈦礦電池處于導入期，且二者結合的疊層電池理論轉換效率可達43%，是未來遠期的重點發展方向階段一：BSF鋁背場已經基本被淘汰階段二：PERC電池當前產業主流，量產轉化效率23%，即將達到極限階段三：TOPCon、H

7、JT理論效率能達到27-28%，目前量產達到24.5%，仍有上升空間階段四：HJT+PBS疊層疊層理論效率超43%，當前中試線的效率近30%，潛力可觀2010年2016年2020年2025年2030年組合技術單結晶硅43%27%23%疊層電池的理論極限晶硅電池的量產極限當前主流水平技術演進，降本增效本次報告光伏領域重點關注尚處導入期的：HJT異質結電池 鈣鈦礦電池HJT電池的優勢結合晶硅與非晶硅薄膜優勢，HJT異質結電池將是光伏未來中期的路線選擇。p根據光伏龍頭隆基綠能的公告，其自主研發的HJT電池實驗室已經能夠達到26.81%，通威股份在25.67%，結合更精簡的工藝產線和低能耗，HJT的綜

8、合優勢開始顯現。pHJT工藝不同，生產線與傳統PERC/TOPCon也大不相同，在規模未放量之前，不具備成本優勢。性能比較PERCTOPConHJT理論效率極限24.5%28.2%27.5%量產產品效率23.5%24.5%24.5%工藝成熟度/產線兼容度非常成熟比較成熟，高度復用PERC產線技術爬坡中，需要新建產線主要工序數量9-1212（與PERC類似）4-6（工序很少）電池成本0.84元/W0.91元/W1.08元/W優劣勢比較當前成本最低，但轉換效率難以提升效率提升，但工序復雜，非硅成本高效率高，生產工藝溫度低，但產線設備投資大轉換效率高晶硅薄片化工藝簡單大尺寸低光性能好抗PID性能好圖

9、1：HJT電池的性能優勢 HJT電池預計在2023年進入試生產；HJT電池預計在2024年開始上量，到2030年滲透率預計可達30%以上。圖2：性能優勢將推動HJT的滲透率上升HJT電池結構與成本構成對于采用低溫絲網印刷工藝的HJT而言，硅片與銀漿是材料成本的主要組成部分。p由于HJT電池工藝和結構的不同，是雙面對稱結構，疊加電池制備需要低溫工藝，銀漿的成本要顯著高于傳統P型電池和TOPCon電池。p從降本提效的角度看，如何降低整體硅耗和金屬化過程中的漿料成本，是從材料方面推動HJT晶硅電池規?；闹饕緩?。電極P-layeri-layerN型晶硅基體TCOi-layerP-layerTCO電

10、極清洗制絨非晶硅沉積TCO沉積絲網印刷圖：HJT的制備工藝情況圖：HJT電池片生產成本硅片47%銀漿24%靶材5%折舊6%其他18%組件成本：1.08元/WHJT電池產業發展現狀多家廠商在規劃10GW級別產線，上游的材料廠商也在積極配合。HJT產業鏈HJT薄硅片漿料上游原材料廠商中游電池片廠商024681012141618愛康科技東方日升華晟新能源華潤電力華耀光電海泰新能騰輝光伏明陽智能水發能源國晟能源太一光伏三五互聯金剛光伏國潤能源寶鑫科技隆基綠能賽維能源合計HJT產能規劃：114GW圖：目前國內HJT新建與規劃產能（不完全統計）預計2023年HJT出貨量：15GW下游應用場景高測股份上機數

11、控TCL中環國晟能源國立科技三五互聯金剛光伏蘇州固锝帝科股份聚合材料華晟新能源東方日升光伏電站商用光伏光伏道路廠房屋頂通信基站HJT光伏組件的材料發展方向HJT電池片新材料應當關注“2減1加”。pHJT電池片制備工藝的最大區別在于溫度：因為TCO薄膜等非晶硅導電層的加入，如果燒結溫度大于250，材料會向晶體轉變，使電池失效。p低溫工藝無需顧慮高溫燒結過程導致的硅片翹曲，因此HJT電池也有較大的硅片薄化潛力，為降低成本提供更多可能性。減硅降低硅料用量與成本主要通過硅片薄化實現減銀HJT電池需要低溫制備使用國產低溫銀漿或使用銀包銅粉降本增光吸雜工藝改良封裝膜，TCO薄膜HJT電池片降本增效類目PE

12、RCTOPConHJT工藝過程燒結硼擴燒結溫度85090032%擬建設鈣鈦礦/HJT電池項目規劃2023年完成中試線搭建，產能100MW，目標效率28%鈣鈦礦電池廠商協鑫光電任爍光能10MW全鈣鈦礦研發線已經跑通，預計5年內建設數條GW級產線同時部署光伏幕墻等建筑光伏解決方案10MW全鈣鈦礦研發線已經跑通鈣鈦礦+HJT疊層鈣鈦礦疊層：更便宜的成本目錄Part 01新能源與新材料P02Part 02HJT電池新材料發展趨勢P06Part 03鈣鈦礦電池新材料發展趨勢P17Part 04鋰離子電池新材料發展趨勢P28Part 05氫燃料電池新材料發展趨勢P41新能源汽車與儲能應用為鋰電池長期需求筑

13、基儲能與新能源汽車迸發超級需求，儲能/動力電池前景廣闊。p雖然補貼正在退坡，但得益于續航里程的不斷突破，以及駕乘體驗的穩定進步，新能源汽車的滲透率不斷增長，動力電池裝機量大增。p儲能方面，風力發電與光伏發電的建設如火如荼，總發電量不斷增長，但風光發電因其間歇性、周期性以及隨機性的特點，會對電網整體的安全性和供電穩定性造成威脅，因此需要配備儲能系統，以解決電力的就地存儲，在國家層面提升綠色能源占比。圖1：動力電池與儲能電池裝機量（GWh）圖2：新能源汽車銷量（萬輛）126 121 137 352 689 4%4%5%12%26%0%5%10%15%20%25%30%010020030040050

14、060070080020182019202020212022銷量滲透率56.962.288.5139.520031.332.435.64359.405010015020025020182019202020212022動力電池儲能電池鋰電池仍是未來中長期的主流選擇對比其他常見二次電池，鋰離子電池綜合性能仍具備比較優勢。p相較此前常見的可充電電電池，鋰離子電池有著工作電壓高、能量密度大、循環壽命長、可高功率放電等性能特點。p電池充電時，正極材料中的鋰脫出來，穿過隔膜進入到負極石墨中；電池放電時，鋰離子又從負極石墨中脫出來，穿過隔膜回到正極材料中。p從材料成本上看，當前鋰電池的正極材料占比最高，但隨

15、著2023Q1的碳酸鋰價格下跌，正極材料成本占比有所下降。圖表：鋰離子電池vs其他二次電池圖：鋰電池的工作原理與成本結構鋰電池鉛酸電池鎳鎘電池鎳氫電池工作電壓3.2-3.82.01.21.2能量密度100-2001000300500500優點可快速充電、高功率放電價格低，技術成熟支持快充，價格便宜支持快充，能量密度較高，循環壽命較長缺點價格偏高不可快充，能量密度低，體積大有記憶效應，能量密度低有記憶效應，充放電效率差正極50%負極20%隔膜10%電解液8%其他12%鋰價波動，變化明顯動力電池的技術發展路線材料與化學體系的持續更新迭代，向“高能量密度”與“高性價比”發力。p新能源汽車等下游市場需

16、求的放量增長，對電池的能量密度與量產價格提出了高要求，而若想滿足不斷精進的市場需求，需要電池廠商和上游原材料廠商在材料體系和電池結構等方面做出針對性的革新。p高能量密度代表著未來的發展方向，而高性價比意味著更快的商業化進度。20162017201820192020202120222023202420252030時間能量密度180Wh/kg180-200Wh/kg220-260Wh/kg240-280Wh/kg280-350Wh/kg220-230Wh/kg230-260Wh/kg400Wh/kg中國動力電池技術路線發展圖300-500400-700700續航里程：km高壓三元正極+石墨負極高鎳

17、三元正極+石墨負極高鎳三元正極+硅基負極固態電池高鎳三元/富鋰錳基正極+金屬鋰磷酸鐵鋰正極無鈷材料無磷酸錳鐵鋰追求高能量密度追求高性價比市場需求與鋰電池的發展方向隨著下游應用面不斷開拓，市場對鋰電池不斷提出新的要求。p隨著鋰電在新能源汽車動力電池、風光儲能電池方面的應用不斷加深，多元化的應用場景也對鋰電池的性能提出更高、更多元的需求。p主要體現在鋰電池的能量密度、安全性能、使用壽命/循環次數、高壓快充匹配、材料經濟性等方面。圖：新能源汽車與儲能鋰電池的發展需要新材料的補足成本高昂續航里程短充電時間長安全性不足使用壽命有限現存問題發展方向更具經濟性提升能量密度高壓大電流適配短路過熱保護增加循環次

18、數新材料示例鈉離子電池、復合集流體高鎳三元材料、硅基負極、補鋰劑硅基負極、磷酸錳鐵鋰、單晶三元材料復合銅箔、粘結劑導電炭黑、碳納米管正極材料負極材料電解液隔膜其他鈷酸鋰錳酸鋰鎳酸鋰磷酸鐵鋰碳酸鋰三元材料溶劑六氟磷酸鋰銅箔鋁箔導電劑極耳鋰離子電池碳材料石墨材料鈦酸鋰硅基材料聚丙烯PP聚乙烯PE鋰電新材料的發展前景需要考慮商業化節點隨著下游應用面不斷開拓，市場也不斷對鋰電池提出新的要求。p隨著鋰電在新能源汽車動力電池、風光儲能電池方面的應用不斷加深，多元化的應用場景也對鋰電池的性能提出更高、更多元的需求。p主要體現在鋰電池的能量密度、安全性能、使用壽命/循環次數、高壓快充匹配、材料經濟性等方面。圖

19、：新材料投資發展前景評估模型新材料發展前景評估材料性能市場規模競爭格局商業化節點產業發展周期材料相比當前主流材料在哪些方面有突破，會帶來哪些好處（提升能量密度、效率、安全性、高電壓、快充、成本？）對應的市場規模有多大？未來幾年的增速是什么水平？競爭格局現狀是什么？是小而美的市場，還是需要卷成本卷規模的市場？先發者是否有優勢？不同材料的起量時間不同；中下游對該材料的嘗試驗證意愿/驗證周期不同當前投資是不是好的時間點：整個行業的供需情況與估值水平？當前投資是順周期還是逆周期？鋰離子電池的新材料梳理近年來鋰電行業涌現了眾多新型材料，從多角度嘗試破局現存桎梏。p通過全面梳理鋰電池各部分生產制備過程中用

20、到的各種材料和輔材，挖掘未來鋰電池產業鏈中的潛力新型材料。p若想取代已經成熟量產的主流材料，需要至少在能量密度、高壓工作、穩定性、經濟性等方面有一項有突出優勢，方有取代潛力。圖表：鋰電池新材料性能要匹配市場需求痛點（部分）新材料材料相對優勢能量密度改良高壓工作環境穩定性改良經濟性改良應用場景正極材料磷酸錳鐵鋰LMFP比三元更好的熱穩定性、化學穩定性和經濟性，且能量密度高于磷酸鐵鋰；高度復用磷酸鐵鋰產線車用動力電池、兩輪電動車、儲能超高鎳三元9系活性物質鎳的含量更高，提升能量密度，同時通過低鈷控制成本；瓦時成本正不斷走低；對制備工藝有高要求，形成技術壁壘用于一線品牌高端汽車電池單晶中鎳NCM6系

21、毛利與能量密度基本追平8系，加工難度稍弱于高鎳三元，優異的高電壓循環穩定性和安全性能汽車電池、3C、儲能鈉離子電池大幅降低原材料成本，適用于儲能及其他低端場景儲能、消費電子負極材料硅碳負極材料容量超高，充放電倍率更高，工作電壓更高，適配快充技術高端汽車動力電池隔膜材料濕法涂覆隔膜其他材料碳納米粉提升硅基負極材料的穩定性、導電性硅基負極制作復合集流體相比銅箔成本降低40%，安全性高負極集流體材料正極新材料：高鎳三元的優勢三元繼續高鎳化趨勢，9系超高鎳或在2024年落地。p高鎳三元正極材料具有更高的能量密度與較低的綜合成本，是高端新能源汽車的理想選擇。隨著特斯拉4680電池和寧德時代麒麟電池量產，

22、高鎳三元電池批量上車，進入快速發展期。p在富鋰錳基、半固態電池材料規模商業化之前，三元正極材料的高鎳化趨勢有強確定性，未來9系超高鎳將進一步提升高端動力電池性能。圖：高鎳化發展，追求更高的能量密度圖：高鎳三元需求量持續升高三元材料NCM333NCM523NCM622NCM811能量密度150Wh/kg165Wh/kg180Wh/kg200Wh/kg安全性良好較好較好達標瓦時成本高低中低優點倍率性能好安全性好綜合性能好工藝成熟容量相對較高容量高、循環性能較好缺點能量密度低成本較高能量密度低成本較高工藝復雜加工難度大電池產品安全性較好，但容量較低且成本較高，目前用量較少性能、成本、量產性上有較好平

23、衡，廣泛用于數碼和車用電池能量密度較高但成本較高，應用于高端車用電池具有最高的能量密度、較低的綜合成本，對電池企業的生產技術和設備要求較高，用于高端車用電池追求更高的能量密度：從中低鎳（5系以下）到高鎳（8系），再到未來的超高鎳（9系）6088105155196244969108156202120222023E2024E2025E新能源車銷量三元正極需求量高鎳三元正極需求量正極新材料：高鎳三元的市場格局9系三元是當前8系的迭代演進，主要企業均在部署超高鎳研發。p目前NCM811已經進入規模量產并批量上車的時間點，而廠商也在延續著高鎳化路線，向超高鎳（Ni90及以上）的三元產品演化。p高鎳三元的

24、生產制備對三元正極產線提出更高要求，技術壁壘較高，高鎳三元正極的頭部企業有先發優勢。容百科技,34.10%天津巴莫,22.30%貝特瑞,12.10%廣東邦普,6.70%貴州振華,6.40%長遠鋰科,5.50%當升科技,5.30%其他,7.60%圖1：國內高鎳三元市場格局（2021）超高鎳三元的研發進度（不完全統計）三元正極企業研發與生產進度容百科技Ni90體系進入批量生產，超高鎳工藝定性并通過部分客戶驗證當升科技Ni90實現海外出口，Ni95完成部分客戶驗證，繼續開展Ni98研發巴莫科技NCM9系和NCMA進入批量生產前驅體企業研發與生產進度格林美Ni90及以上的高鎳產品銷售占比提升正極新材料

25、：富鋰錳基三元材料之后，或是層狀結構正極的下一代選擇，但當前尚無商業化基礎。p新能源汽車等下游應用對鋰電池的容量密度提出了更高要求，高比容量和更高電壓的正極材料正在成為正極的發展方向；p富鋰錳基材料以廉價的錳為主要過渡金屬元素，放電比容量可以達到250mAh/g以上，如果能夠現存問題，將能夠替代三元正極材料與部分鐵鋰正極，進而被廣泛應用在新能源汽車與3C電子領域，潛力巨大。圖表：富鋰錳基正極材料的性能優勢圖：頭部對富鋰錳基的布局評價指標富鋰錳基正極三元正極磷酸鐵鋰克容量250mAh/g以上150-220160左右工作電壓3.7-4.63.73.2循環壽命1000-60001000-300030

26、00以上優點比容量高，高壓平臺，成本低廉能量密度較高，高電壓平臺壽命長，成本低，安全性好缺點倍率性能差，循環過程中的電壓衰減明顯，首次不可逆容量損失大循環性能一般，成本高能量密度略低，低溫性能不好國軒高科蜂巢能源寧德時代當升科技長遠鋰科天津巴莫一體化布局企業正極材料企業富鋰材料還處于研發的初期，很多產業問題并沒有解決，商業化節點仍遠除了CATL等頭部鋰電池生產銷售企業之外，碳酸鋰、三元等正極材料企業也進行了一些專利儲備負極新材料-硅碳負極硅基材料的摻雜可以大幅提升電池負極的鋰離子嵌入潛力，有效提升電池容量。p特斯拉4680電池的量產開始帶動硅基負極材料的需求量激增，2022年出貨量已經達到1.

27、5萬噸。p硅基材料的應用，在能量密度外，主要還是針對石墨負極在快充場景產生的鋰枝晶問題：高壓大電流充電過程中容易發生鋰沉積、析出，形成鋰枝晶，可能會刺穿隔膜，危害電池安全。圖：硅基負極材料出貨量快速增長，滲透率待提升0.050.150.250.50.61.11.50.42%1.01%1.30%1.85%1.62%1.53%0.0%1.0%2.0%3.0%4.0%5.0%00.20.40.60.811.21.41.62016201720182019202020212022出貨量（萬噸）滲透率圖表：硅基vs石墨負極性能對比類型硅基負極石墨負極理論容量4000mAh/g310-360mAh/g倍率性

28、較好一般成本較高較低膨脹率300%以上12-25%安全性良好一般快充良好一般優點能量密度高膨脹可控，循環性能好缺點材料會膨脹，首次效率較低，循環性能不佳能量密度低，加工性能不好負極材料龍頭布局貝特瑞杉杉弄份璞泰來星城石墨國內的硅基負極龍頭已進入松下-特斯拉供應鏈正拓能源隔膜新材料-涂覆改性膜基膜+涂覆一體化的企業更能迎合產業對高性能薄膜的需求。p固態電池是未來鋰電的發展方向，但它的商業化節點預計將在10年之后。在此之前，產業對隔膜的需求將維持高位。p隔膜行業的競爭壁壘高，強調前期的重資產投入與客戶資源，對應的產品毛利率也比較高，恩捷的隔膜毛利可達50%。p頭部基膜企業已經紛紛布局涂覆工藝，涂覆

29、一體化的戰略布局將為這些企業打造第二增長曲線，在基膜的基礎之上，繼續消化涂覆的高利潤，以繼續保持隔膜廠在鋰電產業鏈中的高議價能力。壹石通璞泰來恩捷股份滄州明珠星源材質涂覆代工企業基膜+涂覆一體化美聯新材涂覆改性薄膜廠商的不同模式漿料+涂覆一體化同時部署石墨負極材料勃姆石龍頭企業當前隔膜基膜的主要生產商，離客戶需求最近保持隔膜廠商的議價能力隔膜涂覆的重要性日益顯現顆粒溶劑無機材料有機材料勃姆石、氧化鋁芳綸、PVDF水性油性乙醇、丙三醇丙酮、NMP涂覆改性，滿足電池廠對隔膜的多種性能需求：降低熱收縮率提升抗穿刺強度提升導電性基膜涂覆的毛利水平：45%固態&半固態電池：未來趨勢所向固態電池優勢明顯，

30、但技術瓶頸有待突破，商業化階段尚未到來。p相較傳統液態鋰離子電池，固態電池的理論能量密度更高（高能密度的正負極材料），安全性能更高（機械強度更好，熱穩定性更強），電池重量和體積降低（不再需要電解液和隔膜）；p理想很豐滿，但固態電池技術尚未成熟，界面阻抗與鋰離子遷移率問題尚需解決，距離量產商業化仍有較長的距離，未來大概率沿“液態-半固態-固態”的路線循序漸進。圖：固態電池量產路阻且長，半固態是中間過渡階段規模商業化節點鋰離子電池形態負極制作材料電池能量密度電池工作溫度2023半固態上車2025準固態2030固態量產石墨負極負極預鋰化富鋰錳基金屬鋰負極液態凝膠半固態準固態固態25%10%5%1%0

31、%液體重量含量：5580150250-300350400500能量密度：Wh/kg能量密度高安全性能高電池重量低目錄Part 01新能源與新材料P02Part 02HJT電池新材料發展趨勢P06Part 03鈣鈦礦電池新材料發展趨勢P17Part 04鋰離子電池新材料發展趨勢P28Part 05氫燃料電池新材料發展趨勢P41氫燃料電池的市場需求客車和重卡為代表的交通運輸領域是氫燃料電池的重點應用場景。p隨著雙碳目標的確定，氫能產業在實現碳中和路徑中發揮至關重要的作用。p按照氫能產業發展中長期規劃（2021-2035年）規劃，到2025年氫燃料電池車輛保有量約10萬輛，到2035年突破100萬輛

32、。p氫燃料電池汽車領域將率先實現產業化應用與運行，氫燃料電池客車、物流車、重卡等細分賽道，有望于2030年左右實現與純電動車型相當的全生命周期經濟性。300025%40%10.0%15.0%75.0%12.0%2025E2035E2050E保有量（萬輛）客車滲透率（%）物流車滲透率（%）重卡滲透率（%）乘用車滲透率（%）氫燃料電池汽車保有量（萬輛）及各細分賽道滲透率氫燃料電池電堆產業鏈氫燃料電池是中國能源結構轉型的重點，燃料電池汽車是重要的下游基礎。p電堆是燃料電池的核心組成部分，成本占燃料電池整體的65%；膜電極則是電堆的最關鍵部件，成本占電堆成本的64%。p膜電極不僅是氫燃料電池降本增效的

33、核心部件，也是當前材料科技含量最高的環節，是氫燃料電池當之無愧的“心臟”。p催化劑、質子交換膜主要來源于進口，國產化程度很低，是未來氫燃料電池國產替代的主要環節。質子交換膜Pt/C催化劑氣體擴散層雙極板集流板密封圈端板膜電極燃料電池電堆燃料電池燃料電池汽車圖：氫燃料電池電堆產業鏈鉑碳粉瑩石硫酸全氟磺酸樹脂碳纖維聚四氟乙烯導點炭黑無氟質子膜全氟質子膜復合質子膜支撐層防水劑電堆65%成本膜電極64%成本氫燃料電池內部構造與成本膜電極是氫燃料電池的核心部件，膜電極的材料發展與國產化值得關注。p氫燃料電池能夠將氫氣和氧氣的化學能直接轉換成電能，是電解水的逆反應?；驹硎前褮浜脱醴謩e供到氫燃料電池的陽

34、極和陰極，氫通過陽極向外擴散和電解質發生反應后，放出電子，再通過外部的負載到達陰極。p電堆是氫燃料電池的核心，成本占比65%；膜電極則是電堆的核心，成本占比64%。因此，膜電極相關的材料發展將很大程度上決定氫燃料電池的產業化進度。電堆65%空壓機12%加濕器5%水泵4%其他14%催化劑36%雙極板23%質子交換膜16%氣體擴散層12%其他13%圖2：氫燃料電池與電堆成本拆分氫燃料電池的生產成本主要集中于電堆，占比高達65%；電堆成本中，膜電極（催化劑、質子交換膜、氣體擴散層）為主要成本項，占比64%。圖1：氫燃料電池的內部構造氫燃料電池相關新材料梳理國產替代是國內質子交換膜和催化劑的主要機遇。

35、p質子交換膜：以全氟磺酸型膜為主，其他的復合膜、高選擇性膜、石墨烯改性膜、堿性膜還處在研發階段。p催化劑：催化劑以鉑基為主，目前主流的催化層是鉑碳催化劑，即將鉑負載到活性炭上的一種載體催化劑。但由于鉑是貴金屬，資源稀缺，成本高昂，因此處于降本的考慮，發展低鉑催化劑、無鉑非貴金屬催化劑被認為是膜電極企業未來的重點攻關方向。圖：膜電極的材料體系發展膜電極質子交換膜催化劑熱穩定交換膜全氟磺酸膜石墨烯改性膜高選擇性滲透膜有機聚合物膜氣體擴散層鉑合金催化劑鉑碳催化劑其他貴金屬催化劑納米結構催化劑核-殼類催化劑鉑族金屬催化劑非鉑族金屬催化劑非鉑族金屬催化劑聚合物催化劑多種膜電極關鍵材料仍處于早期研發階段，

36、當前國內產業機會主要是對全氟磺酸膜、鉑碳催化劑的國產替代。材料選擇1：質子交換膜-瞄準國產替代質子交換膜的重點機會在于全氟磺酸質子交換膜的國產替代。p得益于在熱穩定性、化學穩定性、較高的力學強度方面的相對優勢，全氟磺酸膜將在未來5-10年繼續保持產業主導地位。p目前國內可自主生產全氟磺酸質子交換膜的企業極少，市場長期由美國Gore公司占主導，國產替代率僅10%左右，主要原因是國產膜在厚度、厚度一致性、容脹率等方面與國外產品仍有差距。p質子交換膜的生產成本主要在技術工藝上，設備工藝成本占比高達85%，所以全氟磺酸質子膜的減薄工藝和復合膜生產工藝的突破重點發展方向。序號指標國內國外1產能50000

37、10000002厚度12-1583厚度一致性214容脹率2%-5%2%5強度（MPa）30306綜合耐久性600060007成膜聚合物當量質量700-1100700-1100圖：國內外質子交換膜市場占比與性能對比7.50%11.61%92.50%88.39%20202021燃料電池市場中：Gore的質子交換膜占據主要市場東岳、科潤等國內廠商開始起量，兌現國產替代空間更薄的質子交換膜燃料電池多用復合膜，在兩層全氟磺酸膜之間夾一層以提升機械性能；Gore已量產8m，而國內僅可小批量生產15m，制備工藝差距明顯。尋求下游驗證測試過往多使用進口產品，替換國產產品需要進行整個材料體系調整，催化劑和擴散層

38、都需要變更，這需要下游膜電極廠家配合生產規?？焖僭鲩L在獲得足夠的匹配驗證數據后，下游膜電極和電堆廠商方有可能更換供應商圖：國產替代過程中的突破點單純從市場角度看，目前沒有替代進口產品的實際需求，需要政策推動第一批量產裝車達成后，增長速度會快很多材料選擇1：質子交換膜國產質子交換膜尚處于起步階段，相關企業需要具備全氟磺酸樹脂制備技術。p技術、資質、環保和資金構筑了較高的行業壁壘，新玩家入場比較難，多數國內玩家需要運用在化工、氫能產業鏈中的資源來發展壯大。p東岳未來氫能背靠東岳集團強大的氟化工能力打造技術壁壘，而武漢綠動科技則通過國家電投的強大影響力高效打通下游，已經在北京冬奧會200輛氫能大巴上

39、得到應用。膜電極電堆/電池系統質子交換膜全氟磺酸樹脂上游原材料東岳未來氫能（東岳集團）武漢綠動科技（國家電投）浙江漢丞科潤新材料東材新材（東材科技）50萬平方米（在建）30萬平方米（在建）30萬平方米150萬平方米；開始批量生產30萬平方米圖：質子交換膜的行業壁壘與主要氫燃料電池質子交換膜廠商 氟化工重污染、高能耗，環評通過難度較高（廣東艾蒙特因此注銷）生產車間和設備有高要求，整體投入資金較高 下游準入要求嚴格，鑒定指標多而繁瑣 比如AFCC認證 全氟磺酸樹脂制備難 樹脂的性能和綜合制造成本需要滿足下游需求技術壁壘資質壁壘環保壁壘資金壁壘材料選擇2：催化劑-國產替代的機遇燃料電池催化劑的鉑載量

40、決定國產催化劑的商業化進度。p催化劑是影響氫燃料電池活化極化的主要因素，也是整個電堆成本中占比最高的核心材料，降低鉑族金屬的載量，提高鉑金屬的利用效率，是當前催化劑材料發展的主要方向。p當前國產催化劑和進口催化劑在性能上仍有較大差距，鉑族金屬的載量更高，導致成本高企，市場競爭力不強。p通過新材料與制備工藝的提升，在保證材料性能的前提下壓縮生產制備成本，在增量市場中兌現國產替代的機遇。納米結構催化劑燃料電池催化劑鉑催化劑低鉑催化劑非鉑催化劑Pt/C催化劑Pt合金催化劑核-殼其他貴金屬催化劑非金屬催化劑目前進展性能指標國外國內鉑金屬載量(g/kW)0.060.3鉑金屬載量(0.35mg/cm)0.

41、350.16衰減情況3萬次5%以內3000次86%80%20%圖1：量產燃料電池催化劑國內外對比圖2：鉑碳催化劑是目前批量出貨主流國外：TKK、JM、Umicore國內：氫電中科、濟平新能源、中科科創未來方向材料選擇2：催化劑-國產替代降本國產氫燃料電池催化劑開始進入驗證、小批量出貨階段。p對于多數貴金屬催化劑廠商而言，氫燃料電池催化劑均為新近發展的產品業務，于近兩年剛剛起步，多處于研發驗證測試與小批量出貨裝車階段。p從商業模式上看，多數企業專注鉑族貴金屬催化劑的生產研發，不僅用于質子交換膜燃料電池，部分大型企業進行由貴金屬開采到催化劑生產的一體化布局。應用場景內燃機尾氣凈化，質子交換膜催化，化工氫燃料電池質子交換膜催化鉑、鉑合金催化劑貴金屬開采、前驅體生產、催化劑鉑基催化劑貴金屬原材料南京東焱膜電極新動力氫電中科貴研鉑業濟平新能源氫能與燃料電池催化劑一站式解決方案圖：國內主要鉑碳催化劑生產廠商（部分）高載量鉑催化劑中科科創小批量出貨裝車小批量出貨裝車小批量出貨裝車測試測試動力系統高載量鉑催化劑喜馬拉雅