固态电池：上天入海，剑指未来

行业报告|行业深度研究 证券研究报告 2024年12月28日 电力设备 固态电池：上天入海，剑指未来 作者： 分析师孙潇雅SAC执业证书编号：S1110520080009 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 行业评级：强于大市（维持评级）上次评级：强于大市 摘要 顶层设计： 固态是锂电池的核心技术迭代，更是全球角逐龙头的新质生产力。自国家从高层开始力推低空经济后，基于低空飞行器对高能量密度电芯的刚需属性，全固态电芯规模化量产的必要性和产业趋势在加强，且低空经济对全固态电池的成本接纳程度高，有助于推广全固态电池实现0-1的规模化应用突破。 1、设备：解决固固界面等技术难点，是固态电池工艺的增量设备 固固界面会影响电池循环/倍率性能，全干法工艺可以避免溶剂与硫化物电解质接触和反应。纳科诺尔领先性：在国内率先开发出干法辊压一体机，陆续向客户提供十多套干法电极设备。 2、电解质：核心在硫化锂，堪称器人中的“丝杠” 硫化物电解质的重要性体现在：1）是从0-1的新材料；2）在全固态电池中成本占比高。硫化物电解质中核心原材料是硫化锂，从中长期降本逻辑看，能同时生产硫化锂和硫化物电解质的厂家有望是中长期的龙头。在不同工艺路线中，我们更看好溶剂法的降本潜力。 3、碳管：价值量&利润率提升 固态碳管用量大幅增加系【固态电池有大量的电解质仅有离子导电性，需CNT提供电子导电】。单wh价值&高代产品利润率提升。 4、工艺制造：强者恒强看好宁德 宁德在液态电池领域已充分证明其在【材料体系】、【工程制造】的绝对优势，也是固态电池突破的关键点。 投资建议：国产难度大+边际增量大（跟液态电池比）+格局优（产品壁垒高） 1）干法电极设备-最大的边际变化增量之一【纳科诺尔】；2）跟液态比价值量提升+国产替代难度大，电解质（硫化锂）-我们认为液项溶剂法降本潜力更大【天赐材料】，其次建议关注【厦钨新能】、【有研新材】，【容百科技】（与基础化工团队联合覆盖）等；3）用量提升+单壁管竞争优势-【天奈科技】；4）最后回归电芯制造-【宁德时代】。 风险提示：固态电池技术攻关不及预期，下游应用进展低于预期，上游原材料价格波动风险，新技术替代风险 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明2 1 为什么看好固态电池？ 技术够“新”+空间够“大” 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明3 4 固态电池是一种利用固态电解质取代传统液态电解质以提升锂离子电池安全性、稳定性和循环寿命的新技术。 固态电池的高能量密度可以解决“里程焦虑”。续航里程是新能源车发展早期的最大痛点之一，而能量密度是制约带电量和续航 里程的最关键因素。固态电池可以采用硅碳、金属锂等高比容量的负极，能量密度可以轻松达到300Wh/kg以上，以金属锂做负 极甚至达到500Wh/kg，彻底解决续航里程短的问题。 固态电池安全性明显强于液态电池。固态电池不含有机电解液，降低了起火风险，增强消费者对新能源汽车安全性的信心。 资料来源：石大胜华公众号，天风证券研究所 5 固态电池具有三种分类，分别为半固态、准固态和全固态，它们的液体含量分别为5-10wt%、0-5wt%、0wt%。 半固态电池：相对于液态电池减少了电解液的使用量，并增加了复合电解质。此外，负极从石墨体系升级到预锂化的硅基负极/锂 金属负极，正极从高镍升级到了高镍高电压/富锂锰基等。隔膜仍然保留并涂覆有固态电解质涂层，锂盐从LiPF6升级为LiTFSI， 能量密度可达350Wh/kg。 准固态电池：在全固态电池中加入少量液态电解液（通常小于5wt.%）的情况下得到的。液态电解液的作用主要是浸润界面。 全固态电池：与液态电池相比取消了原有的电解液，采用固态电解质，并以薄膜的形式分隔正负极，从而替代隔膜的作用。负极从石墨体系升级到预锂化的硅基负极/锂金属负极，正极从高镍升级到了超高镍/镍锰酸锂/富锂锰基等。全固态电池的能量密度可 达500Wh/kg。 图：锂电池发展路线 •政策推动低空经济商业化应用。自2023年12月起，政府对低空经济的重视持续提升，中央经济工作会议将其提升至战略性新兴产业 ，各部门和地方政府陆续出台政策，推动eVTOL需求并促进新场景应用的落地。具体措施包括：1）在中央层面，工业和信息化部等四部门联合发布《通用航空装备创新应用实施方案（2024-2030年）》，明确提出低空经济发展目标，2027年，以无人化、电动化、智能化为技术特征的新型通用航空装备在城市空运物流配送、应急救援等领域实现商业应用；2030年，通用航空装备全面融入人民生产生活各领域，成为低空经济增长的强大推动力；2）在地方层面，北京市出台《关于促进中关村延庆园无人机产业创新发展行动方案（2024-2026年）》等进一步促进eVTOL产业发展，推动低空经济新场景的应用。 •低空经济涵盖消费与工业场景，市场设备数量快速增长。低空经济涉及居民消费与工业应用两大场景，包括旅行观光、私人飞行、物 流配送、城市建设等场景；1）在居民消费场景中，截至2023年底，全行业无人机拥有者注册用户92.9万个，其中个人用户84.9万个。全行业注册无人机共126.7万架，比2022年底增长32.2%；2）在工业应用场景，截至2023年底，获得通用航空经营许可证的传统通用航空企业690家，通用航空在册航空器总数达到3303架，获得通用航空经营许可证，且使用民用无人机的通用航空企业19825家。 场景 具体场景 内容 居民消费 旅游观光 低空旅游项目中，已有深圳、西安、武汉、海口等100多个城市探索推出空中游览项目。 私人飞行 梁平通用机场累计飞行超6.8万余小时、总飞行18万余架次，高空跳伞13000余伞次。 空中游览 海南省航空运动协会低空涉旅项目统计的12家企业，预计2023年接待游客约2.8万人次，年度总产值约9000万元。 工业应用 物流配送 美团无人机在深圳开通了约30条航线，完成订单超过30万单。顺丰旗下的丰翼无人机在大湾区已实现常态化运营，日均运输单量破万。 商业应用 2023年，中国注册无人机数量达126.7万架，同比增长32.2%。 表：低空经济近年部分地方政策 表：低空经济具体运用场景及市场规模 政策 发布城市 发布日期 关于促进中关村延庆园无人机产业创新 发展行动方案(2024-2026年) 北京市中关村 2024年 平湖市航空航天产业创新集群发展专项政策 浙江省平湖市 2023年8月 安徽省加快培育发展低空经济实施方案 (2024-2027年)及若干措施 安徽省 2024年4月 资料来源：低空交通与经济专业委员会公众号，永麟科技公众号，湖北无人机协 会公众号等，天风证券研究所 6 固态电池是eVTOL（电动垂直起降飞行器）核心动力系统的关键需求。作为eVTOL低空经济飞行器的核心部件，电池性能直接影响飞行器的安全性和飞行性能。1）从能量密度来说：eVTOL垂直起飞所需的动力是地面行驶的10-15倍，商用门槛高达400Wh/kg，而固态电池的能量密度可以达到500瓦时/千克2）从充放电倍率来说，eVTOL的飞行需要经历起飞、巡航、降落等阶段，其中起降阶段要求电池的瞬间充放电倍率在5C以上，而固态电池的充电速度比传统锂离子电池快大约5～6倍；3）从安全性来说：低空经济需要很高的安全性， 固态电解质的使用有效降低了电池自燃的风险。与此同时，业内众多公司积极合作，共同推动eVTOL技术的发展。以亿航智能为例，其 EH216-S已成功完成全球首次搭载固态电池的eVTOL飞行试验，这标志着该领域在固态电池技术上的重大突破。 表：固态电池要求参数 表：企业与eVTOL合作进展 资料来源：证券时报公众号等，天风证券研究所 7 指标 参数 能量密度 目前已达285Wh/kg,2030年目标500Wh/kg, 2040年目标1000Wh/kg 功率密度 2030年目标 1.25kW/kg,2040年目标 2.5kW/kg 倍率 ≥5C 循环次数 ≥1000次 企业 eVTOL合作进展 宁德时代 公司凝聚态电池能量密度最高可达500Wh/kg，正在进行民用电动载人飞机项目的合作开发。8月3日，宁德时代与峰飞航空签署战略投资和合作协议，宁德时代投资数亿美元，加码eVTOL电动垂直起降航空器赛道 正力新能 正力新能的半固态航空电池产品具备兼顾高能量密度、高功率、高安全、超级快充于一体的“三高一快”特点。公司已与国内外多家头部eVTOL建立合作关系，为各类电动航空器动力系统提供一站式开发服务。 亿航智能 ·11月，EH216-S电动垂直起降飞行器（eVTOL）已经成功完成了全球首次搭载固态电池的飞行试验·亿航智能与欣界能源及国际先进技术应用推进中心（合肥）低空经济电池能源研究院合作研发的高能量固态电池取得了重大技术突破·亿航智能计划与合作伙伴继续深入合作，进一步测试和优化EH216-S的性能和稳定性，目标在2025年底前实现固态电池在EH216-S的认证和装机量产 •固态电池在高端汽车领域的应用日益广泛。其技术为新能源汽车带来了诸多优势，如固态电池拥有更高的续航能力，固态电池的循环寿命是传统锂离子电池的两倍以上。理想状态下，固态电池循环性能可以达到45000次左右；同时，固态电池拥有较高的能量密度， 从而重量比锂电池低，可以有效减少车重。在当下，已有多款车型采用了固态电池技术。例如，2023年12月，蔚来汽车CEO亲自驾驶 搭载150度半固态电池的ET7进行直播路试。 •固态电池的市场规模前景广阔。根据研究机构EVTank最近发布的《2024年中国固态电池行业发展白皮书》，预计到2030年，全球固态电池出货量将达到614.1GWh，其在整体锂电池市场的渗透率预计约为10%。预计全固态电池的大规模产业化将于2030年左右 实现。 表：固态电池搭载汽车进展 图：全球固态（半固态）电池出货量预测：GWH 车企 进展 蔚来汽车 2023年12月，蔚来CEO李斌驾驶搭载150度半固态电池的ET7进行了路试直播，续航里程达到1044公里，剩余电量3%。蔚来150度电池包的能量密度达到360Wh/kg。 上汽集团 上汽集团发布了固态电池时间表：2026年，全固态电池实现交付量产，能量密度超过400Wh/kg，是传统动力电池的一倍以上；2027年，搭载全固态电池的智己新车实现量产交付 广汽埃安 广汽集团宣布其全固态电池研发成果已于2024年4月发布。公司正计划在2026年将该技术应用于汽车搭载。 奇瑞汽车 奇瑞汽车10月宣布，计划在2026年实现全固态电池上车，2027年规模化量产。 700 20232024E2025E2026E2027E2028E2029E2030E 600 500 400 300 200 100 0 -100 -200 资料来源：中国证券报公众号，汽车纵横AutoReview公众号，EVTank，北极星储能网等，天风证券研究所 2 从生产流程出发看设备投资价值 ——核心在干法电极 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明9 资料来源：3060公众号，LANCI澜社汽车，InteractAnalysis公众号等，天风证券研究所 10 液态电池：顾名思义，它的电解质是液态的，主要由有机溶剂和锂盐组成。一直以来，液态电池产品大幅推进了可移动电子设备 的规模化应用，不断推动着社会朝着智能化和清洁化方向发展。但液态锂离子电池体系，逐步发展到了本身材料体系所能达到的瓶颈：1）能量密度难以突破350Wh/kg的极限；2）有机物液态电 解质带来的安全性问题；3）电池服役过程中电解液的挥发、干涸、 泄露等现象；因此业界需要研发超越液态电池的新一代产品。液态电池工艺特点：由于液态电池的电解质以液态电池的形式存 在，因此在”封装“环节前，需要有”注液“这一工艺环节，旨在将电 解质溶液注入电池。并且，液态电池制造过程种，需要额外的隔 膜作为原材料。 图：传统液态