固态电池行业专题报告：锂电终局技术，产业加速落地

证 券 研2024年05月15日 究 报锂电终局技术，产业加速落地 告—固态电池行业专题报告 推荐(维持)投资要点 分析师：黎江涛 lijt@cfsc.com.cn 联系人：潘子扬 S1050521120002 S1050122090009 panzy@cfsc.com.cn 行业相对表现 表现 电池(申万)沪深300 1M3M12M -0.413.4-29.7 3.08.7-8.5 市场表现 (%)电池沪深300 10 0 -10 -20 -30 -40 -50 资料来源：Wind，华鑫证券研究 相关研究 1、《新能源汽车行业周报：年报季接近尾声，汽车以旧换新政策印发》2024-04-29 2、《新能源汽车行业周报：小米汽车订单火爆，低空经济政策频出》2024-03-31 3、《新能源汽车行业周报：小米汽车发布在即，关注供应链投资机会》2024-03-24 行业研究 ▌安全及高能量密度，固态电池优势尽显 新能源汽车行业快速发展，但安全事故频发，能量密度瓶颈呈现，是亟待解决的核心问题。固态电池以固态电解质替代易燃的电解液，可实现电池本征安全，同时兼容更好性能的正负极材料，可大幅提升锂电池能量密度，兼具高安全与高能量密度，成为全面提升锂电池性能的必然选择。 ▌多方势力引领，产业化进程加速 全固态电池性能全面，但存在成本高、固-固界面导电性差等问题，限制其大规模商业化应用。半固态电池作为过渡技术，目前已在蔚来、东风岚图、上汽智己等品牌批量上车。此外，eVTOL行业高速发展，其对电池能量密度、安全性、倍率性能等提出更高要求，现有电池技术无法满足其要求，固态电池有望在eVTOL迎批量应用，产业发展有望受益。 全球主要国家均对固态电池行业积极布局，海外主要企业如SolidPower、丰田、三星SDI等均选择硫化物路线作为固态电池技术方向，并以研发全固态电池为主；国内企业如卫蓝、清陶等均选择氧化物路线，并先行研制、生产半固态电池。在海内外车企、电池厂共同推动下，产业化进程有望持续提速。 ▌材料体系升级，创造产业新机遇 锂电池技术向固态电池转变过程将带动材料体系升级，主要包括：1）固态电解质：固态电池以固态电解质替代电解液及隔膜；氧化物体系下锆、镧等材料有望受益；硫化物体系下则锗或将迎新机遇；2）正负极材料：正极将更广泛的应用高镍三元，并逐渐向富锂锰基转变；负极将向硅基负极、锂金属负极演化；3）多孔铜箔：对比传统电解铜箔，多孔铜箔可改善固态电池锂离子传输效率，提升循环，进一步增强固态电池安全性，与固态电池更适配；4）铝塑膜：软包叠片可以改善固态电池柔韧性，或为最适用于固态电池的装配方式，有望带动铝塑膜需求。 ▌行业评级及投资策略 固态电池兼具高安全性与高能量密度，或将成锂电池终局技术选择。国内车企、电池厂共同推动半固态电池产业化先 行，固态电池行业有望提速，给予行业“推荐”评级。建议重点关注宁德时代、当升科技、上海洗霸、金龙羽、三祥新材、东方锆业等。 2024-05-14 EPS PE 公司代码 名称 投资评级 重点关注公司及盈利预测 ▌风险提示 下游需求不及预期；固态电池产业化进程不及预期；推荐公司业绩不及预期；推荐公司固态电池研发进展不及预期；其他系统性风险。 股价 2023 2024E 2025E 2023 2024E 2025E 300750.SZ宁德时代 199.01 11.79 11.09 13.28 17 18 15 买入 300073.SZ当升科技 42.07 3.80 2.26 2.76 11 19 15 买入 603663.SH三祥新材 16.48 0.19 0.35 0.46 87 47 36 未评级 资料来源：Wind，华鑫证券研究（注：未评级盈利预测取自万得一致预期） 正文目录 1、锂电技术终局，海内外加速推进6 1.1、优势显著，固态电池或将成锂电技术终局6 1.2、多技术路径并存，终局路径尚未明晰9 1.3、海内外企业共同推进，产业化进程加速13 1.4、eVTOL等场景打开固态电池成长空间18 2、材料体系革新，创造产业新机19 2.1、固态电解质：革新变化，多方势力争相布局19 2.2、正极材料：高镍三元渗透率提升，富锂锰基有望应用21 2.3、负极材料：短期向硅基发展，长期锂金属有望应用23 2.4、铜箔：多孔铜箔有望获渗透率提升24 2.5、铝塑膜：软包叠片或为固态电池最优选，铝塑膜有望加速应用25 3、行业评级及投资策略27 4、重点推荐个股28 4.1、宁德时代28 4.2、当升科技28 4.3、上海洗霸30 4.4、金龙羽31 4.5、三祥新材32 4.6、东方锆业33 5、风险提示34 图表目录 图表1：动力电池技术发展趋势6 图表2：液体/固态电池结构示意图6 图表3：固态、半固态及液态电池对比7 图表4：锂电池热失控成因7 图表5：主流正极材料对比8 图表6：主流负极材料对比8 图表7：液态电池与聚合物固态电池在-20℃的对比表现8 图表8：全固态电池发展面临的核心科学问题9 图表9：主流固态电解质对比9 图表10：各类氧化物与硫化物固态电解质金属成本9 图表11：各类型氧化物固态电解质对比10 图表12：代表性硫化物电解质的离子电导率及活化能11 图表13：各类型聚合物固态电解质对比12 图表14：海内外主流固态电池企业技术路线选择12 图表15：海外全固态电池产业化路线图13 图表16：全球固态电池产业布局13 图表17：部分车企固态电池布局动态14 图表18：SolidPower固态电池规划15 图表19：SolidPower产能情况15 图表20：QS固态电池进展及规划15 图表21：QS固态电池商业化路径图15 图表22：丰田固态电池产业化路径图15 图表23：中国固态电池企业产能规划16 图表24：中国企业固态电池技术进展及上车规划17 图表25：中国低空经济国家层面政策18 图表26：eVTOL对电池参数要求18 图表27：固态电解质成膜工艺20 图表28：清陶能源台州项目固态电解质各组分耗量20 图表29：LLZTO固态电解质对镧/锆/钽氧化物需求20 图表30：国内部分企业固态电解质产业化进程及产能布局情况21 图表31：主流正极材料性能对比22 图表32：主要正极材料企业固态电池布局情况22 图表33：液态电池到固态电池负极材料变化图谱23 图表34：主流负极材料性能对比23 图表35：国内企业硅基负极布局24 图表36：国内企业金属锂负极布局24 图表37：泡沫铜具备诸多优势25 图表38：泡沫铜用量低于复合铜箔及电解铜箔25 图表39：固态电池一体化叠片工艺26 图表5：重点关注公司及盈利预测27 图表41：宁德时代凝聚态电池单体能量密度可达500Wh/kg28 图表42：宁德时代凝聚态电池使用创新材料28 图表43：当升科技与固态电池企业披露合作情况29 图表44：清陶与卫蓝公司概况29 图表45：清陶与卫蓝固态电池装车对比29 图表46：卫蓝新能源产能30 图表47：清陶能源产能30 图表48：公司固态电池产业合作情况30 图表49：公司固态电池产业链布局进展31 图表50：公司固态电解质相关专利32 图表51：公司固态电池相关研发项目33 1、锂电技术终局，海内外加速推进 1.1、优势显著，固态电池或将成锂电技术终局 高安全、高能量密度的固态电池为锂电池发展必由之路。全球电动化快速发展，锂离子电池凭借高能量密度、长循环寿命等优势成为消费电子、新能源汽车、储能等诸多下游行业主要供能载体，支撑全球电动化进程。但随着新能源汽车渗透率持续提升，由于电池热失控导致的新能源车安全事故成为新能源车行业面临的一大挑战；此外，随着液态锂电池技术愈发成熟，其能量密度提升愈发困难，限制新能源车续航提升，里程焦虑成为限制新能源车渗透率进一步提升另一大瓶颈。全固态电池使用固体电解质替代易燃易爆的电解液，实现电池本征安全，同时可以应用更高比容量的正负极材料，打开锂电池能量密度天花板，成为全面提升锂电池性能的必然选择。 图表1：动力电池技术发展趋势图表2：液体/固态电池结构示意图 资料来源：《固态电池技术发展现状综述》，华鑫证券研究资料来源：锂电前沿，华鑫证券研究 液态电池为目前全球锂电池主流技术，工艺及供应链成熟，成本低，但电池本征安全问题及能量密度限制其进一步发展。半固态电池安全性及能量密度较液态电池有所提升，且产线与液态电池可以较好的兼容，成为液态与固态电池之间的过渡方案；固态电池可以解决电池本征安全问题，并可大幅提升锂电池能量密度，此外具有更好的宽温性能，是锂电池发展终局之选，但目前仍有制造成本高、固固界面导电性差等问题，限制其大规模商业化应用。 图表3：固态、半固态及液态电池对比 资料来源：亿欧智库，华鑫证券研究 固态电池核心优势之一为其具有高安全性，主要由于其以热稳定性强、不易燃的固态电解质，替代易燃的液态电解液，大幅降低电池自燃、爆炸风险。此外，固态电解质具有更高的机械强度，能更好地抵抗电池内部的机械应力，防止锂枝晶穿透隔膜导致短路。同时，其化学稳定性强，不易与电极材料发生反应，进一步增加电池稳定性。因此，机械滥用、电滥用、热滥用三大锂电池热失控主要成因，在固态电池的应用下均得到良好的解决，固态电池安全性较液态电池大幅提升。 图表4：锂电池热失控成因 资料来源：当宁消防网，华鑫证券研究 固态电池另一大核心优势为能量密度大幅提升。其提升能量密度主要通过：1）以固态电解质替代液态电解质与隔膜，减少电池内部非活性材料，增加有效储能空间；2）固态电解质不易燃，不挥发，也不易引起电池内部短路，使电池可以承受更高电压，使用更广泛的电极材料，如金属锂负极、富锂锰基等，同时提升正负极材料比容量及电压平台，进而 提升能量密度；3）结构优化，由于没有液态电解质，固态电池结构设计可以更紧凑，减少电池组件之间的空间，从而提高体积能量密度。 图表5：主流正极材料对比图表6：主流负极材料对比 理论容量 主流正极材料（mAh/g） 实际容量 （mAh/g） 成本电 磷酸铁锂 170 140-145 高镍三元 280 富锂 主流负极材料 理论容量 （mAh/g） 实际容量 （mAh/g） 优势 劣势 石墨 372 300-345 电导率高；化学性能稳定；锂离子嵌入容量高 嵌锂容量较低，限制锂电池能量密度 硅碳负极 4200 400-650 比容量高；电化学嵌锂电位低；快充性能优异；硅元素储量丰富；环境友好 体积膨胀率高；导电性差；循环寿命低；首次效 率低 锂金属 3860 - 比容量高；电极电位极低 金属锂化学稳定性差，易与氧气、水发生反应；锂枝晶的存在可能导致：太长刺穿隔膜导致短路；电 流强度较大导致断裂 资料来源：《富锂锰基正极材料研究进展》，《高容量富锂正极材料的挑战与最新进展》，《磷酸铁锂电池及其发展现状》，鑫椤锂电，华鑫证券研究 资料来源：《蓬勃发展的金属锂负极》，华经产业研究院，锂电池技术知识平台，贝特瑞官网，华鑫证券研究 除高安全性及能量密度，固态电池具有更好的低温性能。液态电池在低温下，由于电解液粘度增加，锂离子电导率降低，电池内阻上升，容量损失较大，甚至可能因电解液凝固导致电池无法正常工作。固态电池由于使用固态电解质，避免了液态电解质的这些问题，根据《Tailoringpolymerelectrolyteionicconductivityforproductionoflow-temperatureoperatingquasi-all-solid-statelithiummetalbatteries》，聚合物固态电池在-20℃的表现远优于液态电池，且在-50℃条件下仍能正常工作。 图表7：液态电池与聚合物固态电池在-20℃的对比表现 资料来源：《Tailoringpolymerelectrolyteionicconductivityforproductionoflow-tem