锂离子电池及关键材料技术发展与研判：动力与储能齐飞，群雄启航新征程

证券研究报告 动力与储能齐飞，群雄启航新征程 ——锂离子电池及关键材料技术发展与研判 2022年9月28日 证券分析师 陈骁 证券投资咨询资格：S1060516070001 CHENXIAO397@PINGAN.COM.CN 皮秀 证券投资咨询资格：S1060517070004 PIXIU809@PINGAN.COM.CN 张之尧 一般证券业务资格：S1060122070042 ZHANGZHIYAO757@PINGAN.COM.CN ※ 摘要 •电池行业：呈现高技术壁垒和规模经济。磷酸铁锂电池成本低、寿命长、安全性好，适合于商用车、中低端乘用车、储能等领域。三元电池比容量高、快充性优、耐低温性好，适合于中高端乘用车。动力电池行业高速发展，磷酸铁锂电池重回主导，高比能量、高安全、长寿命、快充是主要方向。储能电池市场高速增长，大型储能是主要应用市场，电芯以280Ah以上方形为主，向更大容量、低成本、长寿命和高安全方向发展；户储以100Ah以下小电芯为主，圆柱、软包、方壳封装形式均有。 •电池材料：三元正极和隔膜材料呈现高技术壁垒，磷酸铁锂、负极材料、铜箔、电解液呈现较强的规模经济。正极、负极、电解液、铜箔、隔膜是锂电池主要直接材料成本。目前三元材料和负极材料2025年前产能需求紧张，磷酸铁锂、电解液、锂电铜箔到2025年存在产能结构性过剩风险。技术上，磷酸锰铁锂材料蓄势待发，高镍、低钴、单晶等三元材料技术持续迭代，硅基材料适合圆柱动力电池，电解液新型锂盐LiFSI将实现快速增长，涂覆隔膜、三层共挤干法隔膜技术快速发展。PET铜箔有望实现产业化。 •新型电池技术：钠离子电池正在构建产业链，利好具有深厚技术实力的新兴企业；固态电池未来前景良好，需要强有力的资金支持和技术积累。 •投资机遇：1）动力电池呈现高技术壁垒、品牌效益和规模经济，建议关注具有技术积累和新扩产能的中创新航、国轩高科、亿纬锂能；储能电池注重企业品牌渠道和成本，建议关注深耕储能和新扩产能的鹏辉能源、派能科技。2）电池材料方向，三元正极和隔膜呈现高技术壁垒，磷酸铁锂、负极、电解液、锂电铜箔呈现较强的规模经济。三元正极高镍、低钴/无钴、单晶、高电压、四元等技术迭代，建议关注三元高镍出货量较高的容百科技、华友钴业（天津巴莫）。涂覆隔膜、三层共挤干法隔膜发展迅速，建议关注该技术领先的恩捷股份、星源材质。建议关注快速扩产的磷酸铁锂龙头企业湖南裕能、德方纳米、万润新能；目前国内人造石墨负极产能偏紧，建议关注产能一体化发展和大力新扩产能的贝特瑞、璞泰来。电解液产业链一体化布局降本增效明显，建议关注材料一体化布局程度较高的天赐材 料、新宙邦。锂电铜箔方向建议关注在极薄化方向实现供货的龙电华鑫、诺德股份。3）钠离子电池方向建议关注钠离子技术积累较高的中科海钠（非上市）。固态电池方向建议关注攻关硫化物/氧化物技术路线的卫蓝新能源（非上市）、蜂巢能源（非上市）。 •风险提示：1）疫情导致产业链需求不及预期风险。2）技术路线变化风险。3）原材料价格波动风险。4）市场竞争加剧风险。 2 CONTENT 目录 锂离子电池：铁锂和三元各有所长，降本增效是关键 1.1总体概况：铁锂和三元各有优势，方形综合性能最优 1.2动力电池：高比能量/高安全/长寿命/快充是主要方向 1.3储能电池：磷酸铁锂低成本、长寿命，是国内主流路线 电池材料：新型材料有效提升电池性能 2.1总体概况：以五大关键材料为主，资源供应端是机会 2.2正极材料：磷酸锰铁锂蓄势待发，高镍/低钴/单晶快速发展 2.3负极材料：硅基材料提升电池容量，适合圆柱电池 2.4电解液：新型锂盐有望快速增长，添加剂开发和配方是关键 2.5锂电铜箔：PET铜箔提升综合性能，加速实现产业化 2.6隔膜：新型隔膜基材和湿法涂覆是重点研发方向 新型电池技术：性能优越有效降本，有望抢滩动力和储能应用 3.1钠离子电池：有望入局储能和入门级电动车市场 3.2固态电池：车规级硫化物及氧化物固态电池有望率先应用 投资建议与风险提示 1.1 总体概况：锂离子电池卓越性能使其成为最佳的储能载体 •锂离子电池是指以锂为能量载体的二次电池（充电电池），充电时锂离子从正极脱出，经过电解液和隔膜，嵌入负极，放电发生相反过程，又称摇椅式电池。 •锂是常温下电荷/质量比最高的固体物质，使锂离子电池成为能量密度最高的储能单元。同时，锂离子电池还具有寿命长（循环寿命超过2000次）、额定电压高 （3.2-3.7V）、功率承受能力高（三元电池可达到3C充放电能力）、自放电率低、高低温适应性强、绿色环保等优点。 •锂离子电池发展始于消费领域，目前在动力和储能领域快速发展。 锂离子电池结构 三种二次电池性能对比锂离子电池产业链全景图 锂离子电池铅酸电池镍氢电池 单体比能量 （Wh/kg） • • 三元可以260磷酸铁锂170左右 •30左右 •70左右 循环寿命 （室温） •三元电池2000次 •磷酸铁锂电池 5000次 •普通版500-800次•1000次 •铅炭电池4000次 日历寿命 （室温） •8年以上 •普通版2年左右 •铅炭电池15年 •10年以上 数据来源:GGII,亿欧智库，平安证券研究所数据来源:GGII,亿欧智库，平安证券研究所 1.1总体概况：磷酸铁锂电池成本、寿命、安全性较优，三元锂电池比容量、快充、耐低温较好 •锂离子电池按照正极材料不同分为磷酸铁锂电池和三元锂电池。磷酸铁锂材料生产资源丰富，成本、循环寿命和热稳定性优于三元材料，适合于商用车、中低端乘用车、储能等领域。三元锂电池理论比容量（能量密度）比磷酸铁锂高60%，充电倍率更高，低温性能好，适合于中高端乘用车等领域。 磷酸（锰）铁锂电池和三元锂电池性能对比 类型 磷酸铁锂（LFP） 磷酸锰铁锂（LMFP） 镍钴锂三元（NCM） 镍钴铝三元（NCA） 结构 橄榄石 橄榄石 层状 层状 正极材料资源 LiFePO4 LiMnxFe1-xPO4 LiNixCoyMn1-x-yO2 LiNixCoyAl1-x-yO2 正极材料资源 磷铁资源丰富 磷铁资源丰富 钴资源贫乏 钴资源贫乏 正极合成工艺 较难 较难 较难 难 理论比容量（mAh/g） 170 - 275 - 实际比容量（mAh/g） 130-150 - 150-220 150-220 电压平台（V） 3.2 4.1 3.7 3.7 循环寿命（次） 4000-6000 - 2000-3000 2000-3000 充电速度 较慢 较慢 快 快 安全性能 优 优 良 良 倍率性能 一般 较优 优 优 综合成本 低 较低 高 高 优点安全性好，循环寿命厂，成安全性好，比容量高，成本低比容量高；倍率性好本低 应用领域商用车、中低端乘用车、储能等中高端乘用车等 缺点能力密度低，低温性能差；存在两个电压平台安全性低，循环寿命短 数据来源:GGII,亿欧智库，平安证券研究所 1.1总体概况：方形电池综合性能最优，软包电池能量密度最高，圆形电池一致性较高 •锂离子电池按照封装工艺不同分为方形电池、软包电池和圆柱电池。 •方形电池优点是封装可靠度较高、结构简单、单体能量密度较高、系统成组效率较高、稳定性相对较好，缺点是型号多， 工艺难统一，单体差异性较大，使系统寿命低于单体寿命。 •软包电池采用铝塑膜包装，优点是能量密度较高，电池内组小、循环寿命长，缺点是高端铝塑膜依赖进口、生产效率低、成品率不高。 •圆柱电池硬壳封装可靠度较高，优点是电池一致性较高，工艺成熟，成本较低，电池产品良率、散热性能较好，但缺点是成组后散热设计难度大，系统能量密度较低。 锂离子电池按封装工艺不同分类 三种锂离子电池优缺点分析 方形电池 软包电池 圆柱电池 锂离子电池 电池类型方形电池圆柱电池软包电池 优点 封装可靠度高；安全性高；系统能量效率高；能量密度较高；结构较为简单，扩容相对方便；单体容量大，系统构成相对简单，稳定性好；续航能力突出 散热性能提升，能量密度提升，温升降低，倍率性能提升 尺寸变化灵活；能量密度高；重量轻；内阻小 封装材料：铝壳/钢壳 铝塑膜钢壳/铝壳 型号多，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 注液效率低；成组效率低导致电池包能量密度不高，生产工艺难度大 机械强度差；封口工艺难；成组结构复杂；设计难度大；成本性、一致性、安全性表现一般 缺点 数据来源：GGII，钜大锂电,平安证券研究所数据来源:GGII,亿欧智库，平安证券研究所 •中国动力电池装机量保持高速增长势态，到2025年年均复合增长率达到49%。受中国新能源汽车快速增长拉动，中国动力电池装机量2022年上半年达到110.1GWh，同比增长109.8%，预计2022年装机量超过280GWh，2025年将超过750GWh。 •磷酸铁锂动力电池重回主导地位。近三年内，随着政策补贴力度下降，磷酸铁锂在成本、安全方面的优势逐渐显现，市场装机快速上升，市场占比逐年提升，2021年实现对三元电池装机量的反超，2022年上半动力电池份额增至到55%。 2019-2025年中国动力电池装机量及预测（GWh）2018-2022H1年中国动力电池产品结构装机量占比变化 800 600 动力电池装机量增长率 143% 602.0 430.0 755.0 150% 125% 100% 100% 80% 60% 三元磷酸铁锂其他 400 200 0 62.263.6 9% 2% 154.5 83% 282.4 52% 40% 25% 75% 50% 25% 0% 40% 33% 38% 52% 55% 39% 66% 61% 58% 48% 45% 20% 0% 2019202020212022E2023E2024E2025E 数据来源:中国汽车动力电池产业创新联盟，亿欧智库，平安证券研究所 20182019202020212022H1 数据来源:亿欧智库，GGII,平安证券研究所 •企业竞争呈现一超一强多雄格局。一超是指宁德时代，占据国内近一半市场份额。一强指比亚迪，凭借刀片电池和汽车制造一体化布局快 100% 2020年-2022年H1国内动力电池企业装机量占比变化 速扩张，增速较快，占据约23%市场份额，2020年-2022年H1市占率快速上升。多雄指中创新航、国轩高科、孚能科技、蜂巢能源等，2020年-2022年H1市占率呈稳步上升趋势。 •头部企业进入快速扩张期。据不完全统计，截至2021年底，国内6家头部企业在建产能合计超1.5TWh，是已有产能的2.7倍，产能扩张迅速。 2021年6家头部动力电池企业装机量、产能、在建产能对比（GWh，不完全统计） 宁德时代比亚迪中创新航国轩高科孚能科技蜂巢能源 93.7 24 8.6 7.12.92.4 600 500 400 300 16.9% 75% 50% 25% 1.80% 1.1% 8.4% 1.7% 1.6% 1.4% 0.7% 1.7% 5.6% 0.8% 0.9% 1.2% 50.0% 22.9% 7.1% 4.9% 3.2% 1.7% 1.7% 其他 亿纬锂能欣旺达多氟多蜂巢能源孚能科技LGES 国轩高科中创新航比亚迪宁德时代 48.4% 14.5% 5.9% 4.7% 6.7% 52.5% 16.8% 6.1% 4.6% 4.5% 200 100 0 2021装机量 2021年底产能 在建产能 0% 2020年2021年2022年H1 数据来源：GGII，Wind，平安证券研究所数据来源：GGII,起点锂电大数据，平安证券研究所 •高比能量方面，三元软包电池单体能量密度最高到达300Wh/kg。目前三元方壳电池单体比能量已接近300Wh/kg，系统能量密度达到255Wh/kg。磷酸铁锂刀片（方形）电池能量密度接近170Wh/kg，系统能量密度超过140Wh