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1、1中 泰 證 券 研 究 所 專 業 領 先 深 度 誠 信 證 券 研 究 報 告 2 0 2 5.0 2.1 0分析師:孫穎分析師:孫穎 博士博士 建材建材&化工行業首席分析師化工行業首席分析師執業證書編號:執業證書編號:S0740519070002Email:分析師:分析師:農譽農譽 執業證書編號:執業證書編號:S0740524120001Email:固態電池材料專題報告:固態電池材料專題報告:產業方向日益清晰,技術迭代駛入快車道產業方向日益清晰,技術迭代駛入快車道2核心要點核心要點n 固態電池突破鋰電池能量密度的邊界,產業趨勢明確。固態電池突破鋰電池能量密度的邊界,產業趨勢明確。相較于
2、能量密度提升空間有限的傳統液態鋰電池,固態電池體系能夠兼容正負極材料的不斷升級,從而實現能量密度的顛覆性提升。當前,固態電池領域的技術進步正不斷加速。其中,半固態電池由于其工藝體系和產業鏈與傳統液態電池高度契合,成熟度相對較高,產業化進程更為迅速,已有領先企業進入量產并應用于車輛裝配階段。同時,全固態電池的研發也已從實驗室的化學配方探索,邁入工程制造過程的開發階段,預計將在2026至2027年間初步具備商業化條件。n 硫化物電解質路線硫化物電解質路線在全固態電池領域在全固態電池領域展現出更為廣闊的應用前景展現出更為廣闊的應用前景,然而其規?;慨a能力尚需進一步提升。,然而其規?;慨a能力尚需進
3、一步提升。固態電池技術主要劃分為聚合物、氧化物和硫化物三大路線。聚合物電解質材料雖具備出色的柔韌性和界面接觸性,但其熱穩定性和電化學穩定性的不足卻成為了性能提升的瓶頸。相比之下,氧化物電解質材料在半固態電池領域憑借其穩定的性質以及通過保留部分電解液組分來彌補離子電導率的差距,有望成為主流體系。硫化物電解質材料則憑借極高的本征離子電導率,在全固態電池體系中展現出顯著優勢,成為最具應用潛力的電解質材料。當前,氧化物電解質產業鏈已初步具備了規?;哪芰?,領先廠家更是已經具備了千噸級別的供應能力。相比之下,硫化物電解質目前的單批次產出率仍然較低,僅有少數廠家成功實現了批量化生產。n 低空經濟迎來發
4、展風口,固態電池應用場景有望拓寬。低空經濟迎來發展風口,固態電池應用場景有望拓寬。固態電池是eVTOL的理想電池解決方案,通過消除熱失控風險并大幅提升能量密度,有效解決飛行過程的動力安全性和續航里程限制等關鍵問題。國家政策支持低空經濟作為戰略性新興產業,地方政府也紛紛出臺相關政策促進其發展,預計eVTOL市場規模將持續擴大。隨著技術進步和監管體系的完善,城市空中交通需求將進一步激發,至2030年中國低空經濟規模有望突破兩萬億元,展現出巨大的市場潛力。面對外部壓力,國家開始重面對外部壓力,國家開始重視并提升固態電池產業的戰略地位。視并提升固態電池產業的戰略地位。依托傳統液態電池領域的絕對優勢,國
5、內當前聚焦半固態電池研發。由于固態電池研發壁壘高、投入大、回報周期長,多數企業持謹慎態度,需國家層面政策引導和支持。相較于已提前布局并形成了特色發展模式的歐美日韓等國家,國內在固態電池領域的政策與資金投入相對滯后。2024年,國家積極引領固態電池產業生態構建,我國全固態電池產業化步伐有望加速。n 投資建議:固態電池上游核心材料迎來機遇。投資建議:固態電池上游核心材料迎來機遇。1)半固態電池的率先應用將推動固態電解質材料體系與工藝的開發,加速供應鏈構建及產業生態形成。其中,氧化物路線是主流電解質體系,主要受益環節為上游鋯系材料:三祥新材等主要受益環節為上游鋯系材料:三祥新材等。2)固態電池路線的
6、核心在于提升能量密度,負極迭代是關鍵。CVD法硅基負極是潛在方向,多孔碳材料多孔碳材料直接影響其性能:圣泉集團等直接影響其性能:圣泉集團等。lU9UgWoZiYnMsQ7NaO7NsQpPsQrMkPqQmOjMnMpO9PqQuNMYsQpQwMoPrM3核心要點核心要點n 投資建議:固態電池上游核心材料迎來機遇。投資建議:固態電池上游核心材料迎來機遇。3)全固態電池行業的發展推動了硫化物電解質需求的顯著增加,上游原料硫化鋰產能存在顯著缺口,成為制約其成本降低的關鍵因素:關注有研新材有研新材。4)全固態電池生產工藝向干法迭代趨勢明確,當前設備制造商的開發需依賴電池制造商的技術輸入和反饋,關注
7、先發和卡位優勢明顯的公司:納科諾爾納科諾爾。5)全固態電池向干法生產工藝轉型中,干法粘結劑成為剛需。而聚四氟乙烯(PTFE)與固態電解質兼容性良好,在干電極技術中被廣泛用作粘結劑:東岳集團東岳集團。6)銅箔需向高強度、超薄化方向發展,同時適配新型負極特性,如通過表面結構優化輔助鋰均勻沉積。面對行業產能過剩、加工費下行及盈利困境,技術創新有望成為破局關鍵:德??萍嫉赂?萍?。7)材料適配性對固態電池性能與穩定性至關重要,材料供應商差異可能加劇測試波動性,影響電池性能與安全。關注平臺型固態電池材料公司:道氏技術道氏技術。n 風險提示:風險提示:市場競爭風險、產業進展不及預期的風險、新技術迭代風險、市
8、場空間測算偏差風險、研究報告使用的公開資料可能存在信息滯后或更新不及時的風險。目 錄C O N T E N T SC O N T E N T S固態電池產業現狀:固態電池產業現狀:產業趨勢明確,技術進展加速產業趨勢明確,技術進展加速1固態電池的技術路線:固態電池的技術路線:頭部玩家向硫化物路線傾斜頭部玩家向硫化物路線傾斜22025年行業展望:年行業展望:低空經濟風口來臨,應用場景拓寬;政策有望加碼,產低空經濟風口來臨,應用場景拓寬;政策有望加碼,產業地位提升業地位提升3投資建議:投資建議:上游核心材料迎來機遇上游核心材料迎來機遇45CONTENTSCONTENTS目錄目錄C CCONTENTS
9、CONTENTS專 業 領 先 深 度 誠 信專 業 領 先 深 度 誠 信中 泰 證 券 研 究 所中 泰 證 券 研 究 所1固態電池現狀:固態電池現狀:產業產業趨勢明確,技術進展加速趨勢明確,技術進展加速6固態電池的核心意義:突破鋰電池能量密度的邊界固態電池的核心意義:突破鋰電池能量密度的邊界來源:德勤、中泰證券研究所n 固態電池的核心價值在于打破傳統液態電池在能量密度上的天花板。固態電池的核心價值在于打破傳統液態電池在能量密度上的天花板。能量密度,即單位體積或重量電池所能儲存的能量大小,直接決定了電池的續航水平。n 傳統液態電池的能量密度主要受其正負極體系的制約。傳統液態電池的能量密度
10、主要受其正負極體系的制約。目前,基于三元正極與石墨負極的液態電池在能量密度方面已接近其理論上限。為了顯著提升續航能力,必須采用更為先進的正負極材料。負極材料的升級路徑相對清晰,從石墨(克容量約372mAh/g)到硅基材料(克容量450-600mAh/g),再到鋰金屬(克容量1000mAh/g),每次迭代伴隨著負極材料克容量的顯著提升。例如,高鎳三元正極搭配石墨負極的電池,能量密度約為240-280wh/kg;而若以硅基負極替代石墨,能量密度有望躍升至280-350wh/kg;若進一步采用CVD氣相硅基負極或鋰金屬負極,能量密度更是有望突破400wh/kg。正極材料的升級方向則聚焦于高電壓、高比
11、容,富鋰錳基、鋰硫正極等都是潛在的迭代選項。n 然而,傳統液態電解液難以兼容正負極材料然而,傳統液態電解液難以兼容正負極材料體系體系的升級的升級。液態鋰離子電池的電解液在高壓、高溫、高能量密度環境下容易分解失效。因此,引入化學性質更為穩定的固態電解質,取代傳統的鋰離子電解液,成為突破電池性能局限的關鍵。固態電解質能夠兼容正負極材料的迭代升級,從而打破電池性能瓶頸,實現能量密度的飛躍。圖表:電池化學體系迭代路徑圖圖表:電池化學體系迭代路徑圖7固態電池:高確定性的迭代路徑固態電池:高確定性的迭代路徑來源:上??茖W技術情報研究所、科研云平臺、歐陽明高全固態電池研發現狀、中泰證券研究所測算n 固態電池
12、的第二大意義在于其能夠顯著提升電池的安全性能。固態電池的第二大意義在于其能夠顯著提升電池的安全性能。傳統液態鋰離子電池的電解液具有可燃性,一旦電池內部發生內短路,可能觸發連鎖反應,導致電池熱失控。此外,正負極材料的迭代升級也伴隨著安全隱患。硅基負極和鋰金屬負極分別存在極片膨脹導致電池功率和循環壽命衰減,以及鋰枝晶生長引發電池短路的問題。而高電壓、高比容的正極材料則可能導致電極材料的不穩定,主材結構易受破壞。固態電池電解質的引入,能夠從根源上解決這些安全隱患。一方面,固態電解質在常規條件下不可燃,有效遏制熱擴散及連鎖反應;另一方面,其化學穩定性高于電解液,對正負極材料的迭代升級具有更好的適配性。
13、n 此外,固態電池還有望打通此外,固態電池還有望打通鋰電池鋰電池成本下行通道。成本下行通道。當前,鋰電產業鏈核心原材料的價格處于歷史低點,頭部廠家已接近虧損或僅能維持微利。通過壓縮原材料價格進行降本的途徑已到達階段性瓶頸,電池價格下降空間有限。然而,技術迭代能夠進一步打開降本空間。固態電池將能量密度從傳統液態電池的約250wh/kg提升至400wh/kg以上,意味著原材料單耗的大幅降低,為電池成本的進一步下降提供了可能。項目項目液態三元電池液態三元電池高比能固態電池高比能固態電池單位單位電芯能量密度250400wh/kg單kWh材料單耗42.5kg單kWh材料單耗降幅38%-假設成組效率70%
14、70%-電池包能量密度175280wh/kg同等重量下帶電量容量增加60%-項目項目固態電解質固態電解質電解液電解液高安全性能具有極高的熱穩定性,在高溫環境下不易發生分解反應,能夠有效阻止內部短路引發的連鎖反應大多具有易燃性,一旦電池內部出現短路等故障,極易引發電解液燃燒甚至爆炸固體介質沒有流動性,不存在滲漏風險液體電解液存在滲漏風險前沿體系適應性更穩定、電化學窗口寬,可以兼容高比容量的正負極電解液發生分解,產生氣體,存在電池鼓包、性能衰減等風險從電池模組的角度可以適配雙極板,降低外殼用量以提升能量密度電解液漏液導致短路圖表:固態電池有效提高電池的安全性能圖表:固態電池有效提高電池的安全性能圖
15、表:固態電池能量密度提升意味著原材料單耗降低圖表:固態電池能量密度提升意味著原材料單耗降低8半固體電池和全固態電池的概念區分半固體電池和全固態電池的概念區分來源:OFweek鋰電網、國知局、寶馬集團、中泰證券研究所n 半固體電池和全固態電池的概念區分半固體電池和全固態電池的概念區分:n 半固態電池本質上仍然屬于液態電池的范疇,其半固態電池本質上仍然屬于液態電池的范疇,其并未徹底舍棄電解液,且大部分方案仍然保留隔并未徹底舍棄電解液,且大部分方案仍然保留隔膜。膜。半固態技術的核心理念是在傳統液態電池體系中引入固態電解質,以提升離子電導率,并據此適當減少電解液的使用量(例如,從原來的25%重量比降低
16、至15%以下)。半固態電池的實現存在多種方式:一是將固態電解質作為正極添加劑或隔膜表面涂覆材料;二是采用原位聚合/固化工藝,即在電解液中加入引發劑和交聯劑等添加劑,電池組裝完成后,通過加熱、紫外線照射等方式觸發聚合物的交聯反應,使原本液態的電解液部分或全部轉化為不易流動的凝膠態,從而提高電池的穩定性;三是將固態電解質制成單層薄膜,直接替代傳統隔膜,但仍保留少量電解液以確保電池的正常運行和性能優化。n 全固態電池通過引入固態電解質,徹底顛覆了傳全固態電池通過引入固態電解質,徹底顛覆了傳統液態電池的結構,用其取代了隔膜與電解液。統液態電池的結構,用其取代了隔膜與電解液。固態電解質材料被加工成薄膜,
17、置于正負極極片之間。其隔離了正負極,防止短路,又允許離子在極片之間傳輸。因此,在全固態電池中,固態電解質同時承擔了隔膜和電解液兩大核心材料的功能。半固態電池半固態電池類型類型固態電解質用于正極摻固態電解質用于正極摻雜、隔膜雜、隔膜涂覆涂覆原位聚合原位聚合/固化工藝固化工藝固態電解質層固態電解質層示例示例固態電解質固態電解質類型類型氧化物、氧化物+聚合物聚合物、氧化物+聚合物氧化物、鹵化物圖表:半固態電池的三種實現形式圖表:半固態電池的三種實現形式圖表:全固態電池的變化圖表:全固態電池的變化9半固態電池產業進展:頭部玩家進入量產裝車階段半固態電池產業進展:頭部玩家進入量產裝車階段來源:中國汽車動
18、力電池產業創新聯盟、各公司公告、中泰證券研究所n 半固體電池沿用了液態電池成熟的工藝體系和產業鏈,產業化落地更快,半固體電池沿用了液態電池成熟的工藝體系和產業鏈,產業化落地更快,20242024年裝機量超預期。年裝機量超預期。根據中國汽車動力電池產業創新聯盟數據,2024年1-7月,半固態電池實現2.68GWh的累計裝機量,主要來源于衛藍科技的貢獻。n 半固態電池核心廠家主要為上汽清陶、北京衛藍、浙江鋒鋰等。半固態電池核心廠家主要為上汽清陶、北京衛藍、浙江鋒鋰等。預計到2025年,這三家企業的有效產能將超過20GWh,且合計規劃產能超過100GWh。這些核心廠家已與特定車企建立了合作關系,例如
19、衛藍已正式向蔚來交付360Wh/kg的半固態電池;上汽增資清陶能源,間接持股約15.29%,并設立了合資公司,共同推進固態電池技術的研發與量產;贛鋒與長安汽車也簽署了合作備忘錄,旨在共同推進(半)固態電池的研發合資項目及產業化制造項目。n 半固態電池仍然存在諸多難點:半固態電池仍然存在諸多難點:首先,裝車驗證周期較短,尚未形成足夠豐富的測試樣本數據庫;其次,以原位聚合技術為代表的半固態工藝雖然在電芯安全性能上有顯著提升,但受限于工藝端良率水平低,導致生產成本居高不下;最后,在化學體系方面,正極材料可能向超高鎳三元、富鋰錳基過渡,負極采用新型硅基負極,但成熟度相對較低。圖表:半固體電池實現規?;?/p>
20、裝機圖表:半固體電池實現規?;b機圖表:半固體電池核心廠家的產能規劃圖表:半固體電池核心廠家的產能規劃公司公司產能規劃(截至產能規劃(截至2024年底)年底)清陶能源宜春:宜春:1GWh投產投產昆山:昆山:1期期3.5GWh 2024年年6月投產月投產,合計規劃10GWh成都:15GWh固態儲能電池項目,一期一期PACK線已投產線已投產,二期電芯產線將于2024年開工建設臺州:10GWh固態項目,計劃2025年投產衛藍新能源湖州:一期湖州:一期2GWh滿產滿產;二期8GWh有望2025年投產;三期12GWh規劃2026年投產;北京:一期北京:一期4GWh規劃規劃2024年投產年投產;滿產產值8
21、GWh;山東淄博:規劃分四期建設,儲能基地,一期3.4GWh投產;贛鋒鋰業江西新余:4GWh/年固液混合動力鋰電池年固液混合動力鋰電池;重慶兩江新區:20GWh固態電池,10GWh PACK;一期廠房封頂,一期廠房封頂,PACK生產線逐步投產生產線逐步投產;襄陽:20GWh項目2023年5月簽約;一期規劃5GWh;10全固態電池產業進展:工程化制造過程開發啟動全固態電池產業進展:工程化制造過程開發啟動來源:各公司公告、中泰證券研究所n 20242024年,核心玩家已經從實驗室的化學體系研發,過渡到工程制造過程開發階段。年,核心玩家已經從實驗室的化學體系研發,過渡到工程制造過程開發階段。過去,產
22、業界和學術界主要聚焦于固態電池配方層面的研發,而現在,如何實現大尺寸車規級電芯的批量化制造成為了需要快速攻堅的方向。n 產品端:產品端:車規級產品的設計尚未定型車規級產品的設計尚未定型。當前,核心玩家正著手開發20-30Ah級別的全固態電池。盡管各家在小規格電池平臺(小于5Ah)的驗證上取得了顯著成果,但這些小規格電池無法滿足裝車需求。例如,若要滿足60kWh電動車的容量需求,使用5Ah電池相比20Ah電池,需要多安裝超過2400顆電芯,這不僅增加了車輛電池管理系統的難度,還降低了系統的可靠性。因此,大尺寸車規級電芯的開發及其批量制造過程的實現,仍是當前面臨的最大挑戰。n 工程端:開發適用于批
23、量生產的工藝和設備成為了重點。工程端:開發適用于批量生產的工藝和設備成為了重點。包括新型結構、生產工藝及配套工裝設備的開發在內,多家企業如清陶、QuantumScape等已啟動GWh級別的樣線開發和建設。三星SDI也將工作重點之一放在了開發前處理工藝上,旨在優化電池組裝段的等靜壓生產工序時間,從而提升整體產線的效率。圖表:全固態電池核心廠家進展圖表:全固態電池核心廠家進展廠家廠家電池規格電池規格電解質體系電解質體系正極正極負極負極能量密度能量密度工藝進展工藝進展產線進展產線進展預期批量節點預期批量節點廣汽30Ah未公開三元(220mAh/g)硅基(1500mAh/g)重量能量密度:400wh/
24、kg體積能量密度:910wh/L正負極、電解質層均為干法工藝未公開2026年Solid Power20Ah硫化物三元1、硅基2、鋰金屬1、硅基重量能量密度:390wh/kg體積能量密度:930wh/L2、鋰金屬重量能量密度:440wh/kg體積能量密度:930wh/L固態電解質層厚度已從70m優化至40m與韓國SKI共同建設的韓國工廠擬在2025年投入使用1、硅基:2026年2、鋰金屬:2027年Quantum scape5Ah氧化物三元鋰金屬體積能量密度:800850wh/L全濕法工藝,正極面容量6.2mAh/cm2電解質層的生產效率25年擬提升至GWh級別2027年三星SDI未披露硫化物三
25、元(210mAh/g)銀碳負極Ag-C體積能量密度:900wh/L干法工藝制造電解質層完成全固態樣品線的搭建,擬擴建蔚山工廠2027年112026-2027年全固態電池有望初步具備商業化條件年全固態電池有望初步具備商業化條件來源:Solid Power、中泰證券研究所n 2026-20272026-2027年全固態電池有望年全固態電池有望初步初步具備商業化條件。具備商業化條件。動力電池開發周期大致可以分為五個階段,可參考Solid Power的全固態電池開發計劃表:研發階段描述及定義:研發階段描述及定義:1)Pre-A/A0樣:預研階段;2)A樣:產品開發、概念驗證階段;3)B樣:完成終端產品
26、設計定型,并同步推進產線設計及設備開發;4)C樣:啟動試生產,實現制造過程;5)D樣:完成產線優化及驗證,為量產爬坡準備。目前,全固態電池的開發周期正處于從目前,全固態電池的開發周期正處于從A A樣向樣向B B樣過渡的關鍵時期。樣過渡的關鍵時期。B樣階段核心任務是確定產品全維度的功能和尺寸參數,并確保這些參數與最終的量產產品保持一致,即實現設計定型。同時,B樣階段也是產品性能檢測的關鍵環節,特別是電池產品需要滿足長期性能驗證的要求。20262026至至20272027年間,行業將從年間,行業將從B B樣進入樣進入C C樣階段,樣階段,標志著產品開發從研發主導逐步轉向生產主導,標志著產品開發從研
27、發主導逐步轉向生產主導,此時產品將初步具備商此時產品將初步具備商業化條件。業化條件。進入C樣階段意味著產品已經可以使用規?;O備進行生產。在此階段,工作的重點將放在優化產線參數和工裝模具,以提高生產效率和成品質量。在產品驗證方面,電芯將被組裝成系統,并搭載到樣車上進行整車試驗。圖表:圖表:Solid PowerSolid Power全固態電池開發計劃表全固態電池開發計劃表12CONTENTSCONTENTS目錄目錄C CCONTENTSCONTENTS專 業 領 先 深 度 誠 信專 業 領 先 深 度 誠 信中 泰 證 券 研 究 所中 泰 證 券 研 究 所2固態電池的技術路線:固態電池的
28、技術路線:頭部玩家向硫化物路線傾斜頭部玩家向硫化物路線傾斜13固態電池技術路線研判固態電池技術路線研判n 固態電池依據電解質材料的種類固態電池依據電解質材料的種類主要主要劃分為聚合物、氧化物和硫化物三條技術路線。我們對各路線的研判如下:劃分為聚合物、氧化物和硫化物三條技術路線。我們對各路線的研判如下:聚合物電解質材料:聚合物電解質材料:作為高分子材料,在高溫和高電壓的耐受能力上略優于傳統電解液,但相較于氧化物和硫化物等陶瓷類材料,其性能仍有較大差距。固態電池的核心目標在于探索鋰電池的性能極限,因此電池向高能量密度和高電壓體系迭代已成為明確趨勢。然而,聚合物材料在熱穩定性和電化學穩定窗口等固有特
29、性上的不足,將成為限制電池性能進一步提升的瓶頸。氧化物氧化物電解質材料電解質材料:半固態電池技術并未完全摒棄液體電解液,而是降低了其使用比例。意味著電池體系內仍有部分電解液輔助離子在正負極之間傳導,從而在一定程度上彌補了氧化物和硫化物電解質在離子電導率上的天然差距。此外,硫化物對液態成分敏感,而氧化物性質穩定,因此氧化物電解質材料有望成為半固態電池的主流體系。硫化物硫化物電解質材料電解質材料:本征離子電導率相較于氧化物高出一個數量級,甚至接近液態電解液的水平。當電池完全過渡到全固態體系,即在沒有電解液輔助傳導離子的情況下,硫化物的離子傳導能力相較于氧化物的天然優勢將被進一步放大。因此,硫化物電
30、解質材料成為最具應用前景的全固態電解質材料。來源:吳敬華 等固態鋰電池十年回顧與展望J/OL儲能科學與技術、電池科學社、中泰證券研究所類型類型離子電導率離子電導率S cm-1電化學穩定窗口電化學穩定窗口熱穩定性熱穩定性空氣穩定性空氣穩定性批量生產難度批量生產難度液態電解液10-2 4V70-80C差低聚合物10-5-10-4 600C略差高鹵化物10-30.36-4.35V 600C中上高氧化物LATP(磷酸鈦鋁鋰)1-2 x 10-30.8-5V 1000C穩定低LLZO(鋰瀾鋯氧)1-2 x 10-36V 1000C穩定低IPC電解質(聚合物/無機物復合)10-5-10-4-4.6V-30
31、0C中上低圖表:圖表:固態電池固態電池電解質不同路線對比電解質不同路線對比14聚合物路線:起步較早,但性能提升空間受限聚合物路線:起步較早,但性能提升空間受限n 典型的聚合物固態電解質體系涵蓋典型的聚合物固態電解質體系涵蓋PEOPEO、PANPAN、PMMAPMMA及及PVDFPVDF等。其中,等。其中,PEOPEO材料因對鋰鹽具有良好的溶解性,且在高溫下展材料因對鋰鹽具有良好的溶解性,且在高溫下展現出相對較高的離子電導率,被視為極具應用潛力的聚合物體系。其優劣勢明確:現出相對較高的離子電導率,被視為極具應用潛力的聚合物體系。其優劣勢明確:優勢:優勢:PEO材料具備出色的柔韌性和界面接觸性。作
32、為高分子材料,相較于氧化物等陶瓷類材料,PEO能夠在電池充放電過程中保持電解質層與正負極極片之間的緊密接觸,從而提升電池的循環壽命。劣勢:劣勢:首先,PEO在室溫下的離子電導率較低,電化學窗口也相對較窄。這意味著聚合物固態電池需要在60的高溫環境下運行才能發揮高效能。其次,由于電化學窗口窄,PEO對電壓的耐受能力小于4V,僅略高于液態電解液,因此在高壓環境下容易被氧化,限制了電池向高電壓平臺和高能量密度的方向發展。n 聚合物固態電解質易于加工,聚合物固態電解質易于加工,量產成本相對較低,量產成本相對較低,因此能夠率先實現商業化應用,但其性能提升空間有限。因此能夠率先實現商業化應用,但其性能提升
33、空間有限。聚合物固態電解質的研發歷史可追溯至1973年。早在2011年,法國Bollor集團就成功推出了商用化的聚合物固態電池,并在大巴車上實現了落地應用。然而,由于聚合物對高電壓和高能量密度的耐受能力有限,電池正極材料的選擇被限制在低電壓平臺體系,導致整體性能提升空間有限,因此目前仍未實現大規模推廣應用。來源:儲能科學與技術,2022,11(6):1788-1805、中泰證券研究所圖表:聚合物圖表:聚合物固態固態電解質的發展簡史電解質的發展簡史15聚合物路線:聚合物聚合物路線:聚合物/無機物復合使用是潛在出路無機物復合使用是潛在出路n 在聚合物體系中添加無機填料以構建復合固態電解質,是彌補離
34、子電導率短板的有效策略。在聚合物體系中添加無機填料以構建復合固態電解質,是彌補離子電導率短板的有效策略。聚合物/無機物復合電解質融合了聚合物與氧化物兩大體系的優勢,展現綜合性能優異。一方面,通過引入LLZO或LAGP等氧化物固態電解質作為無機填料,能夠優化鋰離子在復合電解質體系中的傳輸路徑,從而顯著提高整體的離子電導率。同時,這些氧化物填料還具備良好的力學性能,有助于增強聚合物電解質的機械強度。另一方面,該體系保留了聚合物組分的柔韌性,這對于改善無機物顆粒間以及無機物與正負極活性物質之間的接觸問題有積極影響。n 聚合物基聚合物基/無機復合電解質體系仍處在探索期,存在諸多技術難點,無機復合電解質
35、體系仍處在探索期,存在諸多技術難點,仍然需要在材料選擇、摻混形式及比例、聚合方式等仍然需要在材料選擇、摻混形式及比例、聚合方式等多個方面進行優化多個方面進行優化:1)常溫狀態下,聚合物材料的本征電導率差,依舊是整個體系的短板,限制了組合材料的上限;2)在添加無機填料的過程,顆粒的分散性可能存在限制,導致對整體離子電導率的實際貢獻有限。來源:Adv.Funct.Mater.2022.32.2203551、Chemical Society Reviews,2020,473,228607、中泰證券研究所圖表:聚合物圖表:聚合物/無機物復合電解質展現優異的綜合無機物復合電解質展現優異的綜合性能性能圖表
36、:聚合物圖表:聚合物/無機物復合電解質應用示例無機物復合電解質應用示例16氧化物路線:半固態電池的主流電解質體系氧化物路線:半固態電池的主流電解質體系n 氧化物成為半固態電池路線的主流固態電解質選擇。氧化物成為半固態電池路線的主流固態電解質選擇。相較于硫化物材料,氧化物盡管在離子電導率上存在天然差距,單在化學穩定性方面優勢明顯;與聚合物材料相比,氧化物電解質擁有更寬的電化學窗和更高的熱穩定性,但其剛性較大,可加工性相對較弱,與正負極極片的接觸界面容易形成缺陷。n 由于制備門檻相對較低,因此通常被新進入者選為業務切入點,開發進度最快。由于制備門檻相對較低,因此通常被新進入者選為業務切入點,開發進
37、度最快。一方面,其量產難度適中,主要采用固相法工藝,通過機械球磨和高溫燒結制成,工藝上與三元正極材料的生產具有相通性,成熟度較高;另一方面,得益于其穩定的化學性質,在生產過程中對環境的管控要求不如硫化物那么苛刻,因此批量化難度和生產成本相對較低。n LATPLATP、LLZOLLZO、LLTOLLTO是主要的是主要的氧化物電解質類型,各家技術路線純在較大差異。氧化物電解質類型,各家技術路線純在較大差異。其中,LLZO體系的離子電導率相對較高,且對鋰金屬穩定,具有較大發展潛力,然而該體系內含鑭、鋯等稀有金屬,且生產過程燒結溫度高,導致成本相對較高;LATP體系雖然對鋰金屬不穩定,但更適合應用于半
38、固態電池領域的隔膜涂覆材料,其生產過程中的能耗較低,成本優勢顯著。此外,各廠家在材料設計(如摻雜組分、粒徑、表面結構等)以及生產工藝上存在差異,這將導致終端產品的性能及生產優率存在較大不同。來源:化易天下、電池社、中泰證券研究所圖表:氧化物的固相法生產工藝,工序簡單,與圖表:氧化物的固相法生產工藝,工序簡單,與三元正極材料的生產具有相通性三元正極材料的生產具有相通性圖表:各廠家對氧化物電解質材料的布局情況圖表:各廠家對氧化物電解質材料的布局情況17硫化物:在全固態領域的硫化物:在全固態領域的應用應用前景最佳前景最佳n 硫化物固態電解質材料因其離子電導率接近液態電解液水平硫化物固態電解質材料因其
39、離子電導率接近液態電解液水平(約(約1010-2-2S/cmS/cm),在全固態電池領域展現出最佳的應用前景。,在全固態電池領域展現出最佳的應用前景。與氧化物電解質相比,硫化物的離子電導率能媲美液態電解液,一方面是因為硫原子的電負性低于氧原子且元素半徑更大,對鋰離子的束縛較弱;另一方面,硫化物具有更寬廣的三維鋰離子傳輸通道,從而促進了離子的高效傳輸。此外,在機械性能上,其適中的硬度和良好的可變形性使得與正負極極片的界面接觸效果優于氧化物。n 根據結構特點,典型的硫化物體系可分為根據結構特點,典型的硫化物體系可分為LGPSLGPS、LiLi6 6PSPS5 5X X、Thio-LISICONsT
40、hio-LISICONs:其中,LGPS具有三維立方晶格結構,為鋰離子提供了快速傳輸通道,室溫離子電導率可超越液態電解液水平,但含鍺元素導致原材料成本高;Li6PS5X雖然電導率相對較低,但原材料成本更低,且對鋰金屬負極相對穩定,具有較大發展潛力;Thio-LISICONs的離子電導率介于二者之間,同時具有高變形能力,室溫下壓實效果更佳。n 硫化物固態電解質在全固態電池領域硫化物固態電解質在全固態電池領域應用前景應用前景廣闊,但仍需克服空氣穩定性差、規?;a難度大等挑戰。廣闊,但仍需克服空氣穩定性差、規?;a難度大等挑戰。首先,其空氣穩定性差,遇空氣會迅速水解產生毒性氣體硫化氫,因此電解質
41、的生產過程需要嚴格管控,甚至需要在惰性氣體氛圍下進行,這增加了生產成本和批量化生產的難度。其次,規?;慨a工藝尚未成熟,固相法工藝需要改善成品均勻性,降低能耗和成本;而液相法、氣相法等新型硫化物批量生產工藝尚未實現產業化落地。來源:中國科學雜志社、國家知識產權局、Materials Today Nano、中泰證券研究所圖表:三種典型的硫化物電解質材料圖表:三種典型的硫化物電解質材料圖表:硫化物生產工藝及技術成熟度圖表:硫化物生產工藝及技術成熟度18行業進展及核心企業布局情況行業進展及核心企業布局情況n 固態電解質環節:各企業采取多條路線并行固態電解質環節:各企業采取多條路線并行研發研發的策略,
42、行業百花齊放。的策略,行業百花齊放。氧化物電解質產業鏈已初步具備規?;芰ρ趸镫娊赓|產業鏈已初步具備規?;芰Γ憾鄶祻S家能夠實現百噸級中試供應,天目先導、藍固新能源等頭部廠家,更是已經具備了千噸級別的產能。硫化物電解質的規?;慨a能力有待提升:硫化物電解質的規?;慨a能力有待提升:目前單批次產出率仍然較低,僅有少數廠家實現了批量化生產,單釜產出規模多在公斤級。n 電池制造環節:氧化物、聚合物全固態電池步入工程化初期。電池制造環節:氧化物、聚合物全固態電池步入工程化初期。氧化物和聚合物全固態電池已經步入了工程化的初期階段。核心廠家正在著手搭建GWh級別的產線。同時,對于硫化物全固態電池
43、的開發,也正在從小尺寸、低疊層數的實驗室樣品電池,向大尺寸、高容量的車規級產品轉化,以推動其商業化進程。來源:各公司公告、中泰證券研究所類型類型代表公司代表公司(電解質企業)(電解質企業)進展進展氧化物氧化物藍固新能源規劃2000噸固態電解質粉體,5萬噸原位固態化電解質,1萬噸固態電解質漿料天目先導千噸級電解質產能清陶能源具備鹵化物固態電解質批量化能力,產能60kg/天璞泰來建成年產200 噸LATP、LLZO固態電解質中試線贛鋒鋰業具備百噸到千噸級LLZO、LATP產能硫化物硫化物中科固能將建成全球首條百噸級硫化物固態電解質生產線預計2025-2026年實現滿產道氏技術自主研發出電導率高達1
44、mS/cm的硫化物固態電解質,并實現100克量級的穩定生產浙江鋒鋰已研制出LGPS、LPSCl等硫化物電解質材料,量產能力達到行業領先水平類型類型代表公司代表公司進展進展氧化物氧化物Quantum Scape推出首個5Ah商業化產品輝能科技鋰金屬負極+NCM811+氧化物體系,臺灣Taoke factory落成,規劃產能2GWh聚合物聚合物Bollor/Blue Solution磷酸鐵鋰+鋰金屬+聚合物體系,法國和加拿大工廠總產能達到1.5GWh硫化物硫化物三星SDI樣品能量密度突破900wh/LSolid Power完成20Ah電池開發寧德時代完成10Ah級別試驗平臺搭建,20Ah電池進入試
45、制階段廣汽集團完成30Ah車規級產品發布聚合物聚合物/無機物無機物復合復合清陶能源完成關鍵材料的開發,復合電解質膜電導率1mS/cm,復合膜厚度20-40m圖表:核心電池企業相關進展圖表:核心電池企業相關進展圖表:核心電解質廠商相關進展圖表:核心電解質廠商相關進展19CONTENTSCONTENTS目錄目錄C CCONTENTSCONTENTS專 業 領 先 深 度 誠 信專 業 領 先 深 度 誠 信中 泰 證 券 研 究 所中 泰 證 券 研 究 所32025年行業展望:年行業展望:低空經濟風口來臨,應用場景拓寬;政策有望低空經濟風口來臨,應用場景拓寬;政策有望加碼,產業地位提升加碼,產業
46、地位提升20固態電池行情復盤固態電池行情復盤n 復盤:固態電池行業仍處于前期技術積累階段,2023年以來出現多輪階段性主題行情,受行業熱點事件驅動;2024年,逐步形成半固態電池、全固態硫化物電池兩條主線。來源:Wind、各公司公告、中泰證券研究所圖表:圖表:2023-20242023-2024年固態電池行情復盤年固態電池行情復盤21低空經濟風口來臨,固態電池應用場景有望拓寬低空經濟風口來臨,固態電池應用場景有望拓寬n 固態電池固態電池拓寬拓寬eVTOLeVTOL的性能邊界的性能邊界,潛在應用場景增加。,潛在應用場景增加。eVTOL采用純電動力驅動,能夠實現垂直起降和分布式推進。然而,與乘用車
47、相比,eVTOL對重量的敏感度更高,續航里程成為制約其使用周轉率和商業化應用場景拓展的關鍵因素。此外,在高空航行過程中,穩定性和安全保障同樣至關重要。固態電池是解決eVTOL等低空航天器痛點問題的方案。相較于傳統液態電池,固態電池的能量密度大幅提升,這意味著在同等載重下,航空器能夠擁有更長的續航里程。同時,固態電池摒棄了可燃的液態電解液,從根本上消除了熱失控的風險,為航空器的安全飛行提供了有力保障。n 政策環境為政策環境為eVTOLeVTOL市場規模的持續增長創造了有利的條件。市場規模的持續增長創造了有利的條件。2023年底,中央經濟工作會議正式將低空經濟確立為國家戰略性新興產業,隨后在202
48、4年的政府工作報告中,“低空經濟”首次被提及。地方政府緊跟步伐,紛紛出臺相關政策,涉及資金補貼、基礎設施建設等方面,以支持低空經濟的蓬勃發展。與此同時,隨著eVTOL技術的不斷進步和監管體系的日益完善,城市空中交通需求有望被進一步激發。據Roland Berger預測,至2030年,全球載人運營的eVTOL數量將達到5000架次,并有望在2050年進一步增長至16萬架次。其中,根據國新辦提供的數據,中國低空經濟規模到2030年有望突破兩萬億元。來源:Roland Berger、中泰證券研究所圖表:全球載人運營圖表:全球載人運營eVTOLeVTOL數量預測數量預測22歐美日韓歐美日韓為顛覆現有行
49、業格局為顛覆現有行業格局率先押注固態電池率先押注固態電池n 相較于歐美日韓等國家,國內在固態電池領域的政策與資金投入相對滯后。相較于歐美日韓等國家,國內在固態電池領域的政策與資金投入相對滯后。中國在傳統液態電池產業鏈上已建立起顯著優勢,而歐美日韓則提前布局,將重心轉向下一代電池技術路線,旨在打破現有格局。從歷史角度看,這些國家對固態電池的布局較早,提供的政策和資金支持遠超國內,并已各自形成了特色鮮明的發展模式。來源:各國規劃文件、中泰證券研究所圖表:各國針對固態電池發展的相關政策及資金支持情況圖表:各國針對固態電池發展的相關政策及資金支持情況國家國家/區域區域規劃文件規劃文件內容內容資金支持資
50、金支持日本日本蓄電池產業戰略規劃建立硫化物全固態標準電池模型、建立研發平臺,啟動全固態電池基礎技術評估和開發日本經濟產業?。∕ETI)在2024年發布電池供應保證計劃,至年底共批準四大全固態電池相關的研發項目,補助金額最高約達48.5億人民幣歐盟BATTERY2030+固態電池被列為發展目標批準固態電池投資專項,多國共同出資32億歐元,同時從私人投資商中籌集50億歐元投入固態電池美國美國國家鋰電發展藍圖 2021-2030部署固態電池發展美國能源部宣布為26個實驗室項目提供2.09億美元的資金,開發固態電池及快充技術;韓國2030 K-battery 產業規劃(2021年)重點發展全固態、鋰硫
51、、鋰金屬電池政府將于2023年至2028年投入3066億韓元,私有企業至2030年將投入20萬億(151億人民幣)韓元用于研制下一代電池技術中國新能源汽車產業發展規劃(20212035年)、鋰電池行業規范條件(2024年本)將固態電池列入行業重點發展對象并提出加快研發和產業化進程累計支持國家資金超10億元23韓國極力構建本土生態,日本產學政形成協同效應韓國極力構建本土生態,日本產學政形成協同效應n 韓國模式:電池巨頭牽頭,打造完整的本土產業生態。韓國模式:電池巨頭牽頭,打造完整的本土產業生態。早在2018年11月,LG化學、三星SDI和SKI這三大韓國電池企業便攜手組建了聯盟,共同宣布將致力于
52、開發包括固態電池在內的下一代電池核心技術。進入2023年,SKI與美國初創企業Solid Power簽署了諒解備忘錄(MOU),標志著Solid Power將融入韓國的電池產業生態,與當地研發機構、設備制造商及材料供應商展開深入合作。2024年,三星SDI亦啟動全固態電池國內供應鏈的構筑。n 日本模式:傾國之力推動產業發展,產業、學界、政府日本模式:傾國之力推動產業發展,產業、學界、政府形成形成協同效應。協同效應。專利布局方面,日本優勢顯著,全球全固態電池專利申請排行榜前五名中,日本企業占四席,豐田以超過1300件的專利申請量高居榜首。2023年,日本新能源產業技術綜合開發機構(NEDO)的支
53、持下,鋰離子電池材料評價研究中心(LIBTEC)牽頭,攜手17家科研機構及33家來自汽車、電池和材料領域的企業,共同啟動了為期五年的全固態電池材料基礎技術評估與開發項目,該項目首年預算高達18億日元。日本通過構建獨特的產官學合作機制,一方面能夠集中優勢資源,精準攻克固態電池技術的核心難題,推動開發與驗證流程的規范化、標準化;另一方面,促進全產業鏈的緊密協作,有助于縮短研發周期,加速固態電池的商業化進程。來源:各公司公告、中泰證券研究所圖表:韓國固態電池產業生態圖表:韓國固態電池產業生態圖表:日本固態電池產業生態圖表:日本固態電池產業生態環節環節相關布局相關布局電池三星SDI:水原研發中心全固態
54、試產線2023年投入使用,進入產品原型交付階段;LG:與固態電池技術公司Factorial Energy簽署MOU;SKI:參股SES AI、Solid Power,與后者在韓國建設固態產線,規劃2025年投產。硫化物電解質銅箔企業Lotte Energy:擬投150億韓元建設工廠,2024年6月底,生產能力將達70噸;三星電子:規劃2025年內出樣,擬將產能擴大到每年1200噸;Samyang/Solid Ionics:規劃2027年在蔚山建設1200噸/年電解質工廠。電解質原材料:硫化鋰Samyang:建設硫化鋰供應鏈;ISU特種化學:2024年3月與慶尚北道和龜尾市簽訂MOU建設硫化鋰工
55、廠;三星電子:規劃2025年開始投資3000億韓元建設新工廠。廠家廠家相關布局相關布局車企豐田擬在電池開發投入137億美元,規劃將固態電池成本降低50%,目標在20272028年實現商業化本田開發和推出半固態和全固態電池等新一代電池,擬430億日元投資全固態電池示范生產線(21.46億元),并計劃于2025年1月開始生產日產成功開發全固態電池,目標2025年開始試生產,2028年量產一款全固態電池驅動電動汽車材料廠出光興產致力硫化物固態電解質的量產技術開發,擁有小型試驗工廠,并正在擴充產能AGC具備熔解硫化鋰等原料的自主技術。宣布將開展硫化物固態電解質業務,計劃到2025年設置大型試驗設備,2
56、0272028年之前實現商業化,2030年實現100億日元的年收入三井金屬已在量產試驗設施完成全固態鋰離子電池固體電解質的驗證,并開始提供樣品;年產量10噸以上,擬擴大到幾十噸24歐美:初創企業主導開發,老牌車廠定向扶植歐美:初創企業主導開發,老牌車廠定向扶植n 歐美模式:美國初創型科技公司主導開發,歐洲傳統老牌車廠定向進行扶植歐美模式:美國初創型科技公司主導開發,歐洲傳統老牌車廠定向進行扶植。以參股的形式參與公司運營,為準固態、全固態電池的研發提供資金、裝車應用平臺以及工程化經驗,共同推進全固態電池的驗證及商業化。對于技術路線的選擇,各企業均以實現鋰金屬負極的應用作為核心目標,當前正極材料仍
57、舊沿用中高鎳三元體系。來源:各公司公告、中泰證券研究所圖表:歐美固態電池產業生態圖表:歐美固態電池產業生態公司公司總部總部參投車企參投車企(截止(截止2025.2.72025.2.7)潛在搭載車企潛在搭載車企產品進展產品進展/規劃規劃SESSES波士頓通用集團(0.28%)SKI(8.83%)通用汽車、現代汽車、本田105.8Ah鋰金屬負極電池(32+層),實測能量密度達到399 Wh/Kg、862 Wh/L2024年建設兩條動力電池B樣產線Solid PowerSolid Power科羅拉多州寶馬集團(持股5.81%)福特集團(持股6.45%)寶馬、福特規劃2025年與SKI完成產線的建設,
58、并啟動驗證Quantum scapeQuantum scape加州圣地亞哥大眾集團(保時捷汽車控股公司持股16.82%)大眾2024年推出首個商業化產品QSE-5的B樣2025年裝配下一代產線,大批量生產B樣Factorial波士頓奔馳(領投 D輪融資)Stellantis(領投 D輪融資)奔馳、Stellantis、現代汽車推出采用干式涂層工藝的40Ah全固態電池A型樣品25外部壓力促使國家提升固態電池產業的戰略地位外部壓力促使國家提升固態電池產業的戰略地位n 中國:依托液體電池堅實的產業基礎,當前國內研發重點聚焦于半固態電池。中國:依托液體電池堅實的產業基礎,當前國內研發重點聚焦于半固態電
59、池。半固態電池作為液態電池的延伸,并不屬于顛覆性的技術變革。以往,在固態電池領域進行大規模投入的僅有行業龍頭,如寧德時代;以及由核心科研團隊孵化并收獲到車企定向扶持的企業,如衛藍新能源和清陶新能源。鑒于固態電池及其關鍵原材料的研發壁壘高,研發投入大,且投資回報周期長,多數產業鏈企業持謹慎觀望態度。因此,國家層面的政策引導和支持在此類技術的推進中扮演著至關重要的角色。n 來自外部的威脅促使國內開始投入固態電池的研發競賽。來自外部的威脅促使國內開始投入固態電池的研發競賽。2024年,國家積極引領固態電池產業生態的構建:一方面,根據中國日報報道,國內計劃斥資約60億元推動全固態電池的研發,前所未有的
60、資金支持預計將產生鯰魚效應,激勵產業鏈各方加大投入;另一方面,政府、產業、學術界、研究機構及金融機構有望攜手合作,在多部委和中國產學研合作促進會的支持下,中國全固態電池產學研協同創新平臺(CASIP)成立。該平臺將立足國家發展戰略和產業實際需求,推動高水平的學術交流與技術協同攻關,明確技術路徑,搭建公共服務平臺,以加速推動我國全固態電池產業化的步伐。來源:中國全固態電池產學研協同創新平臺、中泰證券研究所圖表:中國全固態電池產學研協同創新平臺定位圖表:中國全固態電池產學研協同創新平臺定位26CONTENTSCONTENTS目錄目錄C CCONTENTSCONTENTS專 業 領 先 深 度 誠
61、信專 業 領 先 深 度 誠 信中 泰 證 券 研 究 所中 泰 證 券 研 究 所4投資建議:投資建議:上游核心材料迎來機遇上游核心材料迎來機遇271、半固態電池有望拉動上游鋯系材料需求、半固態電池有望拉動上游鋯系材料需求n 半固態電池本質上是液態電池技術路線的延伸,而非顛覆性創新。然而,該路線融入了固態電池的關鍵增量材料,因此,半固態電池的率先應用有望促進固態電解質材料體系與工藝的開發、加速供應鏈的構建,并推動相關產業生態的形成。n 氧化物路線是氧化物路線是半固態電池半固態電池電解質電解質的主流體系,受益環節為上游的鋯系材料:的主流體系,受益環節為上游的鋯系材料:氧化物電解質的主流體系為氧
62、化物電解質的主流體系為LLZOLLZO?;谑袷徒Y構的LLZO,化學式為Li7La3Zr2O12,通過固相燒結法合成,主要原材料為碳酸鋰Li2CO3、氫氧化鑭La(OH)3、氧化鋯ZrO2和氧化鋁Al2O3。根據化學式,合成1噸的LLZO,不考慮損耗,理論上需要原材料氧化鋯ZrO2約0.2934噸;假設生產每GWh電池,消耗高鎳三元正極1689噸,同時半固態電池里電解質的使用量為正極重量的5%wt;則生產每GWh電池,固態電解質消耗量可高至84.5噸,對應約24.8噸的氧化鋯需求。鹵化物是氧化體系的衍生體系,兼具性能和成本優勢,是潛在路線之一。鹵化物是氧化體系的衍生體系,兼具性能和成本優勢
63、,是潛在路線之一。Li2ZrCl6在潮濕氣氛中的穩定性高,原材料易得,是典型的氯化物體系。參照化學式,生成1噸的Li2ZrCl6型鹵化物,不考慮損耗,理論上需要四氯化鋯ZrCl4原材料約0.7332噸;假設生產每GWh電池,消耗高鎳三元正極1689噸,且半固態電池里電解質的使用量為正極重量的5%wt;則生產每GWh電池,固態電解質消耗量可高至84.5噸,對應約61.9噸的氯化鋯需求。來源:姜鵬峰等.固態電解質鋰鑭鋯氧(LLZO)的研究進展、Science Advances、中泰證券研究所圖表:鋯系材料單位需求測算圖表:鋯系材料單位需求測算281、關注國內鋯系材料的領軍企業、關注國內鋯系材料的領
64、軍企業n 半固態電池裝機量加速提升,拉動上游鋯系原料需求增長。半固態電池裝機量加速提升,拉動上游鋯系原料需求增長。根據EVTank數據,2024年固態電池裝機量突破GWh級別,到2030年,全球固態電池的出貨量有望達到614.1GWh,其中大部分為半固態電池,2024-2030年復合增長率約為139%。參考上述測算,預計2030年氧化物/鹵化物固態電解質需求約為5.19萬噸,分別對應氧化鋯、四氯化鋯需求約1.52萬噸和3.8萬噸。n 相關標的:三祥新材。相關標的:三祥新材。公司在固態電池電解質及其原材料、核級氧化鋯以及鎂鋁合金結構件等多個業務領域實現多點布局,開辟多條增長曲線。固態電池電解質原
65、材料方面,作為國內鋯系材料的領軍企業,公司成功開發了電池級氧化鋯和四氯化鋯材料,已建設鋯基氯化物材料制備工藝小試開發線,并提供給下游客戶及相關科研院所進行氯化物電解質合成及組裝固態電池驗證,整體性能表現優良,目前鋯基氯化物已向下游固態電池工廠實現小批量供貨。來源:公司公告、中泰證券研究所圖表:三祥新材業務結構(截至圖表:三祥新材業務結構(截至20242024年年H1H1)海綿鋯海綿鋯1)工業級海綿鋯:5000噸2)核級海綿鋯,新建 1300噸生產項目寧德三祥納寧德三祥納米米三祥新材三祥新材遼寧華鋯遼寧華鋯60%80%遼寧華祥遼寧華祥寧德文達寧德文達38.62%68%氧氯化鋯氧氯化鋯規劃10 萬
66、噸氧氯化鋯項目,產品為各類鋯化合物制品的中間體。納米氧化鋯納米氧化鋯鎂鋁系產品鎂鋁系產品1)鎂合金建筑模板2)鎂、鋁合金電池 PACK 結構件3)大型一體化壓鑄292、固態電池負極迭代驅動多孔碳需求增長、固態電池負極迭代驅動多孔碳需求增長n 固態電池迭代路線的核心追求是挖掘電池能量密度的邊界,硅基負極替代石墨負極,理論克容量顯著提高,電池能量密度實現突破。硅基負極的技術路線主要包括:研磨法硅碳、硅氧和CVD法硅碳,其中,CVD法硅基負極性能突出。相較傳統研磨法,CVD法工藝先制備多孔碳材料作為基底,隨后使硅烷氣體流經此基底并發生裂解,形成納米硅沉積于多孔碳的孔隙中。多孔碳的內部空隙不僅能有效緩
67、解硅在充放電時的體積膨脹,賦予硅基負極低膨脹率與優越的循環性能。n CVDCVD法硅基負極的性能在很大程度上取決于多孔碳材料的質量。法硅基負極的性能在很大程度上取決于多孔碳材料的質量。多孔碳材料是一種由含碳前驅體經過特殊工藝處理得到的、具備豐富孔隙結構的炭素材料。它不僅是硅沉積的基材,還對鋰離子的嵌入與脫出過程具有直接影響。如果能在碳骨架上能夠形成穩定且分布均勻的孔徑,對于促進納米硅的有效沉積以及體積膨脹的限制將產生顯著效果。然而,多孔碳的生產也面臨諸多挑戰,如前驅體的批量穩定生產、原材料的穩定供應以及成本控制等,這些因素同樣對其未來的應用前景起著決定性作用。n 相關標的:圣泉集團。相關標的:
68、圣泉集團。公司自2017年起便積極布局電池材料領域。在硅碳用多孔碳材料研發方面,公司依托集團獨有的生物質精煉技術和先進的樹脂制備工藝,成功開發出適用于CVD法硅基負極的前驅體材料。公司球形多孔碳技術全球領先,產品孔結構均一可控、抗膨脹性能卓越,確保了硅烷沉積的均勻性和一致性。同時,多孔碳產品還展現出出色的抗壓能力,即使在高壓實條件下也不易破碎,從而實現了電池的長循環性能。在產能方面,圣泉集團目前擁有300噸多孔碳材料的生產能力,并計劃于2025年2月新建一條1000噸生產線并投產,有望鞏固其在市場上的先發優勢。來源:艾邦鋰電網、中泰證券研究所303、全固態硫化物電池,上游材料硫化鋰存在較大產能
69、缺口、全固態硫化物電池,上游材料硫化鋰存在較大產能缺口n 硫化物電解質上游原料產能缺口較大,制約成本降低。硫化物電解質上游原料產能缺口較大,制約成本降低。硫化物固態電解質的行業模式預計將演化為電池廠掌控核心配方,并由上游材料廠進行代工生產的格局。因此,對于上游的硫化物固態電解質生產商而言,降低生產成本成為了提升其競爭力的關鍵要素。然而,當前硫化物電解質上游原材料硫化鋰的產能存在顯著缺口,成為了制約成本降低的瓶頸因素。這主要體現在兩個方面:1)硫化鋰過去主要應用于半導體和化學催化領域,市場需求相對較小,導致產業內廠商的年產能普遍維持在噸級水平;2)由于電池設計配方尚未完全定型,硫化物電解質及其上
70、游原材料的方案仍需不斷聯動調整。并且行業內尚未形成標準化的性能要求和評價指標,量產條件尚不成熟。n 全固態電池行業對硫化鋰的需求產生了顯著的推動作用:全固態電池行業對硫化鋰的需求產生了顯著的推動作用:當前全固態電解質技術設計未定型,對于硫化物電解質的使用量,各家方案差距較大。假設生產每GWh電池,消耗高比容量正極約1441噸,硫化物電解質的使用量占正極重量的25%wt,則每生產1GWh電池,消耗硫化物電解質360噸,對應約159-185噸的硫化鋰需求。n 硫化鋰核心壁壘:硫化鋰核心壁壘:1)客戶壁壘,硫化鋰原料的質量對終端電池的性能影響較大,并且廠家無法獨立研發,需要依賴電池廠的技術輸入和反饋
71、;2)工程化能力要求高:對產品純度,粉體形貌特征、團聚度有嚴格要求,如何在放大生產的過程,保證批次一致性是對工藝能力的考驗。n 核心標的:有研新材。核心標的:有研新材。公司的高性能硫化鋰已對動力電池客戶實現小批量供應,當前各家電池廠的配方仍處于技術嚴格保密階段,公司卡位優勢明顯,有望在產業初期形成較強的客戶粘性。來源:中國科學雜志社、中泰證券研究所圖表:硫化鋰材料單位需求測算圖表:硫化鋰材料單位需求測算314、全固態硫化物電池:向干法設備迭代的趨勢明確、全固態硫化物電池:向干法設備迭代的趨勢明確n 半固態電池產線與傳統液態電池產線具有較高的兼容性。半固態電池產線與傳統液態電池產線具有較高的兼容
72、性。首先,半固態電池保留了電解液和隔膜,同時僅將固態電解質作為添加劑加入正極或涂覆在隔膜基膜表面,因此其產線、設備能夠很好地適配傳統液態電池的制造流程;其次,氧化物固態電解質因其穩定的化學性質,能夠與傳統濕法生產工藝實現良好的兼容。n 全固態電池的生產流程需要進行較大幅度的調整,干法工藝的引入是核心變化之一。全固態電池的生產流程需要進行較大幅度的調整,干法工藝的引入是核心變化之一。傳統液態電池采用的是濕法生產工藝,這一過程中,正負極的活性物質與各種添加劑需要先通過溶劑進行溶解,并在充分攪拌后形成均勻的漿料。隨后,這些漿料會被涂布到相應的基材上,經過溶劑蒸發和輥壓壓縮等步驟,最終制成極片。然而,
73、在全固態電池的生產中,干法工藝取代了濕法工藝。干法工藝直接將活性物質與添加劑等固體粉料進行均勻混合,并加入粘接劑以形成自支撐膜。之后,混合均勻的干料會通過噴涂和輥壓等步驟覆蓋在集流體表面,整個過程中無需使用任何液體溶劑。這一變化不僅簡化了生產工藝,還有助于提高電池的安全性和性能。來源:科研云平臺、中泰證券研究所圖表:傳統液態電池生產工藝圖表:傳統液態電池生產工藝圖表:全固態電池生產工藝變化圖表:全固態電池生產工藝變化32n 全固態電池的生產向干法全固態電池的生產向干法工藝工藝迭代的趨勢已明確:迭代的趨勢已明確:1)干法工藝對于硫化物全固態電池是剛需。盡管硫化物電解質的離子電導率理論上接近液態電
74、解液,但其對環境和溶劑的高度敏感性使得傳統濕法工藝難以適用。濕法工藝中,正負極極片可能殘留溶劑,會對電解質性能造成折損;2)干法工藝相較于傳統濕法工藝,在成本和效率上具有顯著優勢。一方面,干法工藝無需溶劑,從而降低了原材料成本,并省去了溶劑回收和干燥設備,進而減少了廠房空間占用和設備成本。另一方面,干法工藝整合了涂布和烘干工序,極大地提高了生產效率;3)由于去除了漿料涂覆后的溶劑蒸發過程,干法工藝極片在壓實密度、孔隙率及固固界面性能上具備顯著優勢,同時電極厚度和均勻性更加易于控制,適用于超高載量電極制備,符合固態電池迭代趨勢。n 目前,全固態電池技術尚處于方案探索的初級階段,技術路徑尚未明確。
75、與硫化鋰材料的研發情況相似,設備制造商現階段難以獨立進行開發工作,因為設備的構思、結構設計以及參數調整均高度依賴于電池制造商的技術輸入和反饋。n 相關標的:納科諾爾。相關標的:納科諾爾。2024年,清研納科建成首條鋰電池用干法電極全自動化貫通線。接下來,公司將聚焦干法制片的工藝穩定性及成本優化,同時探索固態電池應用的商業化可能性。2025年10月將籌建國內首條GWh鋰電干法電極自動化產線,裝備上實現1000mm幅寬、80m/min的機型規?;慨a。在客戶拓展方面,納科諾爾已與國內頭部客戶簽訂了干法電極設備采購合同,與四川新能源汽車創新中心有限公司等全固態電池核心研發團隊建立戰略合作關系,卡位優
76、勢明顯。來源:各公司公告、Dry electrode technology,the rising star in solid-state battery industrialization、中泰證券研究所圖表:全固態電池干法工藝示意圖圖表:全固態電池干法工藝示意圖圖表:全固態電池核心廠家工藝布局情況圖表:全固態電池核心廠家工藝布局情況4、全固態硫化物電池:向干法設備迭代的趨勢明確、全固態硫化物電池:向干法設備迭代的趨勢明確335、干法粘結劑是剛需輔材;集流體迭代趨勢明確、干法粘結劑是剛需輔材;集流體迭代趨勢明確n 全固態電池剛需輔材:干法粘結劑。全固態電池剛需輔材:干法粘結劑。全固態電池生產方
77、式向干法工藝的轉型,干法電極技術的核心在于粉末混合過程中將粘結劑進行纖維化處理,進而構建出具有自支撐性的干法電極膜。粘結劑的種類及其在極片上的分布效果,會直接影響電極的強度和電池的整體性能,同時,粘結劑的添加量也會對干法電極的生產效率產生顯著影響。n 傳統鋰電池使用的傳統鋰電池使用的PVDFPVDF粘結劑與固態電解質的兼容性不佳,不適用于全固態電池的干法工藝;粘結劑與固態電解質的兼容性不佳,不適用于全固態電池的干法工藝;聚四氟乙烯(聚四氟乙烯(PTFEPTFE)性)性能出色,在干電極技術中被廣泛用作粘結劑材料能出色,在干電極技術中被廣泛用作粘結劑材料。首先,PTFE展現出了與大多數正極、負極以
78、及電解質材料的良好相容性,同時,其具有相對較大的分子質量、高結晶度和適中的熔融溫度,絕緣性和化學穩定性也較佳。其次,PTFE在結構上由多個折疊的片層晶體組成,當受到剪切力作用時,這些微顆粒能夠發生形變并延展成為絲狀纖維,便于制備出自支撐膜。在生產過程中,活性材料、導電添加劑和PTFE被混合在一起,在高剪切工藝下PTFE纖維化。隨后,經過熱輥壓,混合物被壓制成自支撐電極膜。接著,將這片電極膜熱復合于鋁箔集流體的兩面,最終得到無溶劑的干法電極片。相關標的:東岳集團。相關標的:東岳集團。國內企業生產的PTFE的下游應用主要集中于低端塑料產品,高端PTFE主要依靠從杜邦、大金等外企進口。公司是國內最大
79、的PTFE生產廠商,轉型布局高端PTFE,有望在全固態浪潮下搶占先機,優化產品結構。來源:Maxwell、東能鈉新、郭德超等鋰離子電池用無溶劑干法電極的制備及其性能研究、中泰證券研究所圖表:粘結劑在干法工藝中的工作原理圖圖表:粘結劑在干法工藝中的工作原理圖圖表:纖維化的圖表:纖維化的PTFE形成網狀結合結構,均勻分布在干法電極形成網狀結合結構,均勻分布在干法電極的表面和內部的表面和內部346、全固態集流體向超薄化、全固態集流體向超薄化迭代迭代,提出特殊功能性需求,提出特殊功能性需求n 集流體迭代趨勢明確集流體迭代趨勢明確:一方面,固態電池技術的核心追求在于最大限度地提升電池的能量密度,因此,銅
80、箔材料需要向高強度、超薄化的方向迭代,在保證強度和性能的同時,最大限度的縮減材料單耗。另一方面,隨著固態電池的體系升級,負極路徑從石墨負極向硅基負極、鋰金屬負極過渡。這一轉變要求集流體必須適配新型負極的特性,因此,集流體需要進行表面結構優化,例如為了適配鋰金屬,銅箔需要通過特殊的表層結構設計,使得具備輔助調控鋰在其表面均勻沉積的能力。n 技術創新成為了銅箔企業突破困境的關鍵。技術創新成為了銅箔企業突破困境的關鍵。2024年,銅箔行業產能過剩直接導致加工費持續下行,銅箔企業面臨盈利困境,規避以低價策略維持開工率的低端化競爭,通過技術創新和產業鏈整合,持續調整產品結構以應對行業出清是企業破局之路。
81、n 相關標的:德??萍?。相關標的:德??萍?。1)公司精準捕捉市場需求,前瞻性地研發出4.5微米的超薄化銅箔產品,并已成功實現批量交付給行業頭部客戶;2)針對固態電池的應用需求,公司開發出獨特的雙面毛銅箔。該產品將銅箔的表面結構從傳統的2D升級為3D,通過特殊的表面設計有效限制了鋰枝晶的形成,從而提升了電池的安全性能。同時,其更高的體表面積增強了銅箔與鋰帶之間的黏附力,改善了復合效果。相關創新成果為公司帶來了顯著的技術優勢。來源:德??萍脊倬W、中泰證券研究所圖表:德??萍坚槍︿嚱饘俟虘B電池開發多孔銅箔圖表:德??萍坚槍︿嚱饘俟虘B電池開發多孔銅箔357、關注平臺型固態電池材料公司、關注平臺型固態電
82、池材料公司n 固態電池,作為成熟度較低的新型技術,其電解質、正負極材料及添加劑等均顯著區別于傳統液態電池。在電池廠的開發過程中,材料間的適配性對電池整體性能表現與穩定性起著決定性作用。材料供應商之間存在的差異化,可能加劇測試結果的波動性,從而對固態電池的整體性能與安全性構成威脅。為確保固態電池開發工作的順暢推進,電池廠應優先考慮選用性能穩定且適配性、兼容性良好的材料供應商,并力求實現采購的集中化,以降低風險并提升效率。n 相關標的:道氏技術。相關標的:道氏技術。公司聚焦固態電池材料研發制造所面臨的核心難題,在單壁碳納米管、高鎳/超高鎳三元前驅體、富鋰錳基前驅體、硅基負極、硫化物固態電解質等固態
83、電池關鍵材料領域取得一系列研發成果;截至2024年6月,已授權固態電池材料相關專利261件其中國際專利5項。通過全行業布局,公司有望整合優質材料,成為固態電池專用材料解決方案先行者。來源:道氏技術公告、中泰證券研究所圖表:道氏技術在固態電池領域的布局圖表:道氏技術在固態電池領域的布局環節環節固態電池材料相關布局固態電池材料相關布局碳納米管導電劑單壁碳納米管的年產噸級產線已實現投產,粉體性能與國際領先水平相當,已成功通過日本、韓國等頭部動力電池客戶的測試;目前已送樣包括太藍、衛藍等在內的主流固態電池廠商,其中已獲得某固態電池廠商訂單,并小批量出貨富鋰錳基前驅體已通過部分客戶的噸級驗證高鎳/超高鎳
84、三元前驅體研制水平處于行業領先地位,已與韓國浦項化學簽訂了高鎳NCM前驅體購買合同硫化物固態電解質材料已成功自主研發出電導率高達1mS/cm的硫化物固態電解質,并實現100克量級的穩定生產,目標在2025年實現公斤級以上硫化物電解質的穩定供貨鋰金屬負極與電子科技大學簽署項目技術委托開發合同,委托電子科技大學進行超薄金屬鋰負極的研發,包括單面/雙面鋰覆銅超薄鋰負極帶材的開發和自支撐超薄鋰負極帶材的開發硅基負極已規劃了技術先進的硅基負極材料一體化研發生產體系,已進行送樣評測和市場推廣 產能擴張正在進行,預計2025年底將建成10噸/月的產能負極多孔碳前驅體致力于設計合成具有高強度、低缺陷的多孔碳載
85、體,在經過納米硅沉積后能有效抑制硅碳在充放電過程中的體積膨脹等問題工藝、工程技術開發與湖南培森電子簽署戰略合作協議并籌備成立合資公司。合資公司將利用公司在新能源電池材料方面積累的的科研和生產數據優勢,結合湖南大學劉杰教授團隊的非馮諾依曼架構分子動力學計算系統“NVNMD”,開發面向新能源材料企業的先進計算和優化設計技術服務產品;與湖南云麓新能源有限公司簽署項目合作協議,結合AI計算與負極石墨化生產工藝,優化供電方案,降低能耗和生產成本36CONTENTSCONTENTS目錄目錄C CCONTENTSCONTENTS專 業 領 先 深 度 誠 信專 業 領 先 深 度 誠 信中 泰 證 券 研
86、究 所中 泰 證 券 研 究 所5風險提示風險提示37風險提示風險提示n 市場競爭風險:市場競爭風險:新能源行業增速放緩,海外增長以及盈利不及預期,國內眾多企業紛紛布局固態電池領域,造成行業競爭加劇。n 產業進展不及預期的風險:產業進展不及預期的風險:固態電池目前仍處于研發和產業化初期階段,技術成熟度有待進一步提升,大規模量產還面臨著諸多技術難題和成本瓶頸。n 新技術迭代風險:新技術迭代風險:電池技術一直以來處于持續高速發展中,新型技術路徑如氫燃料電池、鈉離子電池等可能對現有的鋰電池技術路線產生沖擊。n 市場空間測算偏差風險:市場空間測算偏差風險:本報告涉及的市場空間測算均基于一定前提假設,存
87、在實際達不到、不及預期的風險。n 研究報告使用的公開資料可能存在信息滯后或更新不及時的風險。研究報告使用的公開資料可能存在信息滯后或更新不及時的風險。研究報告部分資料來源于公司招股說明書和定期報告,使用的公開資料存在信息滯后或更新不及時的風險。38重要聲明重要聲明n 中泰證券股份有限公司(以下簡稱“本公司”)具有中國證券監督管理委員會許可的證券投資咨詢業務資格。本報告僅供本公司的客戶使用。本公司不會因接收人收到本報告而視其為客戶。n 本報告基于本公司及其研究人員認為可信的公開資料或實地調研資料,反映了作者的研究觀點,力求獨立、客觀和公正,結論不受任何第三方的授意或影響。本公司力求但不保證這些信
88、息的準確性和完整性,且本報告中的資料、意見、預測均反映報告初次公開發布時的判斷,可能會隨時調整。本公司對本報告所含信息可在不發出通知的情形下做出修改,投資者應當自行關注相應的更新或修改。本報告所載的資料、工具、意見、信息及推測只提供給客戶作參考之用,不構成任何投資、法律、會計或稅務的最終操作建議,本公司不就報告中的內容對最終操作建議做出任何擔保。本報告中所指的投資及服務可能不適合個別客戶,不構成客戶私人咨詢建議。n 市場有風險,投資需謹慎。在任何情況下,本公司不對任何人因使用本報告中的任何內容所引致的任何損失負任何責任。n 投資者應注意,在法律允許的情況下,本公司及其本公司的關聯機構可能會持有報告中涉及的公司所發行的證券并進行交易,并可能為這些公司正在提供或爭取提供投資銀行、財務顧問和金融產品等各種金融服務。本公司及其本公司的關聯機構或個人可能在本報告公開發布之前已經使用或了解其中的信息。n 本報告版權歸“中泰證券股份有限公司”所有。事先未經本公司書面授權,任何機構和個人,不得對本報告進行任何形式的翻版、發布、復制、轉載、刊登、篡改,且不得對本報告進行有悖原意的刪節或修改。