固态电池深度系列二：硫化物未来潜力最大，开启电池发展新纪元

证券研究报告·行业研究·电力设备与新能源行业 硫化物未来潜力最大，开启电池发展新纪元 --固态电池深度系列二 电新首席证券分析师：曾朵红执业证书编号：S0600516080001联系邮箱：zengdh@dwzq.com.cn 电动车首席证券分析师：阮巧燕执业证书编号：S0600517120002联系邮箱：ruanqy@dwzq.com.cn 联系电话：021-601997932024年12月1日 摘要 国内24年开始加大支持力度，全固态电池产业化节奏加快。国内液态电池技术大幅领先于海外，海外加码全固态电池希望弯道超车，频繁宣传后续量产计划，引发国内危机意识，24年政府加大相关研发和支持力度，国内全固态电池产业化节奏加快。产业端看，全固态电池的材料体系基本定型，主流路线为高镍+锂磷硫氯+锂金属体系，安全性大幅提升，能量密度400-500wh/kg，但由于工艺、设备并不成熟，目前电芯尺寸较小（不超过20Ah），循环次数不够（600-700次），快充性能有限（低于2C），成本较为昂贵（4-5元/wh），制约全固态电池商业化进程。节奏方面，半固态电池技术先行，23-24年开启小批量装车发布，全固态电池预计27年开启小批量量产，主要以示范运营为主，规模在0.5GWh左右，目标成本降至2元/wh，随着规模效应释放，成本的持续下降，30年规模有望达3-5GWh，35年规模有望突破300GWh。 硫化物路线未来潜力最大，头部电池厂商均重点布局，其中前驱体硫化锂为降本关键。固态电解质是实现全固态电池性能的关键，其中硫化物发展潜力最大，因为其离子电导率最高，质地软容易加工，成为主流厂商的重点布局路线。硫化物电解质中，锂磷硫氯具备成本优势，成为量产主流选择，目前报价1-4万元/公斤，降本的关键在于前驱体硫化锂，多因素导致其价格昂贵，目前报价在500万元/吨以上，后续随着工艺、设备突破后，成本有望大幅降低。此外，全固态电池的工艺难点在于前道成膜环节，对固态电解质膜的厚度、材料分散的均匀性和负极的平整度的控制要求大幅提升，要求为微米甚至纳米级别，目前生产设备仍不成熟，无法达到量产要求，需要定向开发相关设备和技术，才能保证电池性能的一致性。整体看，全固态电池量产需解决两大问题，持续降低固态电解质的成本，提升生产设备的精度和能力，未来突破后有望开启商业化进程。 投资建议：产业链看，全固态电池技术壁垒更高，正极厂商横向拓展固态电解质环节，此外干法工艺、导电剂、锂金属、硅碳负极等也迎来机遇，建议关注几条主线：①电池推荐宁德时代（凝聚态+硫化物）、比亚迪（硫化物）；②电解质推荐容百科技（正极+硫化物）、当升科技（正极+硫化物）、湖南裕能（正极+电解质）、天赐材料（硫化物+硫化锂）、恩捷股份（硫化物+硫化锂），重点关注厦钨新能（正极+硫化锂），关注三祥新材（氧化物/卤化物）等；③添加剂推荐天奈科技（导电剂）、元力股份（硅碳）等；④设备推荐纳科诺尔 （干法电极）、曼恩斯特（陶瓷化+干法电极）、先导智能（固态整线）、璞泰来（前中段+电解质），关注 赢合科技（前中段）等。 风险提示：新技术量产进度不及预期；行业发展不及预期；行业竞争加剧的风险。 目录 Part1:全固态电池大幅提升安全性，突破后有望替代液态电池 Part2:海外抢先押注全固态电池，国内加快引导行业发展 Part3:硫化物未来潜力最大，为主流厂商重点布局路线 Part6:国内、海外相关公司近况更新 Part4:硫化物路线存在诸多难点，带来材料/工艺/设备全新变化Part5:全固态电池取消隔膜/电解液，新增固态电解质/锂金属 Part7:投资建议&风险提示 PART1全固态电池大幅提升安全性，突破后有望替代液态电池 固态电池：电池的终极技术，相当于把汽油换成沙子 液态电池为正极+电解液+隔膜+负极结构，为目前大规模量产形态； 半固态电池为正极+电解液+隔膜（涂覆固态电解质）+负极结构，和液态电池结构一致，被认为是过渡态技术； 全固态电池为正极+固态电解质片+负极结构，电池整体为三明治结构，被认为是未来电池终极技术； 液态电池到全固态电池，核心是将电解液+隔膜替换为固态电解质。电解液相当于汽油，汽油浸润性好，但容易燃烧，安全性不足；固态电解质相当于沙子，安全性大幅提升，但是浸润性差。电解液到固态电解质，相当于沙子去替换汽油，这是一把双刃剑，必然带来一些优势，但也会引入避免不了的劣势。 图液态/固态电池结构示意图 液态电池固态电池 图液态电池到全固态电池，核心是将电解液+隔膜替换为固态电解质 电解液>>汽油固态电解质>>沙子 固态电池：提升安全性+能量密度，降低循环+快充性能 传统液态电池中，电解液相当于汽油，汽油浸润性好，对应循环次数高，快充性能好，但容易燃烧，对应的是安全性不足，能量密度有限； 固态电池中，固态电解质相当于沙子，大幅提升安全性，打破能量密度瓶颈，但是浸润性差，有固-固界面问 题，对应的是循环次数低，快充性能差。 液态电池到全固态电池，会提升安全性、提升能量密度，但是降低循环次数和快充性能，电池终极技术或为一把双刃剑。 图全固态电池无惧破损，剪开后还可使用（安全性相关） 图全固态电池打开能量密度上限（能量密度相关） 图固-固接触VS固-液接触（循环、快充相关） 固态电池液态电池 图电极材料膨胀造成应力堆积（循环相关） 活性材料膨胀开裂活性材料与固态电解质分离 固态电池：有诸多本质的难点，制约中期商业化进程 固态电池虽然具备安全性、高能量密度的终极标签，但是由于固-固界面的引入，离子电导率低、界面稳定性差，带来循环、快充等问题，制约其商业化进程。 循环寿命差：液态电池可达1.5万次，固态电池仅为几百次； 快充性能差：液态电池已达4-6C，固态电池部分可达2-3C，但大部分基本在0.5C以下； 加工性能差：固体无流动性，类比沙子，加工难度大； 成本高昂：液态电池成本0.2-0.3元/Wh，固态电池成本4-5元/Wh，为液态电池的十倍以上。 表固/液电解质电导率对比图全固态电池成本显著高于现有液态电池 电解质电导率 聚合物固态电解质常温𝟏𝟎−𝟓S/cm，高温𝟏𝟎−𝟒S/cm 氧化物固态电解质𝟏𝟎−𝟒S/cm 硫化物固态电解质𝟏𝟎−𝟑S/cm 液态电解质𝟏𝟎−𝟏S/cm 固态电池：待短板性能突破后，有望大规模替代液态电池 固态电池的短板是电解液换为固态电解质的必然结果，目前液态电池的综合性能较好，成本处于较低水平，而固态电池想要大规模的替换掉液态电池，短板性能需要达到电车要求，而此时液态电池性能必然过剩。 固态电池（性能均衡时候）：安全性好，能量密度高，具备核心优势，但循环+快充性能也需满足电车需求， 性能较为均衡，快充性能4C以上，循环3000次以上，续航1000km以上。 液态电池（必然性能过剩）：固态电池满足以上条件时，液态电池快充性能或达6-8C以上，循环或达2万次以上，性能必然过剩，此时引入固态电解质，才能将短板性能达到电车要求，进而成为电池终极路线，我们预计时间点至少在2030年以后。 图极氪001/小米su7性能均衡，4C快充+1000km续航图：麒麟电池为目前电池最优解 PART2海外抢先押注全固态电池，国内加快引导行业发展 9 10 注：24年11月1日，日元汇率0.0468、欧元汇率7.74、美元汇率7.11 数据来源：各国官网，东吴证券研究所 海外政策：抢先研发布局全固态电池，资金补贴大力推进技术落地 海外整体布局领先，大额补贴抢先押注全固态电池技术。日本押注硫化物路线，研发布局最早，技术和专利全球领先，打造车企和电池厂共同研发体系，政府资金扶持力度超2千亿日元（94亿元RMB），力争30年实现全固态电池商业化，能量密度目标500Wh/kg。韩国选择氧化物和硫化物路线并行，政府提供税收抵免支持固态电池研发，叠加动力电池巨头联合推进，目标于25-28年开发出能量密度400Wh/kg的商用技术，30年完成装车。欧洲以聚合物路线为主，同时布局硫化物路线，其中德国研发布局投入最大。美国全路线布局，由能源部出资，初创公司主导研发，并与众多车企达成合作，目标在30年达到能量密度500Wh/kg。 表海外国家固态电池政策梳理 国家时间规划内容 2010年4月在日本经济产业省、新能源与产业技术开发机构（NEDO）和产业技术综合研究所（AIST）的支持下，成立LIBTEC研究中心，负责“下一代电池材料评估技术开发”项目，成员包括丰 田、本田、日产、马自达、松下等35家企业。 2007年NEDO启动“下一代汽车用高性能蓄电系统技术开发”项目，2030年能量密度目标500Wh/kg，1000W/kg，1万日元/kWh，远期目标700Wh/kg，1000W/kg，5千日元/kWh。 日本2018年6月NEDO宣布在未来5年内投资100亿日元，由丰田、本田、日产、松下等23家企业，以及日本理化学研究所等15家学术机构联合研发全固态锂电池，到2022年全面掌握相关技术。 2021年NEDO部署“电动汽车创新电池开发”项目(2021-2025年)，计划投入166亿日元，开发超越锂电池的新型电池（包括氟化物电池、锌负极电池），增强电池和汽车行业的竞争力。2022年5月NEDO宣布投入1510亿日元，用于资助包括高性能电池及材料研发主题和10个固态电池课题等18个课题，并着重开发700-800Wh/L高容量电池。 2022年9月日本经济产业省发布《蓄电池产业战略》，目标在2030年实现全固态电池的正式商业化应用，确保卤代电池、锌负极电池等新型电池的技术优势，并完善全固态电池量产制造体系。 公布《K-BatteryDevelopmentStrategy》，政府协助研发固态电池等新一代电池技术并提供税收优惠，投资设备和投资研发最高可享20%及50%的税收抵免，在2025年推动锂硫电2021年7月池和2027年全固态电池的实际商业化应用。具体开发①全固态电池，选择重量轻的硫化物全固态电池，安全性高的氧化物系全固态电池，2025-2028年具备400Wh/kg的商用技术， 2030年完成装车验证；②锂金属电池，2025-2028年具备400Wh/kg的商用技术，2030年完成装车验证。 2018年11月LG化学、三星SDI、SK创新联合成立下一代1000亿韩元（9000万美元）电池基金，用于共同研发固态电池、锂金属电池和锂硫电池等下一代电池技术。 韩国 2017年10月德国联邦教育和研究部出资320万欧元，发起为期三年的凝胶电解质和锂金属负极固态电池研究项目，由德国系统与创新研究所（Fraunhofer）承担。 2018年11月德国政府投资10亿欧元支持固态电池技术研发与生产，并支持建立动力电池研发联盟，聚焦固态电池技术开发，瓦尔塔迈科、巴斯夫、福特德国、大众已加入该联盟。 2018年12月公布《电池2030+》，明确全固态高性能锂离子电池、金属锂空气电池、锂硫电池迭代路线，目标2030年电池实际性能与理论性能差距缩小至少1/2，耐用性和可靠性至少提升3倍。 欧洲2019年12月批准欧洲共同利益重大项目（IPCEI），由欧盟七国共同出资32亿欧元，同时从私人投资商中筹集50亿欧元，用于研发下一代创新、环保锂电池技术（包括电解液、固态电池等）。2021年EUROBAT（欧洲汽车和工业电池制造商协会）发布《2030电池创新路线图》，提出锂电池迭代目标为更高能量密度和更高安全性，明确固态电池技术为研发方向。 2022年5月德国系统与创新研究所发布《固态电池技术路线图2035+》，由100多名专家共同参与制定，预计硅基负极+高镍三元+硫化物电解质固态电池能量密度25-30年达275Wh/kg， 650Wh/L，35年达325Wh/kg，835Wh/L，锂金属负极+高镍三元正极