固态电池具备能量密度与安全性双重优势，未来替代空间大。液态锂离子电池中电解液具备高化学反应活性、易氧化、易燃烧的特点，而固态电池采用固态电解质代替电解液，与液态锂离子电池相比具备安全性优势，且兼容更高比容量正负极材料，有望打开电池能量密度上升空间，进一步增加电车续航里程，实现锂电池技术的再次升级。
　　半固态电池实现装车验证，多消费场景拓展迅速。目前固态电池行业处于产业化元年，全球主流车企、电池厂纷纷布局加码，但受限于供给端技术、产线、成本等因素，全固态电池量产仍需时日，半固态电池已经率先实现装车，并在后续车型上有望发力。此外，固态电池在3C数码、无人机等应用场景也已实现拓展，有望进一步贡献增量。
　　氧化物、聚合物电解质应用于半固态电池，中短期确定性强。固态电解质包含聚合物、氧化物、硫化物三种类型。聚合物兼具柔性与低成本，与现有产线兼容度高；氧化物稳定性突出，综合性能优秀，成本适中；硫化物电导率更高，动力电池场景远期更有前途，但稳定性较差，目前还处于研发阶段。目前半固态电池主要采用氧化物（LLZO、LATP、LLTO）与聚合物固态电解质（PEO基）。
　　半固态电池产业化趋势明确，行业处于产业化元年。国内半固态技术布局领先，宁德时代、赣锋锂业、亿纬锂能、国轩高科等头部动力电池企业半固态产品陆续发布。量产装车方面，东风旗下岚图追光半固态车型22年已经交付量产，蔚来ET7搭载卫蓝半固态电芯也于23年6月交付，赛力斯、上汽、长安等主流车企也陆续推出了半固态电池搭载车型，未来有望放量，行业增长潜力大。
　　建议关注：
　　相对更受益的氧化物电解质环节：清陶能源（未上市）、卫蓝新能源（未上市）、上海洗霸、金龙羽。
　　半固态电池厂商：清陶能源（未上市）、卫蓝新能源（未上市）、宁德时代、赣锋锂业、国轩高科、亿纬锂能、孚能科技、蜂巢能源（未上市）。
　　原材料相关环节：1.金属锆：三祥新材；2.PEO原料：奥克股份；3.LiTFSI：瑞泰新材、江苏国泰。
　　高镍/超高镍三元正极厂商：当升科技，容百科技。
　　有望受益的硅基负极厂商：贝特瑞。
　　风险提示：半固态车型渗透率不及预期；半固态电池量产进度不及预期；个股公司新技术研发不及预期；行业技术路线出现重大变化。
　　
　　

研究报告全文：行业研究证券研究报告电力设备及新能源2023年09月27日电力设备及新能源行业深度研究报告固态电池锂电革新升级半固态产业化前推荐维持景可期固态电池具备能量密度与安全性双重优势未来替代空间大液态锂离子电池华创证券研究所中电解液具备高化学反应活性易氧化易燃烧的特点而固态电池采用固态电解质代替电解液与液态锂离子电池相比具备安全性优势且兼容更高比容证券分析师黄麟量正负极材料有望打开电池能量密度上升空间进一步增加电车续航里程实现锂电池技术的再次升级邮箱huanglin1hcyjscom执业编号S0360522080001证券分析师何家金半固态电池实现装车验证多消费场景拓展迅速目前固态电池行业处于产业化元年全球主流车企电池厂纷纷布局加码但受限于供给端技术产线邮箱hejiajinhcyjscom成本等因素全固态电池量产仍需时日半固态电池已经率先实现装车并在执业编号S0360523010001后续车型上有望发力此外固态电池在3C数码无人机等应用场景也已实证券分析师苏千叶现拓展有望进一步贡献增量邮箱suqianyehcyjscom执业编号S0360523050001氧化物聚合物电解质应用于半固态电池中短期确定性强固态电解质包含聚合物氧化物硫化物三种类型聚合物兼具柔性与低成本与现有产线兼容度高氧化物稳定性突出综合性能优秀成本适中硫化物电导率更高行业基本数据动力电池场景远期更有前途但稳定性较差目前还处于研发阶段目前半固占比股票家数只态电池主要采用氧化物LLZOLATPLLTO与聚合物固态电解质PEO296004总市值亿元5086745565基流通市值亿元4195771605半固态电池产业化趋势明确行业处于产业化元年国内半固态技术布局领相对指数表现先宁德时代赣锋锂业亿纬锂能国轩高科等头部动力电池企业半固态产1M6M12M品陆续发布量产装车方面东风旗下岚图追光半固态车型22年已经交付量绝对表现-84-159-235产蔚来ET7搭载卫蓝半固态电芯也于23年6月交付赛力斯上汽长安相对表现-63-99-178等主流车企也陆续推出了半固态电池搭载车型未来有望放量行业增长潜力大2022-09-202023-09-207-3建议关注-13相对更受益的氧化物电解质环节清陶能源未上市卫蓝新能源未上市220922122302230423072309上海洗霸金龙羽-24半固态电池厂商清陶能源未上市卫蓝新能源未上市宁德时代赣电力设备及新能源沪深300锋锂业国轩高科亿纬锂能孚能科技蜂巢能源未上市相关研究报告原材料相关环节1金属锆三祥新材2PEO原料奥克股份3LiTFSI瑞泰新材江苏国泰电动车行业周报20230911-20230915欧盟宣称拟对中国电动车发起反补贴调查月我国电池高镍超高镍三元正极厂商当升科技容百科技8产量持续增长有望受益的硅基负极厂商贝特瑞2023-09-19光伏行业周报20230911-20230917电池片价格继续下跌后续或将向上游传导风险提示半固态车型渗透率不及预期半固态电池量产进度不及预期个股2023-09-18公司新技术研发不及预期行业技术路线出现重大变化风电行业2023半年报业绩总结23H1产业链营收止跌回升铸锻件环节盈利改善显著2023-09-13证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可20091210号未经许可禁止转载电力设备及新能源行业深度研究报告投资主题报告亮点本报告从液态锂离子电池材料体系的发展现状出发在参考了大量学术论文行业技术文章的基础上从安全性能量密度上升空间经济性等方面阐述了固态电池的核心优势以及产业化的必要性另外本报告全面总结了固态电池的行业发展现状以及应用场景拓展情况总结了主要厂商固态电池布局以及国内半固态电池的装车验证时间表投资逻辑固态电池具备能量密度与安全性双重优势未来替代空间大目前液态锂离子电池中电解液为有机溶剂其高化学反应活性易氧化易燃烧的特点不仅给目前液态电池带来了安全性挑战也使得正负极材料体系无法进一步大幅提升能量密度固态电池采用固态电解质代替电解液具备本征安全性兼容更高比容量正负极材料提高电池包空间利用率可以实现更高的能量密度增加电车续航里程有望实现对液态电池的替代行业存在0-1的投资机会半固态动力电池已陆续实现装车验证多消费场景助推固态电池产业化动力电池方面国内外主流厂商均对固态电池进行布局全固态电池量产仍需时日但半固态电池已经率先实现装车量产并在后续车型上有望发力产业链有望受益此外固态电池在3C数码无人机便携式储能等应用场景也已实现拓展有望进一步贡献增量重点关注半固态电池产业链与液态电池相比半固态电池主要新增氧化物电解质包覆聚合物原位固化等工艺氧化物电解质处于行业发展初期LLZOLATP更具应用前景聚合物电解质PEO原料需求也有望增加此外硅基负极高镍超高镍三元正极的应用有望随着半固态电池产业化而拓展值得关注综上我们建议关注半固态电池固态电解质核心厂商以及产业链增量需求材料如金属锆LiTFSI环氧乙烷硅基负极的核心标的证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可20091210号未经许可禁止转载电力设备及新能源行业深度研究报告目录一固态电池锂二次电池的最终形态6一固态电池具备能量密度与安全性双重优势6二全固态尚未成熟半固态率先量产7二产业化之路动力电池半固态先行消费领域多场景拓展10一国内半固态电池率先产业化10二全固态电池量产仍需时日12三3C数码无人机应用场景拓展14三固态电解质固态电池的核心组件16一固态电解质为核心组件包含聚合物氧化物与硫化物三种类型16二聚合物兼具柔性与低成本与现有产线兼容度高16三氧化物稳定性突出综合性能优秀17四硫化物电导率相对更高兼具柔性可加工18四投资建议中期半固态有望放量固态电解质产业链受益更大20一清陶能源20二卫蓝新能源21三金龙羽23四瑞泰新材23五奥克股份23六贝特瑞23七三祥新材24八当升科技24九容百科技24五风险提示25证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可20091210号3电力设备及新能源行业深度研究报告图表目录图表1锂枝晶生长刺穿SEI膜隔膜6图表2锂离子电池热失控致灾历程6图表3液态锂离子电池结构示意图7图表4全固态电池结构示意图7图表5全固态电池界面接触问题较大7图表6半固态电池示意图8图表7液态电池半固态电池全固态电池对比8图表8国内固态电池专利申请数量10图表9蜂巢能源果冻电池凝胶电解质10图表10宁德时代凝聚态电池10图表11国轩高科半固态电池11图表12赣锋锂业固态电池11图表13国内主流电池厂商半固态产品进展11图表14国内车企搭载半固态电池车型进展情况11图表15QuantumScape氧化物全固态电池12图表16Ionicmaterials聚合物全固态软包电池12图表17丰田硫化物全固态电池13图表18三星SDI固态电池产业化规划13图表19三星SDI全固态电池方案14图表20全球主流厂商全固态电池进展14图表21大疆御Mavic2搭载锂聚合物电池15图表22聚合物氧化物硫化物固态电解质性质对比16图表23不同类型聚合物基体对比17图表24不同类型导电锂盐对比17图表25不同类型氧化物电解质对比18图表26不同类型硫化物电解质对比19图表27清陶能源氧化物固态电解质粉体20图表28清陶能源氧化物-聚合物复合固态电解质膜20图表29清陶能源复合隔膜20图表30清陶能源产能情况21图表31清陶能源产业链合作情况21图表32卫蓝新能源30Ah固态锂离子电芯22图表33卫蓝新能源12S固态锂离子电池包22证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可20091210号4电力设备及新能源行业深度研究报告图表34卫蓝新能源产业链合作情况22证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可20091210号5电力设备及新能源行业深度研究报告一固态电池锂二次电池的最终形态一固态电池具备能量密度与安全性双重优势液态电池存在本征安全性问题电解液成为关键热失控被认为是电池安全问题的主要原因其结果可能会导致火灾和爆炸在电池热失控过程中电解液的易燃易氧化高化学活性的特点使其成为热失控过程中的关键热失控诱因包括过充外部加热内部短路和机械故障在充放电过程中往往会有一部分锂无法嵌入负极反而沉积在负极表面形成锂枝晶锂枝晶生长刺穿隔膜造成内短路过热开始此后SEI膜隔膜电解质正极材料相继分解并释放热量氧气助推热量的进一步积累最终达到电解液的燃烧条件电池发生热失控最终起火爆炸图表1锂枝晶生长刺穿SEI膜隔膜图表2锂离子电池热失控致灾历程资料来源MingZhuABiobasedCompositeGelPolymerElectrolyte资料来源QingsongWangetalAreviewoflithiumionbatterywithFunctionsofLithiumDendritesSuppressingandManganeseIonsfailuremechanismsandfirepreventionstrategiesProgressinenergyTrappingAdvancedEnergyMaterials2018andcombustionscience2019固态电池采用固态电解质取代电解液具备安全性优势固态电池采用固态电解质部分或全部代替电解液固态电解质主要包括聚合物氧化物硫化物三种类型与电解液相比固态电解质同时具备不易燃耐高温化学活性低的特性此外还具备一定的力学强度可以更好的抑制锂枝晶生长抵抗外界应力冲击降低热失控风险从而大幅提高电池安全性能固态电解质兼容更高比容量正负极材料打开能量密度上升空间里程焦虑是电动车领域始终绕不开的话题也不断推动着电池能量密度的不断提高正负极材料化学体系决定着电芯能量密度的上限与电解液相比固态电解质具备更高的安全性与更宽的电压窗口有望解决高压正极材料如富锂锰基尖晶石镍锰酸锂与现有电解液不兼容的问题固态电解质具备一定结构强度可以补偿负极材料尤其是硅基材料的体积变化应力也不容易导致锂损耗提升硅基材料循环性能从而使硅基负极向更高硅含量拓展此外固态电解质适配锂金属负极有望最终实现锂金属电池的产业化证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可20091210号6电力设备及新能源行业深度研究报告图表3液态锂离子电池结构示意图图表4全固态电池结构示意图资料来源FraunhoferSolidStateBatteryRoadmap2035资料来源FraunhoferSolidStateBatteryRoadmap2035二全固态尚未成熟半固态率先量产全固态电池界面接触问题较为严重工艺尚不成熟生产成本高昂固态电解质缺乏流动性导致固-固接触面积小阻抗增大等问题出现整体电导率较低制约固态电池产业化应用研发合适的固态电解质以及电极材料体系难度较大且目前固态电池的工艺技术尚未成熟特别是在大规模生产方面存在一些挑战此外固态电池使用的材料多为新型材料成本相对较高由于制造工艺尚未成熟生产设备和流程的投入也较大导致在当前情况下固态电池的生产成本居高不下图表5全固态电池界面接触问题较大资料来源NissanAmbition2030发布会半固态电池兼具性能与生产优势半固态电池是液态电池向全固态电池过渡的中间方案证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可20091210号7电力设备及新能源行业深度研究报告采用原位固化技术引入聚合物凝胶网络通过在正极材料负极材料或隔膜两侧涂覆固态电解质同时保留传统液态电解液实现固-液混合与液态电池相比半固态电池引入了固态电解质可以在现有体系的基础上提升能量密度与安全性与全固态电池相比半固态电池保留了部分电解液改善了电导率以及界面接触的问题由于基本保留了液态电池结构半固态电池与现有产线兼容度高没有对电池企业生产工艺带来更大挑战综合来看是行业目前更优的选择方案图表6半固态电池示意图资料来源RusongChenetalApproachingPracticallyAccessibleSolid-StateBatteriesStabilityIssuesRelatedtoSolidElectrolytesandInterfacesChemRev2020半固态电池未来市场渗透率有望提升考虑到固态电解质产业链发展尚处于早期材料实际价格与原材料成本相差较大加工成本高昂我们认为随着技术的不断完善叠加规模效应半固态有望率先在各个下游场景中得到应用半固态电池可以适配更高比容量的正负极材料能量密度提升后单位成本有望进一步降低综合考虑半固态电池相比液态电池在安全性能量密度上的优势我们认为半固态电池具备较强市场竞争力未来市场渗透率有望逐渐提升图表7液态电池半固态电池全固态电池对比液态电池半固态电池全固态电池三元磷酸铁锂富锂锰基尖晶石镍锰正极材料三元磷酸铁锂三元磷酸铁锂酸锂负极材料石墨硅基石墨硅基硅基材料锂金属有机溶剂ECDMCEMC锂盐采用电解液聚合物网络固态电解质的固聚合物电解质氧化物电解质硫化电解质LiPF6液混合体系物电解质隔膜液态隔膜有隔膜涂覆固态电解质材料无隔膜可以沿用液态现有体系锂金属负极集流体正极采用铝箔负极采用铜箔正极采用铝箔负极采用铜箔采用铜锂复合箔证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可20091210号8电力设备及新能源行业深度研究报告硅基负极采用PAA锂金属负极不需正极主要采用油性粘结剂PVDF与溶剂要粘结剂湿法工艺中硫化物电解粘结剂NMP负极主要采用水性粘结剂与液态类似质要求非极性溶剂体系NMP将被CMCSBR替换粘结剂PVDF将被取代干法工艺带来PTFE需求增大能量密度250Whkg360Whkg理论上可超过500Whkg有机溶剂易燃易氧化具有腐蚀性固态电解质热稳定性更高不易氧化无法抑制锂枝晶生长从而导致电芯膨分解机械强度更高可以更好的抑安全性与液态电池相比安全性更强胀热失控热扩散等安全问题损坏制锂枝晶生长从而具有更高的安全时易泄露性资料来源许晓雄全固态锂电池技术的研究现状与展望华南理工大学软物质科普全固态锂离子锂电池的发展与展望李泓等许晓雄固态锂电池研发愿景和策略FraunhoferSolidStateBatteryRoadmap2035华创证券整理证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可20091210号9电力设备及新能源行业深度研究报告二产业化之路动力电池半固态先行消费领域多场景拓展一国内半固态电池率先产业化固态or半固态研发加速2015年后国内企业不断加大对固态电池领域研发力度相关专利申请数量大幅上升根据国家知识产权局网站检索目前共有3147项固态电池相关专利图表8国内固态电池专利申请数量资料来源国家知识产权局华创证券国内半固态电池率先产业化与海外企业直接专注于全固态动力电池不同国内企业以市场驱动为主主要布局目前可量产的半固态电池路线早在2020年12月蜂巢能源就推出了果冻电池基于聚合物凝胶化技术起到不起火不冒烟自愈合的效果赣锋锂业第一代半固态电池能量密度为260Whkg第二代固态电池采用锂金属负极能量密度达400Whkg安全性达到车规要求国轩高科360Whkg高比能半固态电池已通过新国标安全测试并进入产业化阶段亿纬锂能22年12月发布50Ah软包半固态电池能量密度330WhKg循环寿命超过1000次使用温度可拓展到-20-80已完成设计定型处于装车验证阶段2023年4月宁德时代推出凝聚态电池兼具高比能高安全能量密度更是高达500Whkg打破当前体系能量密度天花板满足航空级的质量与安全要求图表9蜂巢能源果冻电池凝胶电解质图表10宁德时代凝聚态电池资料来源蜂巢能源资料来源宁德时代官网证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可20091210号10电力设备及新能源行业深度研究报告图表11国轩高科半固态电池图表12赣锋锂业固态电池资料来源国轩高科电动汽车观察家资料来源赣锋锂业IT时报图表13国内主流电池厂商半固态产品进展电池厂时间进展蜂巢能源202012发布果冻电池基于聚合物凝胶化技术起到不起火不冒烟自愈合的效果202201与东风公司合作开发的首批50辆东风风神E70完成交付搭载半固态电池202207赣锋重庆锂电产业园开工规划建设国内最大固态电池生产基地赣锋锂业第二代固态电池的安全性达到车规要求循环性能在持续提升采用锂金属负极能量密度达2023400Whkg发布SPS电池技术集大软包电芯大软包电池系统大软包电池制造和直接回收四大创新技术于20229一体其中电芯采用半固态设计孚能科技202212第一代半固态电池在岚图追光车型上装车第二代半固态电池进入产业化开发阶段2023SPS系列产品已导入吉利东风的定点国轩高科2023360Whkg高比能半固态电池通过新国标安全测试并进入产业化阶段发布50Ah软包半固态电池能量密度330WhKg循环寿命超过1000次使用温度可拓展到-20-亿纬锂能20221280处于装车验证阶段宁德时代202304推出凝聚态电池采用锂金属负极与原位固化技术兼具高比能高安全能量密度高达500Whkg资料来源各公司公告官网华创证券半固态电池装车量产加速验证目前半固态电池已经在相关车型上得以量产验证东风旗下已有两款搭载半固态电池车型22年E70实现首批小规模交付23年岚图追光正式量产但其电池性能相较于目前液态电池而言并不具备优势蔚来ET7可搭载卫蓝新能源研发的360Whkg电芯续航可突破1000公里于今年6月底实现交付进入量产阶段赛力斯SERES5搭载赣锋锂业第一代固态电池能量密度为260Whkg今年6月已经实现首批交付上汽长安广汽北汽等车企也都推出了半固态电池的装车计划图表14国内车企搭载半固态电池车型进展情况车企车型电池合作方电池能量密度量产装车时间进展东风E70赣锋锂业156Whkg202201与东风公司合作开发的首批50辆东风风神E70完成交证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可20091210号11电力设备及新能源行业深度研究报告付于2022年12月15日发布2023年1月13日开始岚图追光孚能科技170Whkg202301交付23年6月底卫蓝新能源360Whkg锂电池电芯正式给蔚来ET7卫蓝新能源360Whkg202306蔚来交付将搭载于ET7车型上赛力斯SERES5赣锋锂业260Whkg202306主打欧洲市场23年6月于挪威完成首批交付2024年上半年通过智己品牌推出搭载清陶第一代固态电智己清陶能源368Whkg2024H1池的车型2023年4月在上海国际汽车工业展览会上展示预计上汽大通GST300Whkg20242024年推出市场智己飞凡荣预计2025年联合研发的新一代固态电池在智己飞清陶能源2025威MG名爵凡荣威MG名爵车型上广泛应用达到十万辆规模2023年3月上海车展上展示了搭载半固态电池的深蓝长安深蓝SL03SL03车型广汽埃安支持赣锋锂电在固态电池开发工作优先引入广汽埃安赣锋锂业赣锋锂电新型电池方案北汽蓝谷极狐360Whkg第三代固态电池技术计划匹配极狐品牌新车型资料来源各公司公告央视网东风汽车官网易车网电车汇财经网电动汽车观察家起点锂电央广网界面新闻华创证券整理二全固态电池量产仍需时日海外专注于全固态电池大规模装车仍需时日早在2011年法国Bollor就推出了搭载固态电池的乘用车BlueCar成为首个实现聚合物电解质固态电池商业化的公司但当时固态电池相比液态电池并不具备性能优势美国拥有多家固态电池独角兽公司主要专注于全固态电池技术类型多样聚合物氧化物硫化物均有布局日韩多家巨头公司布局固态电池领域较早主要专注于硫化物全固态电池图表15QuantumScape氧化物全固态电池图表16Ionicmaterials聚合物全固态软包电池资料来源QuantumScapeMUNRO资料来源Ionicmaterials证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可20091210号12电力设备及新能源行业深度研究报告丰田突破全固态电池核心技术挑战2027年量产装车此前全固态电池循环寿命较短是核心难题固体电解质随着电池的充放电反复膨胀和收缩可能会引发龟裂导致锂离子在正负极之间的流动会变得困难2023年7月丰田正式宣布已经发现了克服这一难题的新技术其研发的全固态电池充电不到10分钟即可行驶约1200公里丰田预计其全固态电池将全面进入面向量产研发的阶段未来将搭载到BEV车型上计划在202728年投入实际应用图表17丰田硫化物全固态电池资料来源丰田官网三星全固态电池进入中试阶段预计2027年量产2021年底三星SDI推出全新电池品牌PRiMX并宣布了全固态电池产业化规划三星在2021年已经完成了PPScaleMaterial层面的工作2022年全固态电池中试生产试验线在水原市开工公司规划2025年开发出全固态电池原型产品2027年实现量产三星SDI的全固态电池结合了NCA高镍技术高性能硫化物型固态电解质新型阴极和堆叠技术可以实现更高的安全性以及整车轻量化效果图表18三星SDI固态电池产业化规划资料来源三星SDI芝能汽车证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可20091210号13电力设备及新能源行业深度研究报告图表19三星SDI全固态电池方案资料来源三星SDI芝能汽车图表20全球主流厂商全固态电池进展公司时间内容2023突破全固态电池核心技术发布全固态电池产品丰田2027搭载于BEV车型上2020直接布局硫化物全固态电池三星SDI2022全固态电池中试生产试验线开工2027预计实现量产2021第一代20Ah硅负极全固态电池达产2022与宝马合作开发固态电池SolidPower20252025年前与宝马推出首辆原型车2027与商业伙伴推出锂金属电池车型与大众合作研发氧化物电解质锂金属负极预计将搭载在大众相关车型QuantumScape2025上SolidEnergySystem2023计划在2023年开始生产搭载于通用汽车上Ionicmaterials2025专注于全固态电池与雷诺-日产-三菱合作2025年推出原型资料来源各公司官网发布会FraunhoferSolidStateBatteryRoadmap2035BMC芝能汽车NE时代华创证券整理三3C数码无人机应用场景拓展聚合物固态电池率先应用于消费领域在消费电池领域聚合物固态电池又被成为锂聚合物电池得益于其能量密度高灵活性强小型化超薄化轻量化高安全性的优势在PDA笔记型电脑手机无人机和电子烟领域中占有重要定位从2007年的第一代iPhone开始苹果发布的iPhoneiPad广泛使用锂离子聚合物电池大疆多款无人机也搭载了锂聚合物电池证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可20091210号14电力设备及新能源行业深度研究报告图表21大疆御Mavic2搭载锂聚合物电池资料来源大疆官网氧化物硫化物未来有望突破除已经被广泛应用的聚合物体系以外氧化物硫化物体系未来在消费电池领域也有望突破2023年3月小米发布了预研的固态电池技术采用正极涂覆氧化物电解质适配锂金属负极不仅实现6000mAh超大容量能量密度突破1000WhL更大幅提升低温放电性能和安全性能2023年5月据韩媒TheElec报道三星SDI在加大动力电池研发的同时也计划将开发的硫化物固态电池应用在智能手机等移动设备上证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可20091210号15电力设备及新能源行业深度研究报告三固态电解质固态电池的核心组件一固态电解质为核心组件包含聚合物氧化物与硫化物三种类型固态电池中固态电解质为核心组件包含聚合物氧化物与硫化物三种类型在固态电池中固态电解质代替电解液起到离子导体的作用与液态相比其安全性更高且更适配高比容量正负极材料体系但电导率相对较低且与正负极材料接触由固-液界面替换成了固-固界面导致界面接触问题较为严重目前固态电解质主要包含聚合物氧化物与硫化物三种类型各具特点图表22聚合物氧化物硫化物固态电解质性质对比电解质类型聚合物氧化物硫化物材料PEOPANPVDFLLZOLLTOLATPLiPONLGPSLSPSLPSLPSCl离子电导率室温10-7-10-5Scm10-3Scm10-2Scm热稳定性低最高高化学稳定性较易氧化与三元稳定性有限高低修饰后可变高抑制锂枝晶能力一般强强电压窗口低4V易电解高5V低修饰后可变高与现有产线兼容度高较低低已经实现商业应用其低成本灵活性综合性能优秀可率先应用于半固动力电池中远期最有前途还处前景优势大有望在消费领域全面拓展态电池未来可充当硫化物保护层于研发阶段资料来源中国粉体网吴敬华等固态锂电池十年20112021回顾与展望郝帅复合固态电解质的设计及锂金属电池性能研究华创证券整理二聚合物兼具柔性与低成本与现有产线兼容度高聚合物电解质兼具柔性与低成本率先实现商业化运用聚合物电解质采用高分子聚合物为电解质基体添加导电锂盐构成离子传导网络聚合物电解质具备柔性与易加工的特点界面接触相对较好其主要基于现有的高分子材料体系且与现有液态电池产线兼容度高生产成本相对较低早在2011年法国Bollor就已经推出了搭载固态电池的乘用车BlueCar率先实现聚合物固态电池的商业化应用电导率与稳定性相对较低抑制锂枝晶能力有限聚合物电解质短板主要是其较低的室温电导率与氧化物硫化物存在数量级以上的差距故往往需要提升工作温度聚合物依然基于有机物体系其热稳定性相对较低电压窗口较低4V高压下易氧化与三元材料稳定性有限聚合物材料硬度较低抑制锂枝晶能力有限体系组合多样化LiTFSI占比将会提升在聚合物电解质中可以采用不同种类不同比例的高分子聚合物以及导电锂盐的组合具备较高的灵活性可以更好的适配应用场景的需要PEO是以往研究中最早应用最广泛的聚合物电解质基质对锂盐具有良好的亲和力对金属锂具有良好的相容性与电解液相比在聚合物电解质中锂盐溶解解离难度更大需要通过增大阴离子半径实现电荷更高程度的离域化减少离子间的相互作用从而提高电导率和溶解性PEO基电解质中最常用的锂盐是LiNCF3SO22LiTFSI与其他锂盐相比它降低了PEO的结晶度因此提高了聚合物-锂盐络合物的离子导电性证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可20091210号16电力设备及新能源行业深度研究报告图表23不同类型聚合物基体对比聚合物基体优势劣势有一定的结晶度室温离子电导率低机械强度PEO对锂盐溶解度高化学稳定性好成本低差黏性较大影响成膜PAN稳定性好耐热性强且阻燃性好离子传导性不好对锂金属不稳定对锂金属稳定与电极接触面形成的钝化膜阻PMMA成膜后硬脆柔韧性差机械强度差抗较小PVDF热稳定性好电化学稳定性好成膜性较好分子内结晶度较高65-78不利于离子导电资料来源李丹聚合物锂盐的合成及其聚合物电解质隔膜的制备与性能研究华创证券图表24不同类型导电锂盐对比导电锂盐优势劣势前景制备流程复杂热稳定性液态电池体系下最广泛使LiPF6电导率高电化学稳定性较好差易水解价格昂贵用LiClO4有适当的电导率热稳定性和耐氧化稳定性具有强氧化性不安全实验室使用为主工作温度区间更宽热稳定性好低温性能LiBF4离子电导率较低常用作添加剂好对水稳定优秀的高温稳定性和化学稳定在电解液中电导率低于六在聚合物固态电池中将大LiTFSI性在聚合物基体中离子电导率高氟磷酸锂规模采用资料来源康鹏科技招股说明书电池中国网新思界网亚科科技李丹聚合物锂盐的合成及其聚合物电解质隔膜的制备与性能研究华创证券整理三氧化物稳定性突出综合性能优秀氧化物电解质稳定性突出综合性能优秀氧化物固态电解质具有相对较高的离子电导率和更高的热稳定性还具备最高的电压窗口5V可以更加适配高压正极材料体系此外氧化物电解质具备更高的硬度能够有效抑制锂枝晶生长提升电池安全性能氧化物电解质的制备对环境要求不苛刻成本适中易于大规模生产和应用LLZOLATP应用前景较大氧化物电解质包括钙钛矿型反钙钛矿型NASICON型LiSICON型石榴石型与LiPON型钙钛矿型代表材料为LLTO它具有更高的晶体电导率与稳定的结构但其晶界电导率较低限制了总电导率对锂金属不稳定也限制了对锂金属负极的适配NASICON型代表材料为LATP与LAGP同样具备高环境稳定性且稳定电位可达5V适配高压正极材料但是LATP依然存在对锂金属不稳定的问题LAGP由于存在锗元素成本过于高昂石榴石型代表材料为LLZO它具有高总离子电导率高稳定电压6V更好的热稳定性且对锂金属稳定潜力更大LiPON型为非晶态材料综合性能优秀但往往只能用于薄膜类材料氧化物存在脆性较大和界面接触的问题氧化物脆性较大导致负极充放电中体积变化无法补偿在外力作用下也更容易破裂也导致界面问题较为严重难以单独使用工艺上氧化物需要高温烧结较为复杂且带来能耗问题证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可20091210号17电力设备及新能源行业深度研究报告图表25不同类型氧化物电解质对比氧化物固态电解质代表材料优势劣势应用前景低晶界电导率使得LLTO总电钙钛矿型Li05La05TiO3LLTO更高的晶体电导率结构稳定导率较低对锂金属不稳定潜力一般易分解具有较好的热稳定性与电导反钙钛矿型Li3OCl率低成本环境友好与金处于实验室阶段属Li稳定对空气水二氧化碳稳定Li13Al03Ti17PO43LATP对加工环境要求低在高电位Ti对锂金属不稳定可以用GeNASICON型潜力较大Li1xAlxGe2-xPO43LAGP下稳定5V离子电导率更代替Ti但成本昂贵高烧结温度相对较低LiSICON型Li14ZnGeO44报道较少总体离子电导率高对锂金属需要1000高温烧结存在较Garnet石榴石型Li7La3Zr2O12LLZO稳定氧化电位高6V热稳大的界面电阻对水二氧化潜力更大定性更好碳不稳定具有较高的化学稳定性和较宽离子电导率低设备要求高只适用于微型电LiPON型LiPON的电化学窗口制造过程不需成本高产量小只能制作薄池应用场景例要热处理膜材料如医疗设备资料来源FraunhoferSolidStateBatteryRoadmap2035中国粉体网粉体圈刘鲁静等全固态锂离子电池技术进展及现状WeiXiaetalAntiperovskiteElectrolytesforSolid-StateBatteriesChemRev2020华创证券整理四硫化物电导率相对更高兼具柔性可加工硫化物室温电导率更高兼具柔性可加工远期更具潜力硫化物室温电导率更高已接近电解液电导率水平还具备良好的柔性使其能够与活性材料形成更好的界面更好的补偿体积变化在具备一定柔性的同时硫化物也有强的抑制锂枝晶能力为动力电池应用场景中理论潜力最高的材料体系工艺上硫化物易于加工可以通过冷压法制造避免了氧化物的高温烧结步骤但部分工艺需要惰性氛围生产成本高目前难以规模化LPS型与argyrodite型应用前景较大硫化物电解质包括LPSargyrodite型thio-LISICON型与LGPS型LPS主要为非晶态材料代表材料为Li3PS4Li7P3S11其热稳定性好成本较其它硫化物低但其离子电导率相对其它硫化物也较低argyrodite型代表材料为Li6PS5XXClBrI其离子电导率较高对锂金属也相对稳定潜力更大thio-LISICON型代表材料为Li325Ge025P075S4性能相较其它硫化物不够突出应用潜力不大LGPS型代表材料为Li10GeP2S12LGPSLi10SiP2S12LSPS具备更高的离子电导率然而其对锂金属不稳定含有高成本的锗等因素限制较大有待进一步研发稳定性问题较为严重尚处于研发阶段硫化物电解质对空气水分敏感会产生有害气体硫化氢界面稳定性不高导致更高的界面电阻电压窗口较低17-23V易氧化硫化物电解质各方面稳定性问题较为严重需要通过掺杂涂层包覆等策略解决导致较高的研发难度目前还没有进入产业化阶段证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可20091210号18电力设备及新能源行业深度研究报告图表26不同类型硫化物电解质对比硫化物电解质代表材料优势劣势前景离子电导率相对其它硫化潜力大界面电阻还需优LPS非晶态Li3PS4Li7P3S11热稳定性好成本较低物低界面电阻较高化argyrodite型硫银对锂金属相对稳定离子电潜力更大可通过界面修Li6PS5XXClBrI界面电阻较高锗矿导率较高饰降低界面电阻组成调节范围广产品多样离子电导率相对其它硫化thio-LISICON型Li325Ge025P075S4不太可能用于商业电池化物低稳定性低于LPS含有高成本的锗电化学潜力较大需要表面修饰Li10GeP2S12LGPS稳定性低易分解导致LGPS型离子电导率更高提高稳定性硅锡代替Li10SiP2S12LSPSSEI膜连续生长几乎无锗降低成本法与锂金属直接接触应用资料来源FraunhoferSolidStateBatteryRoadmap2035BoranTaoetalThio-LISICONandLGPS-TypeSolidElectrolytesforAll-Solid-StateLithium-IonBatteriesAdvFunctMater2022中国粉体网华创证券整理证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可20091210号19电力设备及新能源行业深度研究报告四投资建议中期半固态有望放量固态电解质产业链受益更大半固态电池具备量产基础且已经得到了车端验证中期有望逐步实现对液态电池的替代固态电解质为半固态电池新增组件具备从0到1的投资机会主要关注氧化物电解质聚合物电解质产业链相关公司一清陶能源背靠院士技术团队攻克固态电解质核心技术清陶昆山能源发展股份有限公司成立于2016年由中科院院士清华大学教授南策文团队领衔创办现已建成新能源材料固态锂电池自动化装备锂电池资源综合利用科研成果孵化产业投资的完整产业生态链与多家主流车企建立了长期合作关系公司历经多轮融资估值超240亿清陶构建了自主可控的知识产权体系已申请国家专利500多项获得授权300多项目前已突破固态电解质材料LLTOLLZO生产技术可通过流延成型等多种方法制备出氧化物-聚合物复合全固态电解质膜也可以生产多功能复合隔膜图表27清陶能源氧化物固态电解质粉体图表28清陶能源氧化物-聚合物复合固态电解质膜资料来源清陶能源官网资料来源清陶能源官网图表29清陶能源复合隔膜资料来源清陶能源官网证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可20091210号20