新能源汽车产业链行业：新技术系列报告（三）：固态电池发展方向探讨：详解硫化物电解质路线

看好（维持） 固态电池发展方向探讨：详解硫化物电解质路线 ——新技术系列报告（三） 行业研究|深度报告新能源汽车产业链行业 国家/地区中国 行业新能源汽车产业链行业 报告发布日期2024年07月22日 核心观点 全固态电池新技术方向确定，硫化物路线获头部企业青睐。能量密度更高以及安全性更好的全固态电池吸引了来自各界的重点关注及大力投入：一方面主流企业加速 入场，从车企到电池、材料，全产业链形成合力，新技术趋势明确；另一方面，面对全球化竞争与锂电池追求高质量发展的背景，发展固态电池具战略意义有望受到政策支持。全固态电池的核心是固态电解质材料，其中硫化物固态电解质因其室温电导率高，可加工性强等特点被认为是最满足电动车需求并可能实现商业化的固态电解质材料，因而获得了丰田、三星、宁德时代等海内外头部企业的青睐，有望成为全固态电池主流技术路线。 硫化物电解质价值量占比较高，硫化锂为核心原材料降本空间可观。在不同晶体结构的硫化物电解质中，综合热安全特性、成本、工艺成熟度等因素来看，硫银锗矿 型电解质LPSCl是硫化物全固态电池较好的技术路线选择。硫化锂是合成LPSCl电解质的关键原料，目前主要生产方法有机械球磨法、高温还原法、溶剂法等。这些制备工艺对温度、水分、能耗要求较高，因此受技术制约，硫化锂价格居高不下，占据硫化物固态电解质成本的近80%，同时也是硫化物全固态电池价值链的核心所在。长期来看，硫化锂合成工艺优化将成为硫化物全固态电池降本路径上的重要一环，若硫化锂价格从当前约480万元/吨降至30万元/吨，电池BOM成本有望下降超70%至0.61元/Wh。 全固态电池长期空间广阔，硫化物有望迎来发展机遇。全固态电池作为真正意义上的革命性新技术，量产应用仍面临一系列的挑战。从主要企业的固态电池研发和量 产计划来看，我们认为全固态电池有望于2027年实现量产，并于2030年起开启降本通道起点。我们预计全固态电池早期有望率先应用于消费电子、航空航天和高端电动车市场，到2030年在动力电池和消费电池中的渗透率分别达到2%和10%，对应85.8GWh出货量，届时硫化物将为全固态电池主要技术路线，从0到1有望孕育跨越式发展机遇。 投资建议与投资标的 全固态电池作为最具前景的下一代电池技术之一，获得全产业链的共同关注与合力布局，面对全球范围内的竞争态势，与锂电行业谋求高质量发展的新要求，其产业化发展具有双重战略意义，新技术方向性明确。从学术界泰斗与产业界龙头不约而同的路线选择来看，硫化物固态电池或成为率先实现量产落地的全固态电池技术路线。硫化物电解质及其关键原材料硫化锂，开发与制备均面临较大技术与工艺挑战，将成为全固态电池的价值链核心环节，长期降本空间巨大。 建议关注前瞻布局硫化物固态电池路线的企业：宁德时代(300750，买入)、容百科技(688005，未评级)、恩捷股份(002812，未评级)、天齐锂业(002466，未评级)、有研新材(600206，未评级)。 风险提示 固态电池产业化进度不及预期、技术路线革新风险、政策支持力度不及预期、下游需求不及预期、假设条件变化影响测算结果。 卢日鑫021-63325888*6118 lurixin@orientsec.com.cn 执业证书编号：S0860515100003 李梦强limengqiang@orientsec.com.cn 执业证书编号：S0860517100003 林煜linyu1@orientsec.com.cn 执业证书编号：S0860521080002 杨雨浓yangyunong@orientsec.com.cn 朱洪羽zhuhongyu@orientsec.com.cn 正力新能发布半固态电池，关注固态电池 2024-04-22 在车用与低空的应用潜力固态电池进展连连，关注新技术窗口期机 2024-04-03 会半固态装车元年已至，下一代电池技术蕴 2024-02-27 藏机遇：——新技术系列报告（二） 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 目录 全固态电池趋势明确，硫化物路线潜力值得关注5 硫化物固态电池材料与工艺详解8 硫化物电解质分类8 硫化物电解质制备工艺及难点9 硫化锂：电解质关键原料，合成难度大12 硫化物固态电池价值链拆解：硫化锂为核心降本点15 市场空间：2030年全固态电池需求预计达85GWh17 硫化物固态电池相关公司19 宁德时代 19 比亚迪 20 恩力动力 20 高能时代 22 马车动力 23 料企业24 容百科技24恩捷股份 24 天齐锂业 25 上海屹锂 26 有研新材 26 电池企业19 材 投资建议27 风险提示28 图表目录 图1：锂电池产业链上市公司资本开支（单位：亿元）5 图2：锂电中游产业链季度归母净利润（单位：亿元）5 图3：2024年国内半固态电池装机（单位：MWh）5 图4：固态电解质对比6 图5：全球固态电池企业技术路线7 图6：硫化物全固态电池在过去十年中的重要工业进展7 图7：欧阳明高院士团队高安全高比能固态电池研发技术路线图7 图8：三种晶态硫化物固态电解质结构8 图9：固相法制备硫化物固态电解质工艺流程9 图10：固态电解质膜湿法制备工艺流程11 图11：固态电解质膜干法制备工艺流程12 图12：硫化锂晶体结构12 图13：机械球磨法工艺流程13 图14：高温还原法工艺流程14 图15：溶剂法工艺流程14 图16：硫化物固态电池材料成本拆分15 图17：普通三元电池材料成本拆分15 图18：硫化锂价格对硫化物固态电解质与固态电池的成本影响15 图19：硫化物固态电池降本路径16 图20：全球主要企业固态电池规划情况17 图21：宁德时代全固态电池技术和制造成熟度时间表19 图22：弗迪电池固态电池发展阶段20 图23：恩力动力固态电池推广路径：IoT→无人机→EV21 图24：恩力动力全固态电池21 图25：高能时代硫化锂产品规格22 图26：马车动力硅基全固态电芯体结构及电芯化成曲线23 图27：硫化物固态电解质产品矩阵23 图28：上海屹锂产品迭代历程26 表1：硫化物电解质的分类与对比9 表2：硫化物固态电解质原材料理化性质10 表3：全球固态电池出货量预测（单位：GWh）17 表4：湖南恩捷研发平台布局24 表5：湖南恩捷产品布局25 表6：天齐锂业研发投入25 表7：有研新材硫化固态电解质相关专利申请26 全固态电池趋势明确，硫化物路线潜力值得关注 锂电产业链逐步走向复苏，新技术有望强化增长趋势。2020年以来随着新能源汽车高速增长，产业链各个环节出现供不应求情况，锂电产业链各环节产能随之大幅增长，这也导致产能过剩现象日益凸显，价格出现剧烈波动，最终导致锂电产业链进入产能过剩困境，全产业链盈利大幅恶化。而随着下游新能源车销量持续增长以及相关企业变得更为理性，企业资本开支有所收缩，产能过剩情况将开始得到缓解。而从盈利趋势看，经过前期价格竞争后，价格及盈利已经处于历史底部，随着供需格局改善叠加优质产品脱颖而出，产业链整体盈利有望在Q2迎来趋势性拐点。在行业走出底部趋势向上的过程中，新技术方向更容易受到关注，与行业反弹叠加，强化增长趋势。 图1：锂电池产业链上市公司资本开支（单位：亿元）图2：锂电中游产业链季度归母净利润（单位：亿元） 三元前驱体三元正极 200 隔膜 电解液 铁锂正极负极 铜箔辅材 150 100 50 0 -50 900 800 700 600 500 400 300 200 100 2019Q1 2019Q2 2019Q3 2019Q4 2020Q1 2020Q2 2020Q3 2020Q4 2021Q1 2021Q2 2021Q3 2021Q4 2022Q1 2022Q2 2022Q3 2022Q4 2023Q1 2023Q2 2023Q3 2023Q4 2024Q1 0 数据来源：Wind，东方证券研究所注：据57家锂电上市公司数据统计 数据来源：Wind，东方证券研究所 固态电池是被产业和政策选定的锂电新技术方向。产业端，年初以来国内半固态电池产业化进展连连，以上汽、广汽为代表的车企成为推动半固态电池装车的中坚力量，2024年上半年半固态电池实现装车量2.15GWh；锂电产业链主流企业加速入场，电池厂或披露研发进展，或发布固态新品，材料厂布局电解质开发，积极送样配套供货。从车企到电池、材料，全产业链形成合力，大大提高了固态电池新技术趋势的确定性。政策端，一方面工信部行业新规范引导企业加强技术创新、提高产品质量，另一方面有官媒消息称国家将投入约60亿元用于全固态电池研发，项目会由相关部委牵头实施，六家企业或获得政府资金支持；全球化竞争下，为巩固和维系我国在锂电池领域的优势地位，发展固态电池具有很高的战略意义，有望获得国家层面的鼓励与支持。 图3：2024年国内半固态电池装机（单位：MWh） 600 500 400 300 200 100 0 1月2月 3月4月5月6月 数据来源：中国动力电池产业创新联盟，东方证券研究所 目前，主流的固态电解质分为聚合物、氧化物、硫化物三大路线。其中，聚合物固态电解质拥有良好的成膜性，但室温下离子电导率过低，单独使用无法满足需求。氧化物固态电解质对水氧不敏感且电导率适中，过去在热稳定性与电化学窗口高、而材料价格低的优势加持下，成为国内团队的主流选择，并搭载半固态电池实现率先上车。但其与电极材料的界面接触问题成为不可忽视的短板，离子电导率也对电池快充性能构成较大限制，如上汽清陶推出的第一代半固态电池即是一款2C快充电池，通过在电解质中保留5-10%的液体含量、在氧化物电解质中添加聚合物形成复合电解质，将纳米化的复合固态电解质膜涂覆在电极片上，最终达到提高离子电导率的目的。在传统液态电池开始向6C突破的当下，氧化物电解质的发展路径尚不明朗。 图4：固态电解质对比 硫化物固态电解质由于其具有很好的加工性能以及极高的离子电导率，被认为是全固态锂电池中的有利竞争者。与氧化物固态电解质相比，硫化物固态电解质合成温度较低，杨氏模量低，更易加工和致密化，与正负极材料的界面接触性更好，粉末冷压成片后便能获得较高的离子电导率。 不过，硫化物电解质也面临着在空气中不稳定、合成成本高的问题。由于硫化物遇空气会迅速水解生成毒性气体，因此电解质合成需在惰性气氛环境下进行，造成研发、制造、运输及储存成本高昂。 数据来源：IDTechEx，东方证券研究所 离子电导率优势突出，龙头路线向硫化物倾斜。2024年4月28日，宁德时代首席科学家吴凯在 CIBF2024先进电池前沿技术研讨会上首次详细公布了其全固态电池的研发进展，采用硫化物固态电解质。在此之前，硫化物路线主要为海外企业所青睐，既包括丰田、三星等日韩企业，也包括部分欧美企业，如SolidPower和SvoltEnergy，已成功制造了20Ah硫化物全固态电池，SolidPower、Samsung和Nissan已开始建设硫化物全固态电池试制线。同时，硫化物路线同样受到学界关注，四川新能源汽车创新中心背靠欧阳明高院士团队，走在全固态电池的研发前沿，也将硫化物全固态电池作为下一代电池的技术方向。 图5：全球固态电池企业技术路线 数据来源：IDTechEx，东方证券研究所 图6：硫化物全固态电池在过去十年中的重要工业进展 数据来源：ChallengesandOpportunitiesofPracticalSulfide-basedAll-Solid-StateBatteries，东方证券研究所 图7：欧阳明高院士团队高安全高比能固态电池研发技术路线图 数据来源：四川新能源汽车创新中心，东方证券研究所 硫化物固态电池材料与工艺详解 硫化物电解质分类 硫化物固态电解质通常以晶体结构划分为玻璃态、玻璃陶瓷态和晶态，其