财信证券CHASING SECURITIES证券研究报告行业深度新能源电池固态电池：具有技术颊覆潜力的新技术新能源电池新技术之五2024年06月06日2023A2024E2025E评级领先大市宁德时代10.0320.3511.2518.1413.4115.22买入评级变动：维持中科电气0.06162.500.4720.740.7513.00买入科达利4.4522.135.3818.316.4815.20买入新能源电池一沪深30012%12%8%%大幅性能突破。从兼顾高能量密度和本征安全性两方面出发，以锂金属作为负极，使用稳定、不易燃烧的固态电解质的全固态鲤离子电池將成为未来最有技术颠覆潜力的电池。双极推叠的可能性、鲤金属负2023-062023-092023-12极的使用能保证其具备大幅领先的能量密度，其能量密度可以轻松突1M3M12M破400Wh/g,固态电解质则能够保证优秀的安全性能。-0.14-2.26-31.72>围态电解质是围态电池成功应用的关健：理想的固态电解质应该具有沪深300-0.271.52-6.91小到可以忽略不计的电子电导率、优良的计电导率、良好的化学兼容性、宽的电化学稳定窗口、优异的热稳定性以及能够低成本的大规分析师模生产等特点。通常来说，具有代表性的固态电解质包括硫化物固态执业证书编号：S0530524050001电解质、氧化物固态电解质、金属卤化物固态电解质和聚合物固态电解质。相关报告1新能源电池行业点评：相关企业获研发支展潜力的方向：聚合物电解质具有良好的界面相容性和机械加工性，持，全固态电池研发提速2024-05-30但室温离子电导率低，限制其应用温度：无机氧化物电解质电导率较2新能源电池行业2024年5月份月报：4月高，但存在刚性界面接触的问题以及严重的副反应，且加工困难：硫半固态电池装车369.0MWh202405-21化物电解质电导率高，但化学稳定性差，可加工性不良。针对这些问题，目前复合固态电解质是最具发展潜力的体系，一方面，可以在聚合物电解质中引入惰性无机纳米粒子，玫善聚合物电解质性能：另一方面，可以通过氧化物陶瓷或硫化物与聚合物进行复合，实现优势互补。复合固态电解质具有更高的离子电导率和力学性能，同时与电极具有更好的兼容性。大问题：明确高离子电导率的实现条件是发展高性能固态电解质、提高全固态电池充放电速度的关键，目前主要通过掺杂、开发纳米尺度结构以及界面工程等手役来救善离子电导率，但目前业界对于离子运输机制的理解程度还不够，这对于充放电速度提升是一个挑战：此外，固态电解质虽然具有高机械强度，但仍然难以完全抑制锂枝晶的生长和实现锂金属的均匀沉积，锂金属可能在负极表面形成枝晶，甚至在财信证券CHASING SECURITIES行业研究报告固态电解质内部成核，导致电池短路，从而引发安全风险，这对固态电池的安全是一个较大的挑战：同时，由于缺少电解液的浸润，固固界面问题直接影响固态电池的循环寿命等性能，尽管目前在工艺和材料维度有一些改进措施，但界面问题仍是固态电池最大的挑战。>全国态电池有望2027年开始量产装车：2022年以来，固态电池的研发和产业化取得了明显的进展，尤其是以卫蓝新能源和赣锋鲤电等为代表的中国企业的半固态电池量产装车，标志着半固态电池已实现了产业化。我们预计固态电池的大规模生产和装车应用将在2027年左右开始到来。>2030年田态电池市场规模超2500亿元：预计到2030年全球固态电池的出货量将达到614.1GWh,在整体鲤电池中的渗透率预计在10%左右，其市场规模将超过2500亿元，主要出货电池仍然是半固态电池。作为固态电池最重要的组成部分，固态电解质在2030年的需求将超6万吨，市场规模超过60亿元。>授黄建议：固态电解质方面，建议关注固态电解质及其原科厂商【三祥新材】、【上海洗霸】、【东方锆业】等：正极材科方面，建议关注三元材科厂商【当升科技】、【容百科技】等：负极材科方面，建议关注【璞泰来】、【中科电气】等：电池方面，建议关注【宁德时代】、【金龙羽】、【鸱辉能源】、【赣锋锂业】等。维持行业“领先大市”评级。财信证券CHASING SECURITIES行业研究报告内容目录51】传统液态电池体系成熟，但难以出现大幅性能突破.62田态电解质：田态电池成功应用的关健，复合电解质是最具潜力的发展方向…72.1氧化物固态电解质：综合性能最优，加工性能差……92.2硫化物电解质：性能优异，稳定性差2.3金属卤化物电解质：低成本，低电导率.122.4聚合物电解质：加工简单，室温下离子传输效率低133.】离子运输机制：制约充放电速度的关键163.2锂枝晶生长机制：固态电池安全性挑战3.3固，固界面问题：固态电池性能及安全性关键挑战4产业化进展及市场空间…4.1固态电池技术成为热门概念，多元化发展204.2半固态已经量产装车，全固态2027年有望开始量产装车…234.3市场空间：预计2030年出货超600GWh,市场超2500亿元….245重点企业255.2清陶能源…265.4宁德时代…295.5挥能科技30307风险提示…图表目录图1：动力电池技术路线图…图2：全因态锂电池的构造图6图3：不同种类固态电解质性质图8图4：几种典型的氧化物电解质结枸.9图5：四方相LLZ0晶体结构、锂离子分布、立方相山Z0晶体结构及锂离子分布..10图6：LGPS晶体结构图..12图8：单离子导体化学结枸式14图9：固态电池发展面临的应用层面问题…图10：全固态电池发展面临的核心科学问题.…16图11：PVDF-LATP复合固态电解质离子传输示意图图12：复合电解质中锂离子扩散路径示意图.…17图13：固态电解质内部键枝晶生长示意图18图14：固态电池内部结枸及阻抗来源.19图15：液态电解质S膜…19图16：固态电解质界面反应示意图203财信证券CHASING SECURITIES行业研究报告图17：固态电池论文发表数量图18：各国固态电池论文及专利数量占比.…21图19：各国/地区内公司的固态电池产业化现状和未来计划…24图20：固态电池出货量预测(GWh)25图21：卫蓝新能源生产基地.26图22：清陶能源日前主要产品27图23：智己L6搭载的固态电池.…28图24：超级半固态“新锋”电池…29图25：“新锋”电池性能表现.29图26：宁德时代凝聚态电池…图27：辉能科技主要产品…表1：固态电池与液态电池特性比较7表2：主流电解质优缺点对比及改进策略…8表3：不同类型硫化物固态电解质优缺点比较表4：以结构划分的聚合物性能对比…表5：改善因态电解质离子传输速率技术手段…表6：抑制键枝晶生长手段…表7：各国政府固态电池发展政策及计划.…22表8：企业固态电解质三大技术路线总结23表9：卫蓝新能源主要产品及参数…264财信证券CHASING SECURITIES行业研究报告1固态电池：理想的电池形态1.1传统液态电池体系成燕，但难以出现大幅性能突破健离子电池已经得到广泛应用，体系成熟：锂离子电池是一种在储能领域、动力电池及便携式电子设备中均得到广泛应用的一种储能器件，具有开路电压高、能量密度大、使用寿命长、无记忆效应、无污染及自放电小等优点，是目前综合性能最好的电池产品，也是可造用范围最广的电池产品。锂离子电池体系成熟，由正极、负极、电解液、隔膜等部分组成，其工作原理为：锂离子电池在充放电过程中，锂离子在正负极之间嵌入和脱出，同时伴随着电子在外电路中进行移动而形成外部电路的电流。充电时，电池正极生成锂离子，经过电解液移动到负极并嵌入到负极碳层的微孔中。放电时，嵌在负极的锂离子经过电解液移动回到正极。传统液态健离子电池无法同时满足安全和更高能量密度的要求：电动汽车和储能等领域对电池的需求日益增长，这对电池能量密度和安全性能也提出了越来越高的要求。根据工信部2020年制定的《节能与新能源汽车技术路线图2.0》，单体电芯比能量要在2025年达到400Wh/kg,2030年达到500W/kg。尽管日前电池的研究和工业化已经取得了阶段性的成功，但是锂电池的能量密度仍不满足需求：目前行业内通常采用高镍正极和掺硅负极的搭配来提升能量密度。然而，一方面高镍体系会带来安全性能的降低，另一方面即使采用高镍体系，传统的液态锂离子电池体系也难以满足400Wkg的单体电芯能量密度需求。此外从安全性能的角度来看，常规的液态有机电解质具有易燃、易泄漏等缺点，容易引发起火、爆炸等安全问题。空电■续毓400700公里高能量路线■续航300-500公里>400Wh/Kg280-350Wh/Kg15%-25%220-260Wh/Kg220-230Nh/Kg10%-20%10%-20%180-200wh/Kg性价比路线》》》》20162017201820192020202120222023202420252030