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1、 固态电池:下一代高性能锂电池 Table_Industry Table_ReportDate 2023 年 3 月 15 日 请阅读最后一页免责声明及信息披露 http:/ 2 证券研究报告 行业深度研究 电力设备与新能源电力设备与新能源 投资评级投资评级 看好看好 上次评级上次评级 看好看好 武浩 电力设备与新能源行业首席分析师 执业编号:S1500520090001 联系电话:010-83326711 邮 箱: 张鹏 电力设备与新能源行业分析师 执业编号:S1500522020001 联系电话:18373169614 邮 箱: 信达证券股份有限公司 CINDA SECURITIES CO
2、.,LTD 北 京 市 西 城 区 闹 市 口 大 街9号 院1号 楼 邮编:100031 固态电池固态电池:下一代高性能锂电池下一代高性能锂电池 2023 年 3 月 15 日 本期核心观点 固态电池有望成为下一代高性能锂电池。固态电池有望成为下一代高性能锂电池。传统的液态锂电池具有一定的缺陷,安全性有上限,且材料体系的后续升级有上限。固态电池具有高能量密度和高安全性两大优势,其能量密度有望突破 500Wh/kg;且将液态电解质替换为固态电解质,大大降低了电池热失控的风险。全固态电池的投用尚需时日,半固态电池是由液态电池向全固态电池全固态电池的投用尚需时日,半固态电池是由液态电池向全固态电池
3、过渡的中间方案。过渡的中间方案。1)现在实施全固态电池有较大阻碍,主要包括固-固界面接触导致电池内阻较大、离子电导率不高等。2)半固态电池是向全固态电池过渡的中间方案,其保留一定量电解液,循环性能及倍率性能优于全固态电池,可以改善固态电池导电率低的问题。半固态半固态电池对现有产业链生产工艺和材料体系冲击较小。电池对现有产业链生产工艺和材料体系冲击较小。1)生产工艺方面,半固态电池可兼容传统锂电池生产工艺,变化较小。2)材料体系方面,半固态电池对现有材料体系冲击较小,主要是在电解质上变化较大。半固态电池的产业化进程加速。半固态电池的产业化进程加速。1)政策上,中国制造 2025汽车产业中长期发展
4、规划新能源汽车产业发展规划(20212035 年)等都明确提出加快固态电池的研发应用。2)技术上,2014 年后国内固态电池相关专利申请数量大幅上升,且目前已有大批科研团队投入对固态电池相关领域的研究,通过与相关企业合作或自行成立公司的方式推动半固态电池的产业化进程。3)下游应用上,有大量车企宣布了半固态电池的预计搭载时间,主要集中于 2024-2025 年,届时有望迎来半固态电池的产业化浪潮。投资建议:投资建议:固态电池有望成为下一代电池体系的升级方向,半固态电池有望率先产业化,建议关注上海洗霸、高乐股份、金龙羽、当升科技、赣锋锂业(有色)等。风险因素:风险因素:固态电池下游应用进展不及预期
5、风险;固态电池相关技术攻关进度不及预期风险;上游原材料价格上涨风险;市场竞争加剧风险。mMpO2Y9YbZeUpX8ZNAaQaO8OoMoOmOtQlOnNsRkPrQoQ6MoPsNwMmQnNwMnRsM 请阅读最后一页免责声明及信息披露 http:/ 3 目录 第一章、固态电池是新一代高性能锂电池候选者.4 1.1 百尺竿头更进一步,固态电池前景广阔.4 1.2 固态电池三种路线,各有优劣.6 1.3 技术和成本,固态电池的难题.7 第二章、固态电池给现有电池产业链带来的变化.8 2.1 生产工艺情况.8 2.2 材料体系变化.9 第三章、固态电池的产业化之路.11 3.1 产业发展,
6、政策先行.11 3.2 固态电池科研成果突飞猛进.12 3.3 产能扩张迅猛,产业化加速.14 第四章、产业链重点公司.18 4.1 卫蓝新能源.18 4.2 赣锋锂业(有色).20 4.3 清陶能源.21 4.4 上海洗霸.23 4.5 当升科技.23 第五章、风险因素.24 图 表 目 录 图表 1:动力电池技术演进路线图.4 图表 2:主流厂商锂离子电池与固态电池能量密度对比.5 图表 3:主流厂商锂离子电池与固态电池能量密度对比(单位:Wh/kg).5 图表 4:三大固态电解质体系及特点.6 图表 5:不同固态电解质性能雷达图.7 图表 6:固态锂电池中各种界面及其对性能的影响.7 图
7、表 7:固态电池与传统锂电池的成本比较(单位:$KWh-1).8 图表 8:一种半固态电池及其制备方法.8 图表 9:固态电池生产工艺流程.9 图表 10:传统锂电池生产工艺流程.9 图表 11:主流氧化物固态电解质对比.10 图表 12:全固态锂电池对现有材料体系的影响.11 图表 13:锂电池产业相关政策.11 图表 14:近十年国内固态电池相关专利年度申请情况.12 图表 15:国内固态电池相关专利申请人 TOP10.13 图表 16:固态电池相关研发团队情况.13 图表 17:国内外固态电池领域相关企业.14 图表 18:部分车企固态电池搭载计划.17 图表 19:卫蓝新能源部分固态电
8、池专利.19 图表 20:卫蓝新能源固态锂离子电芯产品性能.19 图表 21:赣锋锂业固态电池产业化进程.20 图表 22:赣锋锂电固态电池列装东风 E70.21 图表 23:赛力斯-SERES-5 搭载赣锋固态电池.21 图表 24:清陶能源部分固态电池相关专利.21 图表 25:清陶能源动力电池产品.22 图表 26:清陶能源复合隔膜材料产品.22 图表 27:搭载清陶固态电池系统的纯电动样车.22 请阅读最后一页免责声明及信息披露 http:/ 4 第一章、固态电池是新一代高性能锂电池候选者 1.1 百尺竿头更进一步,固态电池前景广阔 固态电池有望成为新一代高性能锂电池固态电池有望成为新
9、一代高性能锂电池候选者候选者。传统的液态锂电池具有一定的缺陷。1)传统液态锂离子电池的安全性有上限。有机易燃电解液在剧烈的撞击等条件下会引起一定的安全隐患,且液态电池隔膜的耐热极限约为 160 度,超过此温度后聚合物会转化为流动态,导致正负极直接短路。2)当前液态锂电池的材料体系逐渐达到上限。当前液态锂电池能量密度上限约为 350Wh/kg,目前基于氧化物正极与石墨负极的传统锂离子电池的能量密度越来越接近其理论上限。固态电池是一种使用固体电极和固体电解质的电池。固态电池可以极大缓解液态电池的问题。可以搭配高比能材料,大幅减重,能量密度提升,能量密度有望达到 500Wh/kg 甚至更高。在安全性
10、方面,固态电池具有高强度、高电化学稳定性以及高燃点。在工信部装备工业司对中国制造 2025的解释中也明确提出了“建立和健全富锂层氧化物正极材料/硅基合金体系锂离子电池、全固态锂离子电池、金属空气电池、锂硫电池等下一代锂离动力电池和新体系动力电池的产业链”。图表图表 1 1:动力电池技术演进路线图:动力电池技术演进路线图 资料来源:德勤中国锂电行业发展德勤观察2.0“电池风云”,信达证券研发中心 固态电池固态电池分为半固态、准固态、全固态三种类型。分为半固态、准固态、全固态三种类型。半固态(Half solid)液体电解质质量百分比10%,准固态(Nearly solid)液体电解质质量百分比4
11、V)电解质易被电解。2、硫化物:、硫化物:电导率最高,并且电化学稳定窗口较宽(5V 以上),最具有发展潜力。其缺点主要为 1)热动力稳定性较差,热反应起始温度范围为 400500C;2)制备工艺比较复杂,且容易与空气中的水、氧气反应产生硫化氢剧毒气体。3、氧化物:、氧化物:具有较好的导电性和稳定性,离子电导率比聚合物更高,热稳定性高达 1000度,机械稳定性和电化学稳定性非常好。其缺点为 1)相对于硫化物电导率偏低;2)存在刚性界面接触问题。图表图表 4 4:三大固态电解质体系及特点:三大固态电解质体系及特点 聚合物固态电解质聚合物固态电解质 氧化物固态电解质氧化物固态电解质 硫化物固态电解质
12、硫化物固态电解质 主要研究体系 PEO 固态聚合物体系 聚碳酸酯体系 聚烷氧基体系 聚合物锂单离子导体基体系 非薄膜:钙钛矿型、石榴石型、NASICON 型、LISICON 型 薄膜:LiPON 型 Thio-LiSICON 型 LGPS 型 Li-aegyrodite 型 离子电导率 室温:10-7-10-5S/cm 65-78C:10-4S/cm 10-6-10-3S/cm 10-4-10-2S/cm 优点 灵活性好 易大规模制备薄膜 剪切模量低 不与锂金属反应 化学、电化学稳定性高 机械性能好 电化学氧化电位高 电导率高 机械性能好 晶界阻抗低 缺点 离子电导率低 氧化电压低(4V)界面
13、接触差 易氧化 水汽敏感 研究方向 将 PEO 与其他材料共混共聚或交联,形成有机-无机杂化体系,提升性能 提升电导率:替换元素或掺杂同种异价元素 提高电解质稳定性,降低生产成本,元素掺杂发挥各元素协同作用 资料来源:电动汽车观察家,粉体网,信达证券研发中心 在性能方面,氧化物电解质各方面性能较为均衡,其他类型固态电解质普遍存在性能短板。在性能方面,氧化物电解质各方面性能较为均衡,其他类型固态电解质普遍存在性能短板。氧化物电解质的还原稳定性、氧化稳定性、热稳定性等性能指标都较为优秀;硫化物电解质的化学稳定性较差,易发生反应;聚合物电解质的锂离子迁移数、氧化稳定性等性能都亟待提升。请阅读最后一页
14、免责声明及信息披露 http:/ 7 图表图表 5 5:不同固态电解质性能雷达图:不同固态电解质性能雷达图 资料来源:Lithium battery chemistries enabled by solid-state electrolytes,信达证券研发中心 厂商布局技术路线各有不同,国内厂商侧重氧化物固态电解质。厂商布局技术路线各有不同,国内厂商侧重氧化物固态电解质。氧化物体系因研发成本和难度相对较低,较多新进厂商和国内企业选择这一路线,也有望在半固态池中实现规模化上车。目前,中国几家头部固态电池公司如北京卫蓝、江苏清陶、宁波锋锂、台湾辉能,都是以氧化物材料为基础的固液混合技术路线为主。
15、从长远的角度来看,硫化物固态电解质虽然研发难度高,但因其优异的性能和较大的潜力吸引实力和资本雄厚的电池企业不断投入研发,诸多巨头(丰田、LG、松下等)选择其为主要技术路径,头部企业已有十几年的技术积累,一旦实现突破将形成高技术壁垒。1.3 技术和成本,固态电池的难题 当前当前固态电池的广泛运用还存在难题,固态电池的广泛运用还存在难题,主要包括固态电解质在室温条件下的离子电导率不高、固态电解质与正负极之间界面阻抗比较大、全固态电解质成本较高等问题。固固-固界面接触固界面接触导致导致内阻较大,内阻较大,离子电导率不高离子电导率不高,影响电池性能。影响电池性能。固体电解质存在大量的晶界,晶界电阻不利
16、于锂离子输运。同时,固态锂电池中电极与电解质之间的界面由固液界面转变为固固界面(湿润性较差),具有更高的接触电阻,难以保持长期稳定的接触,电池内阻较大。图表图表 6 6:固态锂电池中各种界面及其对性能的影响:固态锂电池中各种界面及其对性能的影响 资料来源:郭向欣固态锂电池界面问题研究进展,信达证券研发中心 目前目前固态电池的成本高于传统锂离子电池固态电池的成本高于传统锂离子电池,且产品良率较低,且产品良率较低。根据 Schnell,Joscha 等人2020 年在Energy Technology上发表文章的测算,在使用金属锂负极之前,以硫化物作为电解质、以石墨作为负极的固态电池成本为 158
17、.8$KWh-1,使用石墨负极的传统锂电池总成本为 118.7$KWh-1。另外,目前半固态电池的产品良率较低,实际上总成本相对较高。请阅读最后一页免责声明及信息披露 http:/ 8 图表图表 7 7:固态电池与传统锂电池的成本比较(单位:固态电池与传统锂电池的成本比较(单位:$KWh$KWh-1 1)传统锂电池传统锂电池 LIBLIB (石墨负极)(石墨负极)传统锂电池传统锂电池 LIBLIB (硅碳负极)(硅碳负极)固态电池固态电池 SLIBSLIB (硫化物,石墨负极)(硫化物,石墨负极)固态电池固态电池 SLIBSLIB (硫化物,锂负极)(硫化物,锂负极)材料费用 93.2 83.
18、2 137.9 86.5 过程费用(人员、折旧、利息、能源等)25.5 24 20.9 15.5 总计总计 118.7118.7 107.2107.2 158.8158.8 102102 资料来源:Schnell,JoschaSolid vs.LiquidA BottomCalculation Model to Analyze the Manufacturing Cost of Future High-Energy Batteries.,信达证券研发中心 第二章、固态电池给现有电池产业链带来的变化 2.1 生产工艺情况 半固态锂电池制备工艺流程可兼容传统锂电池生产工艺。半固态锂电池制备工艺流程
19、可兼容传统锂电池生产工艺。半固态电池可以最大程度兼容现有工艺、设备及材料,具备快速落地的可能。卫蓝新能源半固态电池之所以能快速推向市场,就是因为尽可能地借用现有液态电池装备和工艺,其中仅有 10%-20%的工艺设备要求不同,主要包括固态电解质膜引入、原位固化工艺、负极一体化工艺等。图表图表 8 8:一种半固态电池及其制备方法:一种半固态电池及其制备方法 资料来源:国家知识产权局,信达证券研发中心 全固态锂电池与传统锂离子电池生产工艺有一定区别。全固态锂电池与传统锂离子电池生产工艺有一定区别。目前主流的电池制备工艺有叠片工艺和卷绕工艺,全固态锂电池对现有电池制备工艺可以部分兼容,但在部分环节也需
20、要进行一定的调整。1)正、负极材料的制备可以兼容液态锂电池的现有工艺流程,电极极片制备 请阅读最后一页免责声明及信息披露 http:/ 9 保持现有工艺不变;2)电解质溶液采用溶胶-凝胶混合物,需要烘烤蒸发溶剂,得到固体电解质薄膜,需要增加电解质涂覆、紫外照射烘烤工艺;3)由于没有电解液,不需要注液工序;4、)如果采用硫化物固态电解质路线,由于硫化物电解质易与水分、氧气发生反应,对生产环境要求较高,最好能在充满惰性气体的全封闭室内进行生产。图表图表 9 9:固态电池生产工艺流程:固态电池生产工艺流程 资料来源:前瞻产业研究院,信达证券研发中心 图表图表 1010:传统锂电池生产工艺流程:传统锂
21、电池生产工艺流程 资料来源:金银河招股说明书,信达证券研发中心 2.2 材料体系变化 半固态电池对现有材料体系冲击较小。半固态电池对现有材料体系冲击较小。1)正极材料方面:正极材料方面:目前现有的磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂、三元 NCM 等正极材料仍可延续使用;2)负极材料方面:)负极材料方面:目前主流的石墨系、以及未来的硅碳系均可使用,由于半固态电池中仍然存在一定量的液态电解质,所以锂金属负极目前尚不适用;3)电解液方面:)电解液方面:目前仍需要少量的有机溶剂浸渍,现有主流的锂盐 LiPF6以及 LiTFSI、LiFSI 等新型锂盐仍然需要添加;4)隔膜方面:)隔膜方面:由于半固态电池中仍然存
22、在一定量的液态电解质,仍然需要隔膜隔绝正负极防止短路,而且在一些情况下隔膜仍然要被用作骨架支撑,但是对隔膜的技术要求可能会发生变化。全固态电池或将对传统全固态电池或将对传统液态电池液态电池四大材料体系造成较大的冲击。四大材料体系造成较大的冲击。正极材料未来更可能使用高比能材料;负极材料中金属锂有望应用;电解质体系中液态溶剂将被完全取代;隔膜将被 请阅读最后一页免责声明及信息披露 http:/ 10 逐步替代。1、正极材料体系、正极材料体系:目前市场主流的磷酸铁锂、NCM811、NCA 等正极体系理论上均可用于全固态锂电池。后期可能开发高镍层状氧化物、富锂锰基正极等。2、负极材料体系:、负极材料
23、体系:由于固体电解质具备致密性和高稳定性,以及足够高的机械强度,能够有效阻挡锂枝晶的穿透,能量密度更高的金属锂负极有望应用。3、电解、电解质质体系:体系:全固态电池中,液态电解质将被完全取代。固态电解质是全固态锂电池的核心部件,其进展直接影响全固态锂电池产业化的进程,目前固态电解质的研究重要集中在聚合物、氧化物和硫化物三类。1)聚合物固态电解质)聚合物固态电解质,由聚合物基体(如聚酯、聚醚和聚胺等)和锂盐(如 LiClO4、LiAsF6、LiPF6等)构成,自从 1973 年 WRIGHTPV 在碱金属盐复合物中发现离子导电性后,聚合物材料由于其质量较轻、弹性较好、机械加工性能优良的固态电化学
24、特性而受到广泛关注。它也是最早实现实际应用的固体电解质,早在 2011 年法国公司博洛雷就开始向巴黎投送Autolib 电动汽车,该车就是采用基于聚合物固态电解质的全固态锂电池系统。2)氧化物固态电解质)氧化物固态电解质,按照物质结构可以分为晶态和非晶态两类,其中晶态电解质包括钙钛矿型、反钙钛矿型、石榴石型、NASICON 型、LISICON 型等,非晶态氧化物的研究热点是用在薄膜电池中的 LiPON 型电解质和部分晶化的非晶态材料。锂镧锆氧锂镧锆氧有望成为有望成为主要的主要的氧化物氧化物固态电解质。固态电解质。氧化物固态电解质是目前的主流技术应用最为广泛的有以下三种:1)钙钛矿型:代表材料为
25、 LLTO(锂镧钛氧,Li0.33La0.56TiO3);2)石榴石型:代表材料为 LLZO(锂镧锆氧,Li7La3Zr2O12);3)NASICON 型:代表材料为 LATP(磷酸钛铝锂,Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3)。氧化物固态电解质材料中 LLZO 离子电导率最高,能够达到 10-3。因此我们认为,在固态电池产业化的过程中,LLZO 有望成为主要的固态电解质的选择。图表图表 1111:主流氧化物固态电解质对比:主流氧化物固态电解质对比 钙钛矿型钙钛矿型 石榴石型石榴石型 NASICON NASICON 型型 优点 较高的离子电导率 具有较高的室温离子电导率 与金属锂接触时较
26、稳定 具有较高的离子电导率 对水、空气具有优异的稳定性 缺点 与金属锂接触不稳定 具有较高的晶界电阻 易与空气中的水、二氧化碳反应,导致较大的界面阻抗 与金属锂浸润性较差,易产生锂枝晶 需要类似聚合物/陶瓷/聚合物的复杂三层电解质结构才能最大化其性能,不利于工业化 资料来源:段惠固态金属锂电池最新进展评述,信达证券研发中心 3)硫化物固体电解质)硫化物固体电解质,由氧化物固体电解质衍生而来,电解质的氧化物机体中氧元素被硫元素所取代。硫化物晶态固体电解质最为典型的是 Thio-LISICON,由东京工业大学 KANNO教授最先在 Li2S-GeS2-P2S 体系中发现,室温离子电导率最高达 2.
27、2x10-3S/cm,且电子电导率可忽略。电解液的离子电导率约为 10-2 S/cm,硫化物电解质的电导率有所接近。硫化物玻璃固体电解质通常由 P2S5、SiS2、B2S3等网络形成体以及网络改性体 Li2S 组成,体系主要包括 Li2S-P2S5、Li2S-SiS2、Li2S-B2S3。组成变化范围宽,室温离子电导率高,同时具有热稳定高、安全性能好、电化学稳定窗口宽的特点,在高功率以及高低温固态电池方面优势突出,是具备潜力的固态电池电解质材料。4、隔膜:、隔膜:隔膜的功能是隔绝锂电池正负极材料,防止电池短路。固体电解质具备电子绝缘性和离子导电性,可以逐步替代现有体系下的隔膜。请阅读最后一页免
28、责声明及信息披露 http:/ 11 图表图表 1212:全固态锂电池对现有材料体系的影响:全固态锂电池对现有材料体系的影响 材料名称材料名称 全固态锂电池造成的影响全固态锂电池造成的影响 正极材料 理论上能兼容现有正极体系,但全固态锂二次电池的正极可能开发高镍层状氧化物、富锂锰基及高电压镍锰尖晶石型正极。负极材料 理论上能兼容现有负极体系,全固态锂二次电池的负极材料目前重要集中在金属锂负极材料、碳族负极材料和氧化物负极材料三大类,其中金属锂负极材料因其高容量和低电位的优点成为全固态锂电池最重要的负极材料之一。电解液 液态电解质将被取代,最有可能被应用到全固态锂离子电池中的固态电解质材料包括
29、PEO 基聚合物电解质、NASICON型和石榴石氧化物电解质、硫化物电解质。隔膜 隔膜将被逐步替代。资料来源:许晓雄为全固态锂电池“正名”,北极星储能网,信达证券研发中心 第三章、固态电池的产业化之路 3.1 产业发展,政策先行 政策的推动促进固态电池产业的发展。政策的推动促进固态电池产业的发展。1)中国制造 2025提出,2025 年电池能量密度达到 400Wh/kg,2030 年电池能量密度达到 500Wh/kg;汽车产业中长期发展规划提出,2025 年动力电池系统比能量达到 350Wh/kg。固态电池体系符合未来高能量密度趋势。2)新能源汽车产业发展规划(20212035 年)、工业和信
30、息化部等六部门关于推动能源电子产业发展的指导意见都明确提出加快固态电池的研发应用,我们认为,大量相关政策的出台将会对固态电池的发展产生积极影响,推动其产业化进程。图表图表 1313:锂电池产业相关政策:锂电池产业相关政策 发布时间发布时间 内容内容 国家重点新产品计划优先发展技术领域 2009 年 10 月 锂离子电池以及相关产品及技术位列优先发展技术领域。中国制造 2025 2015 年 5 月 明确动力锂电池的发展规划:20202020 年,电池能量密度达到年,电池能量密度达到 300Wh/kg300Wh/kg;20252025 年,年,电池能量密度达到电池能量密度达到 400Wh/kg4
31、00Wh/kg;20302030 年,电池能量密度达到年,电池能量密度达到 500Wh/kg500Wh/kg。“十三五”国家战略性新兴产业发展规划 2016 年 1 月 建设具有全球竞争力的锂电池产业链,完善锂电池研发体系,加快锂电池创新中心建设,突破高安全性、长寿命,高能量密度等锂离子电池技术瓶颈。轻工业发展规划(2016-2020年)2016 年 8 月 加强高性能动力锂离子电池正、负极材料,电池隔膜材料、电解液材料、添加剂的研发与应用;提升锂离子电池自动化生产工艺与装备制造水平。有关调整新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知 2016 年 12 月 综合考虑电池容量大小、能量密度水平等因素
32、确定车辆补贴标准综合考虑电池容量大小、能量密度水平等因素确定车辆补贴标准。对纯电动客车来说,系统能量密度在 115Wh/kg 以上的给予 1.2 倍补贴;关于纯电动乘用车来说,系统能量密度高于 120Wh/kg 的按 1.1 倍给予补贴。汽车产业中长期发展规划 2017 年 4 月 提出到到 20202020 年,动力电池单体比能量达到年,动力电池单体比能量达到 300Wh/kg300Wh/kg 以上,力争实现以上,力争实现 350Wh/kg350Wh/kg,系统比能量力争达到系统比能量力争达到 260Wh/kg260Wh/kg、成本降至、成本降至 1 1 元元/Wh/Wh 以下。到以下。到
33、20252025 年,动力电池系年,动力电池系统比能量达到统比能量达到 350Wh/kg350Wh/kg。汽车产业投资管理规定 2018 年 12 月 取消“能量型车用动力电池单体比能量应不低于 300Wh/kg,系统比能量应不低于220 Wh/kg”要求。产业结构调整指导目录(2019年本)2020 年 1 月 鼓励类产业:锂电池用三元和多元、磷酸铁锂等正极材料。鼓励类产业:锂电池用三元和多元、磷酸铁锂等正极材料。新 能 源 汽 车 产 业 发 展 规 划(20212035 年)2020 年 10 月 专栏 1 为“新能源汽车核心技术攻关工程”,第一项即为实施电池技术突破行动,提出要开展正负
34、极材料、电解液、隔膜、膜电极等关键核心技术研究,加强高强 请阅读最后一页免责声明及信息披露 http:/ 12 度、轻量化、高安全、低成本、长寿命的动力电池和燃料电池系统短板技术攻关,加快固态动力电池技术研发及产业化加快固态动力电池技术研发及产业化。关于加快推动新能储能发展的指导意见 2021 年 7 月 坚持储能技术多元化,推动锂离子电池等相对成熟新型储能技术成本持续下降和商业化规模应用。国家工业节能技术推荐目录(2021)2021 年 9 月 以高效长寿命磷酸铁锂电池高效长寿命磷酸铁锂电池为核心的用户侧分布式智慧储能关键技术被正式列入国家工业节能技术推荐目录 锂离子电池行业规范条件 202
35、1 年 12 月 消费型单体电池能量密度230Wh/kg,电池组能量密度180Wh/kg,聚合物单体电池体积能量密度500Wh/L。循环寿命500 次且容量保持率80%。动力型电池分为能量型和功率型。使用三元材料能量型单体电池能量密度三元材料能量型单体电池能量密度210Wh/kg210Wh/kg,电池组能量密,电池组能量密度度150Wh/kg150Wh/kg;其他能量型单体电池能量密度;其他能量型单体电池能量密度160Wh/kg160Wh/kg,电池,电池组组能量密度能量密度115Wh/kg115Wh/kg。功率型单体电池功率密度500W/kg,电池组功率密度350W/kg。循环寿命1000
36、次且容量保持80%。储能型单体电池能量密度145Wh/kg,电池组能量密度100Wh/kg。循环寿命5000 次且容量保持率80%。工业和信息化部等六部门关于推动能源电子产业发展的指导意见 2023 年 1 月 专栏 2 为“新型储能电池产品及技术供给能力提升行动”,提出支持开发超长寿超长寿命高安全性储能锂离子电池命高安全性储能锂离子电池,优化设计和制造工艺,从材料、单体、系统等多维度提升电池全生命周期安全性和经济性,推进聚合物锂离子电池、全气候电池、推进聚合物锂离子电池、全气候电池、固态电池和快充电池等研发和应用固态电池和快充电池等研发和应用。资料来源:前瞻产业研究院,深圳市电子商会,湖南裕
37、能招股说明书,矩大锂电,电动邦,工信部,中国政府网,信达证券研发中心 3.2 固态电池科研成果突飞猛进 2014 年后年后国内固态电池相关专利申请数量大幅上升。国内固态电池相关专利申请数量大幅上升。从国家知识产权局“高级检索”栏目以“固态电池”为关键词进行查找,共出现 1358 项专利。近十年,国内关于固态电池的专利申请保持上升势头,年均复合增长率高达 40.74%,从 2013 年的 10 项专利申请到 2021年的 305 项专利申请,2014 年之后国内固态电池相关专利申请量占总申请量的 96.8%。图表图表 1414:近十年国内固态电池相关专利年度申请情况:近十年国内固态电池相关专利年
38、度申请情况 资料来源:国家知识产权局,信达证券研发中心 国内固态电池专利申请国内固态电池专利申请在数量上在数量上与国外与国外有所差距有所差距。1)国内情况:国内情况:根据前文从国家知识产权局的查询,国内固态电池相关专利申请前十名的申请人有四家是中国本土企业,韩国五家,日本一家,其中韩国的现代自动车株式会社以 59 项专利成为国内固态电池相关专利申请第10161944791461792823052450501001502002503003502013201420152016201720182019202020212022 请阅读最后一页免责声明及信息披露 http:/ 13 一。2)全球情况:)
39、全球情况:根据日本经济新闻与专利调查公司 Patent Result 合作进行的一项调查,从 2000 年至 2022 年 3 月为止全球已公开的固态电池专利件数中,第一名是握有 1331 件专利的丰田汽车,第二名的 Panasonic HD 则有 445 件,第三名出光兴产则有 272 件。日本企业独占前三名,十强中有六家是日本企业,其余则皆韩国企业。图表图表 1515:国内固态电池相关专利申请人:国内固态电池相关专利申请人 TOP10TOP10 排名排名 申请人名称申请人名称 所属国家所属国家 专利数量专利数量/项项 1 现代自动车株式会社 韩国 59 2 蜂巢能源科技有限公司 中国 35
40、 3 浙江锋锂新能源科技有限公司 中国 31 4 起亚自动车株式会社 韩国 30 5 株式会社 LG 新能源 韩国 27 6 株式会社 LG 化学 韩国 25 7 丰田自动车株式会社 日本 23 8 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 中国 20 9 起亚株式会社 韩国 20 10 恒大新能源技术(深圳)有限公司 中国 18 资料来源:国家知识产权局,信达证券研发中心 大批科研团队投入对固态电池相关领域的研究大批科研团队投入对固态电池相关领域的研究,通过与相关企业合作或自行成立公司的方,通过与相关企业合作或自行成立公司的方式推动固态电池的产业化进程,做到产学研结合式推动固态电池的产业化进程
41、,做到产学研结合。1)国内锂电池产业链上的优秀企业也纷纷开展自主研发或者与科研团队合作,促进固态电池的投产,如许晓雄与赣锋锂业合作、张涛与上海洗霸合作等。2)还有一些科研团队利用研发出来的先进技术成立了自己的公司,推动固态电池的产业化进程,其中的典型代表就是陈立泉、李泓团队创立卫蓝新能源,以及南策文团队创立清陶能源。图表图表 1616:固态电池相关研发团队情况:固态电池相关研发团队情况 团队团队 所属高校所属高校 合作公司合作公司 团队介绍团队介绍 姚霞银团队 中国科学院宁波材料技术与工程研究所新能源技术研究所 研究团队聚焦固体电解质材料、电极/固体电解质界面优化、固态电池技术等方面的研究。团
42、队已发表 SCI 论文 170 余篇,申请专利 60 余项。郭玉国团队 中科院化学所 郭玉国,二级研究员,国科大岗位教授,博导,“杰青”,“万人计划”领军人才,“国家重点研发计划”首席科学家。团队研究方向包括电化学储能器件及其关键材料(锂离子电池、锂金属电池、锂硫电池、固态电池、液流电池、钠电池、镁电池等新型二次电池)等。许 晓 雄 团 队(师 从 温 兆银)中科院宁波材料所 赣锋锂业 许晓雄,博士,研究员,博士生导师,2017 年 4 月加入赣锋锂业,担任公司首席科学家、子公司浙江锋锂、宁波力赛康总经理,主要负责固态锂电池产品的研发和产业化工作,是中国硅酸盐学会固态离子学分会会员及中国化工学
43、会储能工程专业委员会委员。崔光磊团队 中科院青岛生物能源所 崔光磊,博士,研究员,博士生导师。国家重点研发计划新能源汽车专项高比能固态锂电池技术项目首席科学家,中科院深海智能技术先导专项能源项目负责人,国家“万人计划”。郭向欣团队 中科院上海硅酸盐研究所 郭向欣,中国科学院上海硅酸盐研究所研究员,博士生导师。获得中国科学院“百人计划”荣誉称号与择优支持,上海市“浦江人才计划”荣誉称号与资助,并承担国家自然科学基金重点项目。陈立泉、李泓团队 中科院物理研究所 卫 蓝 新 能源 陈立泉,著名功能材料学家,中国工程院院士。曾任亚洲固体离子学会副主席,中国材料研究学会副理事长,2004 年至今任中国硅
44、酸盐学会副理事长。在中国首 请阅读最后一页免责声明及信息披露 http:/ 14 先研制成功锂离子电池,实现了锂离子电池的产业化。曾获国家自然科学奖一等奖,2007 年获国际电池材料协会终身成就奖。张涛团队 中科院上海硅盐所 上海洗霸 张涛,研究员,博士生导师,能源材料研究中心副主任。国家高层次科技创新领军人才、科技部中青年科技创新领军人才、中国科学院杰出人才计划入选者,英国皇家化学会会士。在电化学储能材料及器件领域发表 SCI 论文 100 余篇。南策文团队 中科院、清华大学 清陶能源 南策文,中国科学院院士,现任清华大学材料科学与工程研究院院长,兼任国际陶瓷联盟(ICF)理事长、中国硅酸盐
45、学会副理事长等,曾任亚洲电子陶瓷协会主席等。郝金权、高宏权团队 中南大学 高乐股份 郝金权先生,中南大学博士,拥有新能源领域相应的客户关系及行业资源,具有多项锂电池相关技术发明及实用新型专利。高宏权教授,中南大学材料冶金专业博士,曾参与国家及省部级项目 6 项,申报国家发明专利 10 余项,授权发明专利6 项,实用新型专利 3 项。吴孟强团队 电子科技大学 中自科技 吴孟强为电子科技大学微电子与固体电子学院教授。主要研究方向为压电薄膜与集成器件、能源材料与器件(锂离子电池与超级电容器)、化合物半导体材料(包括功能高分子)与器件等。吴凡团队(原李泓团队)中国科学院物理研究所 字节跳动 吴凡,中科
46、院物理所博导,国科大教授,中科院物理所长三角物理研究中心科学家工作室主任,天目湖先进储能技术研究院首席科学家。李会巧、翟天佑教授团队 华中科技大学 李会巧博士,先后获得国家自然科学基金(3 项)、科技部青年 973 计划项目的支持。翟天佑,华中科技大学博士生导师,材料科学与工程学院副院长,万人计划科技创新领军人才(2019 年)。该团队主打二维材料光电催化。李新禄团队 重庆大学 金龙羽 李新禄,重庆大学先进碳纳米功能材料实验室主任,中国材料研究学会青年委员会理事,国际电化学学会会员,中国硅酸盐学会会员。研究领域为新能源材料与器件。孙学良(加拿大院士)加拿大西安大略大学 加拿大西安大略大学纳米能
47、源材料领域的加拿大首席科学家(Canada Research Chair(Tier I),加拿大皇家学科学院院士(Fellow of Royal Society of Canada),加拿大工程院院士(Fellow of the Canadian Academy of Engineering)和中国工程院外籍院士。资料来源:信达证券研发中心整理 3.3 产能扩张迅猛,产业化加速 目前目前国内外众多企业加速推进固态电池产业化进程国内外众多企业加速推进固态电池产业化进程。国内众多企业开始投入固态电池相关研究,主要可以分为以下三种类型:1)将固态电池的研发与产业化作为主营业务的企业,典型代表如卫蓝新
48、能源、清陶能源等;2)原传统锂离子电池产业链上企业进军固态电池相关业务,典型代表如赣锋锂业、比亚迪、宁德时代等企业;3)主营业务与固态电池差距较大、看好固态电池的发展前景从而通过技术合作等多种方式开拓相关业务的企业,典型代表如上海洗霸(原先业务为水处理业务)、金龙羽(原先业务为线缆业务)、高乐股份(原先业务为玩具和互联网教育)等。图表图表 1717:国内外固态电池领域相关企业:国内外固态电池领域相关企业 公司公司 产业化进度产业化进度 技术路线技术路线/产品性能产品性能 赣锋锂业 1、年产 10GWh 新型锂电池及储能总部项目,项目建设内容包括半固态电芯,计划总投资 50 亿 2、赣锋锂电控股
49、,重庆市涪陵高新区建设年产 24GWh 动力电池项目,产品规划包括固态电池,计划总投资 100 亿 3、重庆两江新区年产 20GWh 新型锂电池研发及生产基地项目,项目产赣锋锂电是国内最早从事固态电池产业化开发的企业。目前公司固态电池氧化物体系和硫化物体系、半固态和全固态电池的技术都有储备,其中半固态电池已经进入到了产业化的阶段。赣锋锂电选择锂金属负极体系作为公司固态电池技术路 请阅读最后一页免责声明及信息披露 http:/ 15 品包括第二代固态锂电池,预计将于 2023-2024 年投产 4、宜春赣锋年产 1000 吨固态电池负极材料项目,为在建工程。5、公司已投资建成了年产 3 亿瓦时的
50、第一代固态锂电池研发中试生产线 6、浙江锋锂在江西新余建设生产基地,2GW 第一代固态锂电池,2021年投产。7、2022 年 1 月,赣锋锂业联合东风汽车公司发布了 50 台 E70 固态电池示范运营车辆。线的发展方向,该技术路线能量密度高,发展潜力大,第二代固态电池能量密度达到 400Wh/kg。第二代固态锂电池采用三元正极、固态隔膜和含金属锂负极材料。卫蓝新能源 1、北京卫蓝 100GWH 固态锂电池项目,山东淄博,总投资 400 亿元。其中,一期投资 102 亿元,年产混合固液电解质电池和全固态电池 20GWH,计划 2022 年投产 2、湖州年产 20GWh 固态电池项目 3、江苏卫
51、蓝年产 1 亿瓦时固态电池,2020 年 7 月投产 4、湖州基地车规级固态动力电芯产业化工程项目,2022 年 6 月投产 5、卫蓝新能源 1GWh 生产线,项目预计于 2022 年 12 月底全部竣工并投入使用 6、2022 年 11 月 22 日,卫蓝湖州基地第一颗半固态动力电芯正式下线 公司采取氧化物路线,30Ah 固态锂离子电芯标称电压 3.7V,容量 30000mAH,能量密度 270Wh/kg,最大持续充电电流 60A,最大持续放电电流 150A,循环寿命(1/3C,25)1500 次。清陶能源 1、宜春固态锂电池产业化项目,计划总投资 55 亿元,建设年产 10GWh固态锂电池
52、生产基地。其中,项目一期投资 5.5 亿元人民币,建设年产1GWh 固态锂电池生产基地,于 2020 年 7 月投产 2、2018 年 11 月正式建成 0.1GWh 第一条固态电池量产产线,推出第一批固态锂电池产品,这是全国首条固态电池产线 3、昆山清陶新能源固态锂电池(10GWh)产业化项目 4、2023 年 2 月与成都郫都区签约建设年产能 15GWh 的动力固态电池储能产业基地项目,总投资 100 亿元,项目一期选址郫都区菁蓉镇,首条生产线设计产能 1GWh,目前正在调试,预计近期首批半固态电池将在郫都工厂正式下线。公司在国内率先量产了基于氧化物体系的固态电池产品,并构建了完备的自主知
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