电力设备及新能源行业固态电池深度报告：群雄逐鹿锂电终局技术发力新材料加速产业化-230330（52页）.pdf

1、创造财富担当责任股票代码：601881.SH06881.HK中国银河证券股份有限公司CHINAGALAXYSECURITIESCO.,LTD.固态电池深度报告群雄逐鹿锂电终局技术，发力新材料加速产业化电力设备及新能源团队周然2023.03.30特别鸣谢段尚昌目录创 造 财 富/担 当 责 任一固态电池是锂电技术的终极形态三全球加快布局，开发主体、选择路线均存在差异五综述与投资建议二固态电解质是破局关键，半固态电池成优选方案四国内玩家百舸争流，全产业链齐发力六风险提示创 造 财 富/担 当 责 任固态电池是锂电技术的终极形态01创 造 财 富/担 当 责 任4锂离子电池发展历史数据来源：智慧芽,

2、中国银河证券图1：锂离子电池发展历史锂离子电池发展已有锂离子电池发展已有30多年历史多年历史。“锂电池之父”斯坦利惠廷汉姆于1976年提出最早的锂二次电池雏形：正极材料使用硫化钛，负极使用金属锂并且使用含锂盐的电解液。其意义更多在于确立了锂电池基本原理。但由于电池安全性、稳定性等不理想，始终无法商用。1980年古迪纳夫开发了钴酸锂、磷酸铁锂以及锰酸锂三大正极材料，奠定了现在主流正极材料体系。1991年吉野彰摆脱负极锂金属限制，创新性使用石墨作为负极，进而开发了第一个商用锂离子电池。创 造 财 富/担 当 责 任5体系成熟数据来源：固态电池李泓，中国银河证券图2：主流锂离子电池正负极体系及应用场

3、景数据来源：Current Li-Ion Battery Technologies in Electric Vehicles and Opportunities for Advancements，中国银河证券图3：三大主流锂电池产品类型对比锂离子电池材料体系成熟，各类产品应用场景基本确定锂离子电池材料体系成熟，各类产品应用场景基本确定。据中科院研究员李泓报告，钴酸锂电池体积能量密度在600-1000Wh/L，适合应用于消费电子领域；而高端电动汽车领域，偏向于质量能量密度更高的三元电池；储能领域，偏向于安全性、成本优势更突出的磷酸铁锂电池。但面对未来综合要求更高的应用场景（航空航天、国防军工等）

4、，液态锂离子电池体系已出现瓶颈。创 造 财 富/担 当 责 任6能量密度瓶颈数据来源：锂离子电池和金属锂离子电池的能量密度计算 吴娇杨等,中国银河证券中长期政策目标偏高中长期政策目标偏高。中国制造2025年提出的电池技术目标是2020、2025年分别达300Wh/kg、400Wh/kg；而中科院研究院吴娇杨等统计表明1991-2015年能量密度已提升3倍，GAGR约3%，按线性推算2020、2025年能量密度仅能达到300Wh/kg、320Wh/kg。但是从实际技术发展情况看，现在的锂离子电池能量密度增速明显放缓并接近理论极限。能量密度增速放缓能量密度增速放缓，主流材料体系已接近极限主流材料体

5、系已接近极限。据中科院院士孙世刚，磷酸铁锂、三元电池能量密度分别小于200Wh/kg、300Wh/kg（负极石墨），目前这些主流产品均已接近能量密度天花板。据Enpower统计，Tesla Model 3使用松下2170电池近260Wh/kg，改用高镍正极产品的4680电池能量密度可达283Wh/kg，明显低于政策目标及线性预测结果。打破材料打破材料、技术桎梏才能继续突破技术桎梏才能继续突破。据汽车电子设计测算，升级硅碳负极的4680电池有望实现超300Wh/kg。2022年美国Amprius公司使用全新硅纳米线负极实现450Wh/kg。图4：1990-2025年锂离子电能量密度发展路线图（单

6、位：Wh/kg）数据来源：汽车电子设计,中国银河证券表1：特斯拉2170/4680电池性能对比GAGR约5%创 造 财 富/担 当 责 任7能量密度瓶颈（续）数据来源：Issuesand challenges facingrechargeablelithiumbatteries,Tarascon andArmad,Nature,2001,中国银河证券能量密度主要由正负极材料的比容量及两者的电压差决定能量密度主要由正负极材料的比容量及两者的电压差决定。根据电池质量能量密度理论计算公式，提高正、负极材料的比容量、提高电池工作的额定电压可以有效提高电池能量密度。正极材料比容量范围有限，提升比容量更多