固态电池专题研究：产业链初步成形，产业化稳步推进

新能源行业深度研究 固态电池专题研究：产业链初步成形，产业化稳步推进 / / 2023年10月16日 【投资要点】 市场对固态电池已经建立了概念认知并具备了板块效应。固态电池相关标的以及钙钛矿相关标的在2023年2月及7月的强劲表现，主要原因是市场对新技术领域的挖掘和短期偏好而带来的投资机会。这波行情代表着固态电池首次作为主题概念被市场挖掘出来，并形成了板块效应。类比人形机器人第一及第二波行情，固态电池下一次行情的启动会需要产业层面有重要的或者实质性的技术突破。 固态电池的优势确保了产业向其发展的趋势。面对新能源和智能电网等的需求，市场迫切需要支持发展高安全性、长寿命和高比能量的化学储能技术，固态电池能量密度高、安全性能好、工作温度范围广的优势在这些需求下尤为突出。相比传统锂电池，固态电池的能量密度可从300Wh/kg提升至500Wh/kg，大幅增强续航能力。安全性方面，由于固态电池中的固态电解质弹性模量较高，可以有效抑制锂枝晶的生长，提高电池安全性能。此外，固态电池通过采用超离子导体、固液结合、热管理等方式实现宽温区工作。 固态电池正负极和电解质材料技术迭代路线已较为明确。电解质短期从液态电解质转向固液混合电解质，长期向固态电解质发展。固态电解质又分为氧化物、硫化物、聚合物三种技术路线。负极由石墨材料向理论比容量更高、工作电压更低的硅基材料发展，长期来看锂金属由于具有最低的电化学势更具发展潜力。正极短期内将沿用传统锂电池正极材料，长期为了追求更高的能量密度以及工作电位，高镍层状氧化物以及富锂锰基正极材料将是发展方向。 各企业持续加码固态电池相关布局，推动产业化进程。在国家鼓励发展固态电池的背景下，各企业纷纷投入研发并布局相关产能。赣锋锂业20GWh新型锂电池科技产业园项目于2022年开工；卫蓝新能源于2022年11月完成了车规级固态动力电芯产业化工程项目厂房建设及产线投建；辉能科技计划在法国北部的敦刻尔克新建一座电池工厂，预计2026年开始生产。 【配置建议】 固态电池能量密度高、安全性能好、工作温度范围广，是锂电池较为确定的产业发展方向，未来潜力巨大，建议关注固态电池以及产业链相关个股：上海洗霸，赣锋锂业，当升科技和QuantumScape。 【风险提示】 固态电池技术研发进展不及预期；技术路线变革；产业政策变化 挖掘价值投资成长 强于大市（维持） 东方财富证券研究所 证券分析师：周旭辉 证书编号：S1160521050001 联系人：程文祥 联系电话：021-23586475 相对指数表现 1.32% -4.93% -11.18% -17.43% -23.68%8/2210/2212/222/224/226/22 -29.93% 电气设备沪深300 相关研究 行业研究 新能源 证券研究报告 2017 正文目录 1.固态电池优势显著，下一代锂电池升级方向4 1.1.固态电池：概念普及已经完成4 1.2.固态电池：产业趋势的确定性7 2.固态电池产业链演进方向8 2.1.电解质8 2.2.负极10 2.3.正极12 3.固态电池产业化进程14 3.1.各个国家固态电池布局进展14 3.2.固态电池市场空间与产业化瓶颈17 3.2.1固态电池市场空间17 3.2.2固态电池产业化瓶颈17 3.3.各重点企业固态电池布局进展18 3.3.1赣锋锂业18 3.3.2清陶能源20 3.3.3卫蓝新能源21 3.3.4国轩高科22 3.3.5孚能科技23 3.3.6辉能科技24 3.3.7QuantumScape（美股）24 3.3.8天目先导25 3.3.9当升科技26 3.3.10上海洗霸27 3.3.11其他固态电池产业链上游布局企业28 4.投资建议29 5.风险提示29 图表目录 图表1：2023年1月至7月固态电池相关标的股价表现4 图表2：2023年1月至7月钙钛矿相关标的表现5 图表3：2022年4月至2023年3月人形机器人相关标的表现6 图表4：电池应用的性能要求及固态电池可能的解决思路7 图表5：不同类型锂电池的能量密度8 图表6：LiMn2O4/Li电池首次充电后在阳极表面形成锂枝晶示意图8 图表7：金属锂负极在液态电池中的问题、后果以及影响9 图表8：SEI膜增厚过程9 图表9：固态电解质对比情况9 图表10：负极材料对比情况10 图表11：硅碳材料与硅氧材料对比情况10 图表12：LLZO对熔融锂的接触角测试11 图表13：处理过的泡沫铜对熔融锂浸润性的影响11 图表14：人工SEI保护层形成过程模拟12 图表15：SEI对均匀的Li沉积促进作用对比图（左：有SEI的情况右：无SEI 2017 的情况）12 图表16：正极材料对比情况12 图表17：层状材料结构13 图表18：正极材料充放电过程中体积变化13 图表19：LiCoO2/Li10GeP2S12/In电池在充电前后的截面X射线断层成像13 图表20：电解质/正极界面修饰改性方法14 图表21：日产公布的固态电池生产设备15 图表22：清陶能源固态电解质膜卷对卷连续生产图15 图表23：中国固态电池行业相关政策16 图表24：预计2023-2030年固态电池市场空间17 图表25：预计2023-2030年固态电池出货量17 图表26：部分电解质单价18 图表27：赣锋锂业发展历程18 图表28：赣锋锂业混合固液锂离子电池及动力电池19 图表29：赣锋锂业固态锂电池模组19 图表30：赣锋锂业产业进展20 图表31：清陶能源发展历程20 图表32：清陶能源部分固态电池相关专利21 图表33：清陶能源乘用车pack固态电池21 图表34：清陶能源通信电子类固态电池21 图表35：卫蓝新能源发展历程22 图表36：卫蓝新能源30Ah固态锂离子电芯22 图表37：卫蓝新能源13S固态锂离子电池包22 图表38：国轩高科发展历程23 图表39：孚能科技电芯产品23 图表40：孚能科技电池包产品23 图表41：辉能科技氧化物电解质固态电池示意图24 图表42：辉能科技大型锂陶瓷固态电池(LLCB)24 图表43：QuantumScape固态电池24 图表44：天目先导发展历程25 图表45：天目先导纳米硅碳复合负极材料25 图表46：天目先导部分固态电池相关专利26 图表47：当升科技发展历程26 图表48：当升科技与固态电池企业合作情况27 图表49：上海洗霸固态电解质送样情况28 图表50：公司盈利预测和估值（截止2023年10月13日）29 2017 1.固态电池优势显著，下一代锂电池升级方向 1.1.固态电池：概念普及已经完成 2023年2月以及7月国内和美股固态电池相关标的市场表现强劲。1月中下旬到2月中旬东方锆业、上海洗霸、金龙羽、QuantumScape的涨幅分别为43.59%/82.48%/60.26%/24.83%；相对于沪深300指数的超额收益分别为 43.85%/82.75%/60.52%/25.09%。6月末至7月初各标的涨幅分别为 10.07%/10.83%/11.27%/24.24%，相对于沪深300指数的超额收益分别为 10.12%/10.88%/11.32%/24.29%。 图表1：2023年1月至7月固态电池相关标的股价表现 资料来源：Choice行情序列，东方财富证券研究所(注：横轴日期为2023年1月3日至2023年7月31日，采用收盘价。) 产业层面并未有重大技术突破。在2023年1月举行的广州车展上，多家车企宣布加速布局固态电池。东风汽车表示，目前正在研发的第二代固态电池，预计将在2024年上半年实现量产搭载，届时整车续航里程可达1000公里以上；长安深蓝也表示，开始加速半固态电池研发，目前已经进入工程化研发阶段，2025年将搭载整车应用。此外，上海洗霸试产的锂离子电池固态电解质粉体先进材料相关产品的合作研究处于吨级至拾吨级/年工业化标准产线阶段。7月份中国科学技术大学设计并合成了新型固态电解质氧氯化锆锂，在具备极强成本优势的同时，氧氯化锆锂的综合性能与目前最先进的硫化物、氯化物固态电解 2017 质相当。政策层面，2023年1月工信部等六部门发布关于推动能源电子产业发展的指导意见，核心为加快研发固态电池、钠离子电池、氢储能/燃料电池等新型电池。国家发改委举行6月份新闻发布会，表示推动压缩空气储能、液流电池、固态电池等新型储能关键技术突破。总体看，固态电池行情启动前，行业层面有一些进展，但是并未有看到重大的技术突破。 2月与7月的行情主要原因为短期市场风格切换，即资金主动挖掘固态电池这一新技术方向。上述公司均与固态电池产业链相关，东方锆业生产的二氧化锆是固态电解质钽掺杂锂镧锆氧（英文简称LLZTO）的主要原材料之一，上海洗霸生产固态电池电解质粉体，金龙羽研发生产氧化物固态电解质及硅碳负极材料，QuantumScape研发并生产固态电池。此外，在同一时间段，光伏领域的钙钛矿相关标的同样表现强劲，例如万润股份、京山轻机以及隆华科技均大幅上涨。而在产业层面，固态电池或者钙钛矿电池并未有见到突破性的进展，因此2月和7月份固态电池板块的上涨，更多是由于市场对新技术领域的挖掘和短期偏好而带来的投资机会。虽然上涨时间不长，但这是固态电池首次作为主题概念被市场挖掘出来，并形成了板块效应。固态电池相关个股强势的表现，建立了固态电池板块概念的在二级市场的认知。 图表2：2023年1月至7月钙钛矿相关标的表现 资料来源：Choice行情序列，东方财富证券研究所(注：横轴日期为2023年1月3日至2023年7月31日，采用收盘价。) 固态电池2月份行情和人形机器人第一阶段行情类似，均属于市场概念普 及期。如图3所示，以人形机器人核心标的鸣志电器、双环传动和绿的谐波等为例，马斯克在2022年4月仅仅宣布Optimus可能于下一年开始生产，机器人相关标的便在2022年5月至2022年8月迎来了一波上涨行情。2022年8月之 后，机器人概念迎来调整，直到2023年11月底，ChatGPT聊天机器人走红，马斯克也推出了具备高阶功能的Optimus，机器人概念随后开启了第二波行情。 2017 复盘来看，人形机器人第一波的行情更多的其实是市场建立机器人概念认知的过程，而第二阶段的行情则是源于ChatGPT的出现为机器人未来软件层面的能力打开了想象空间，高阶功能的Optimus则显示了硬件层面的有效突破。2023年2月固态电池和钙钛矿电池行情，与人形机器人第一阶段行情较为相似，均属于相关概念第一次被市场认知和熟悉的阶段，产业层面仍有很多待解决的问题。因此，我们也可以合理推测，固态电池或者钙钛矿电池下一次行情的启动会需要产业层面有重要的或者实质性的技术突破。 图表3：2022年4月至2023年3月人形机器人相关标的表现 资料来源：Choice技术分析，东方财富证券研究所(注：横轴日期为2022年4月1日至2023年7月20日，采用收盘价) 2017 1.2.固态电池：产业趋势的确定性 固态电池相比液态电池的多种优点，为锂电池产业向其发展奠定基础。面对新能源储能和智能电网等的需求，市场迫切需要支持发展高安全性、长寿命和高比能量的化学储能技术。例如高能量密度的电池可以提升新能源汽车的续航能力；高安全性可以消除消费者相关顾虑，增强产品市场竞争力；工作温度范围广的电池可以适应更复杂的气候条件从而扩展市场需求。固态电池可以充分满足这些需求，发展前景广阔。 图表4：电池应用的性能要求及固态电池可能的解决思路 电池应用性能要求 固态电池的可能解决途径 质量能量密度高 采用高能量密度嵌入化合物、硫基、空气等作为正极 体积能量密度高 致密薄层电解质技术，高压实密度嵌入化合物正极 循环寿命长 正负极均有较小体积膨胀，保持界面接触的机制，例如复合电极、柔性、无定形、凝胶态界面 体积变化小 存在体积变化缓冲机制，复合电极 宽温区工作（−70～150℃） 超离子导体、固液结合、热管理 倍率