固态电池循环次数已达产业化标准，电解质决定固态电池产业化进度。
　　固态电池是行业内探讨的电池的终极形态，根源上解决两大核心痛点：电池的能量密度和安全性。
　　固态电池循环次数已达产业化标准。固态电池技术近期获重大突破，10分钟充满续航1200公里。丰田公司可以制造出续航里程为1200公里的固态电池，充电时间为10分钟或更短。在高倍率快充下，其容量无法完全发挥，但循环性能反而更好，进一步验证固态电池在实际应用中具有很好的性能。
　　固态电池电解质研究进度决定固态电池产业化进度。半固态电池的技术和全固态类似，主要解决固态电池安全性问题。全固态较半固态技术更进一步，使用固态电解质，电解质的固固界面接触的稳定性是其核心工艺。其电解质是固态的，必须解决电解质的稳定性和界面接触问题。
　　锂硫（硒）固态电池为固态电解质主流研究路线。
　　固态电池需使用固态电解质，锂硫（硒）固态电池为固态电解质主流研究路线。新型电解质的开发，有乳化物电解质体系、硫化物电解质体系、氯化物电解质体系。乳化物电解质在负极上的耐还原性较差，因此无法在负极和电解质膜上使用，只能在中间层使用。锂硫电池的能量密度更高，因此成为研究路线的主要选择。
　　锂硫电池与锂硫（硒）电池存在同样的问题。
　　锂硫（硒）电池是锂硫电池的改进型电池，电池虽能量密度高，但存在循环寿命低、倍率性能低的问题。其最主要问题在于使用醚电解液。
　　固态电池使用锂金属作为电池负极，需解决固固界面问题。
　　固固界面易导致离子传导率下降，电池在发生电化学反应时会发生物理变化与化学变化，从而降低倍率性能。
　　目前锂金属电池的问题在于长出枝晶，三明治结构或可解决枝晶问题。
　　固态电池距量产仍有较长研究路程。
　　尚无法商业化的原因主要在于工艺和设备未定。工艺定则设备定，而后可进行产业化批量生产，发挥规模效应，完成降本。目前工艺仍有以下问题亟需解决：（1）锂金属负极电池制备问题；（2）固固界面电池的问题；（3）成本高昂问题。
　　风险提示
　　新能源车销售不及预期，地区排产计划变动，产品研发不及预期等

研究报告全文：产业观察TableMainTableTitle产业研究月报2023101001期产业研究中心TableAuthor电池材料技术电解质材料升级固固界面接触为核心作者王浩电话0755-23976068摘要产业链价格与最新趋势跟踪点评产业最新风向TableSummary邮箱wanghao013539gtjascom固态电池循环次数已达产业化标准电解质决定固态电池产业化进度资格证书编号S0880513090004固态电池是行业内探讨的电池的终极形态根源上解决两大核心痛点电池的能量密度和安全性往期回顾TableDocReport固态电池循环次数已达产业化标准固态电池技术近期获重大突破10分钟充满续航1200公里丰田公司可以制造出续航里程为1200公里的固态电池充电时间为10分钟或更短在高倍率快数字经济周报蔚来汽车发布首款手充下其容量无法完全发挥但循环性能反而更好进一步验证固态电池在实际应用中具有很好机首颗自研芯片20230927的性能科技制造周报智多晶完成数亿人民币E轮融资固态电池电解质研究进度决定固态电池产业化进度半固态电池的技术和全固态类似主要解决20230927新能源周报固态锂金属电池厂商欣视固态电池安全性问题全固态较半固态技术更进一步使用固态电解质电解质的固固界面接触界科技完成亿级融资20230926的稳定性是其核心工艺其电解质是固态的必须解决电解质的稳定性和界面接触问题新能源车产业跟踪半固态先行引领固态电池产业化浪潮20230925锂硫硒固态电池为固态电解质主流研究路线机器人周报特斯拉Optimus视频展示用纯视觉技术处理运动指令固态电池需使用固态电解质锂硫硒固态电池为固态电解质主流研究路线新型电解质的开20230925发有乳化物电解质体系硫化物电解质体系氯化物电解质体系乳化物电解质在负极上的耐还原性较差因此无法在负极和电解质膜上使用只能在中间层使用锂硫电池的能量密度更高因此成为研究路线的主要选择锂硫电池与锂硫硒电池存在同样的问题锂硫硒电池是锂硫电池的改进型电池电池虽能量密度高但存在循环寿命低倍率性能低的问题其最主要问题在于使用醚电解液固态电池使用锂金属作为电池负极需解决固固界面问题固固界面易导致离子传导率下降电池在发生电化学反应时会发生物理变化与化学变化从而降低倍率性能目前锂金属电池的问题在于长出枝晶三明治结构或可解决枝晶问题固态电池距量产仍有较长研究路程尚无法商业化的原因主要在于工艺和设备未定工艺定则设备定而后可进行产业化批量生产发挥规模效应完成降本目前工艺仍有以下问题丞需解决1锂金属负极电池制备问题2固固界面电池的问题3成本高昂问题风险提示新能源车销售不及预期地区排产计划变动产品研发不及预期等请务必阅读正文之后的免责条款部分产业深度目录1固态电池循环次数已达产业化标准电解质决定固态电池产业化进度311固态电池循环次数已达产业化标准312固态电池电解质研究进度决定固态电池产业化进度313我国在固态电池领域已取得多项突破性进展62锂硫硒固态电池为固态电解质主流研究路线93锂硫电池与锂硫硒电池存在同样的问题104固态电池使用锂金属作为电池负极需解决固固界面问题115固态电池距量产仍有较长研究路程146风险提示15请务必阅读正文之后的免责条款部分2of16产业深度1固态电池循环次数已达产业化标准电解质决定固态电池产业化进度11固态电池循环次数已达产业化标准固态电池技术近期获重大突破10分钟充满续航1200公里据财联社报道世界第二大汽车制造商丰田公司2023年7月4日表示已经在电池技术上取得了重大突破能够将电池的重量体积和成本减半将为电动汽车的进步带来巨大的推动力该公司已经开发出了提高电池耐久性的方法可以制造出续航里程为1200公里的固态电池充电时间为10分钟或更短将在2027年开始为电动汽车生产固态电池固态电池一直是行业内探讨的电池的终极形态源于其能从根源上解决两大核心痛点电池的能量密度和安全性因此固态电池被认为是最具发展前景的锂电技术方向大众丰田日产雷诺通用等车企都在加紧固态电池的研发与产业化布局预计到2025年固态电池可实现批量出货到2030年固态电池稳态市占率有望达到20远期其市场空间具有很大潜力固态电池循环次数已达产业化标准学术界的标准与产业实际生产标准背离学术界的实验结果认为固态电池尚不可进行实践生产在高倍率下循环次数有待提升从产业化的角度看可以从2C入手逐步突破固态电池实际应用上的问题目前学术界认为固态电池在高倍率下循环次数不足原因系固态电池固化不均匀离子导体降低进而使得性能衰减然而学术界一味对倍率性能的追求或局限产业化发展目前研究表明在高倍率下全固态电池可以达到产业化需要的循环次数可达到2C3C甚至5C在高倍率快充下其容量无法完全发挥但循环性能反而更好进一步验证固态电池在实际应用中具有很好的性能12固态电池电解质研究进度决定固态电池产业化进度固态电池的普及将先从半固态开始循序渐进后续待技术稳定工艺确定后成本下降半固态电池将慢慢起量尔后逐步迭代到纯固态电池迭代速度逐渐加速从目前进展看来产业内已在固态半固态电池高比容负极材料关键技术研发供应等方面达成全面战略合作一些公司对固态电池的研究已有相关的专利成果未来将持续加强研发投入固态电池电解质研究进度决定固态电池产业化进度半固态电池的技术和全固态类似主要解决固态电池安全性问题半固态电池在解决技术难点的同时有望同步实现量产并降本目前产业内成本高昂的原因在于未能放量形成稳定规模效应未能放量的原因在于工艺未定工艺未定则设备不定因而无法降本全固态较半固态技术更进一步电解质的固固界面接触的稳定性是其核心工艺其电解质是固态的必须解决电解质的稳定性和界面接触问题请务必阅读正文之后的免责条款部分3of16产业深度全固态锂电池的发展主要依赖于固体电解质的发展目前最具潜力的电解质有氧化物硫化物和聚合物硼氢化物和卤化物在最近五年也都有突破性进展但是目前各类电解质的优缺点都很明显例如目前只有部分硫化物电解质的离子电导率接近或者超过有机液体电解液的水平但因界面等方面的问题其电化学稳定性尚不尽如人意氧化物电解质虽具有良好的电化学稳定性但鉴于其本身高的机械强度通常需要高温烧结来确保良好的界面接触没有一种完美的电解质可以满足应用所需要求因此还需要改善各类电解质以获得良好的综合性能此外还需要继续努力探索发现新结构的离子导体使用高通量筛选计算结合实验将有助于发现新的化合物固态锂电池中的固态电解质可以杜绝液态电解质带来的易燃易爆与漏液等问题实现安全储能固态电解质是固态锂电池最核心的部件但其生产成本和综合性能往往不可兼得难以满足商业化需求虽然固态锂电池具有更高安全性但其核心部件固态电解质的原材料成本大多非常高并且相当一部分性能很好的固态电解质对湿度的稳定性不佳需要在露点不超过零下40摄氏度的环境下制备和储存极大增加了生产成本为了满足实际应用的需求全固态锂电池的固态电解质至少需要同时具备三个条件高离子电导率室温下超过1毫西门子每厘米良好的可变形性250至350兆帕下实现90以上致密以及足够低廉的成本低于50美元公斤目前被广泛研究的氧化物硫化物氯化物固态电解质正在突破如何同时满足这些条件固态电池目前技术路线未定多种新型固态电解质被验证可行中国科学技术马骋教授开发了一种新型固态电解质它的综合性能与目前最先进的硫化物氯化物固态电解质相近但成本不到后者的4适合进行产业化应用据科技日报2023年6月27日该成果发表在国际著名学术期刊自然通讯上研究人员介绍氧氯化锆锂能以目前最低的成本实现和当下最先进的硫化物氯化物固态电解质相近的性能对全固态锂电池的产业化具有重大意义此次研究不再聚焦于上述氧化物硫化物氯化物中的任何一种而是转向氧氯化物设计并合成了一种新型固态电解质氧氯化锆锂这种材料具有很强的成本优势如果以水合氢氧化锂氯化锂氯化锆进行合成它的原材料成本仅为116美元每公斤很好地满足了上述50美元每公斤的要求而如果以水合氧氯化锆氯化锂氯化锆进行合成氧氯化锆锂的成本可以进一步降低到约7美元每公斤远低于目前最具成本优势的固态电解质氯化锆锂1078美元每公斤并且不到硫化物和稀土基铟基氯化物固态电解质的4在具备极强成本优势的同时氧氯化锆锂的综合性能与目前最先进的硫化物氯化物固态电解质相当它的室温离子电导率高达242毫西门子每厘米超过了应用所需要的1毫西门子每厘米并且在目前报道的各类固态电解质中位居前列与此同时它良好的可变形性使材料在300兆帕压力下能达到942致密可以很好地满足请务必阅读正文之后的免责条款部分4of16产业深度应用需求也优于以易变形性著称的硫化物氯化物固态电解质实验证明由氧氯化锆锂和高镍三元正极组成的全固态锂电池展示了极为优异的性能在12分钟快速充电的条件下该电池仍然成功地在室温稳定循环2000圈以上目前中国也有多家电池企业整车企业以及科研院所等纷纷布局固态电池产业链上下游但基于全固态电池的技术难度和高成本中国企业大部分采取从半固态再到固态的渐进式研发路线目前公布进展多集中在半固态电池上日本全固态电池不断获得新突破引领全球固态电池产业化方向在固态锂电池产业化道路上日企较为激进2023年6月初丰田宣布固态电池商业化的最新规划最早将在2027年丰田将向市场投放搭载固态电池的电动汽车充电不到10分钟即可行驶约1200公里此外日产计划在2028年推出首款搭载固态电池的量产车型本田规划在2024年启用固态电池的实验生产线所生产的电池将用于2020年代后半期推出的车型该生产线的投资将达到430亿日元约合21亿元人民币据界面新闻7月16日报道日本东京工业大学特聘教授菅野了次等人组成的研究团队成功提高了全固态电池的快速充电性能和容量该研究通过新开发基础材料重新研究制造工艺等方式得以实现相关文章发表在美国科学杂志上日本东京工业大的研究利用高熵材料设计开发了一种高离子导电性的固体电解质通过增加已知锂快离子导体的成分复杂性使得锂离子电导率约为传统材料的23-38倍从而能缩短电池充电时间这意味着影响电池充电性能的指标较当前传统电池相比最多可提高38倍为目前全球最高水平研究团队改良了制造工艺负极采用锂金属代替传统的石墨使得正极容量按单位电极面积计算较当前提高18倍试制的全固态电池每平方厘米电极的电池容量超过20毫安这也是全球目前公布的最高水平总体看来全固态电解质制备方案进展方面目前纯用与复合并行目前电解质制备方面路径尚未统一固体电解质为固态锂电池核心部件为实现固态锂电池高能量密度高循环稳定性和高安全性能的关键固体电解质研发路线多元目前分为聚合物固体电解质无机固体电解质其中无机固体电解质含氧化物固体电解质硫化物固体电解质等硫化物成本高危险但电导率高氧化物化学稳定性好但电导率低聚合物批量制备工艺较成熟但成本相对高目前产业在推进复合方案电池生产工艺方面负极材料与成膜体系工艺是全固态电池制造的核心产业内普遍认可锂金属负极固态体系下锂金属负极可发挥最大效用安全性及能量密度大幅提升但固固接触的界面问题较大需要快速压片技术其产线完全颠覆加工方法和加工形式发生改变需新建产线成膜体系方面固体电解质膜取代隔膜电解液是全固态电池的独特结构若固体电解质膜过厚则降低全固态电池能量密度提高电池内阻若固体电解质膜过薄则机械性能较差电池易发生短路请务必阅读正文之后的免责条款部分5of16产业深度13我国在固态电池领域已取得多项突破性进展我国在固态锂金属电池领域取得多项突破性发展我国首创了锂金属电池专用自动化产线这是中国乃至全球首创的锂金属电池制造专用自动化产线也是我国自主研发的新一代动力电池技术在规模化量产上的又一重大进展2022年9月20日据科技日报一条具有全球竞争力的锂金属电池制造自动化产线在合肥正式启用2022年9月19日据科技日报报道我国实现了新一代锂金属电池能量密度500Whkg的重大突破这标志着我国有批量交付500Whkg的能力在合肥举办的锂金属电池创新技术论坛上盟维科技位于合肥经开区的锂金属电池自动制造线及z21创新实验室正式启用此次启用的产线实现了新一代锂金属电池能量密度500Whkg的重大突破本次锂金属电池自动化制造线在合肥的全面启用说明我国在500Whkg高端能量型动力电池产品的批量交付能力已居于全球领先位置实现了锂金属电池从实验室阶段TRL3到产品批量交付阶段TRL6-8的突破盟维科技600Whkg的新型超高能量密度锂金属电池原型样品目前在也已顺利完成验证2022年7月据科技日报报道恩力动力100Ah锂金属电池研制成功该电池采用自主开发的阻燃型锂金属电池专用电解质液标称容量1024Ah质量能量密度高达479Whkg体积能量密度910WhL科技日报报道称预计到2023年实现百MWh级产线量产2024年完成GWh级产线建设在2030年前陆续实现200GWh以上的全球产业基地布局请务必阅读正文之后的免责条款部分6of16产业深度表1国内固态电池非上市公司融资动态汇总公司名称公布时间融资轮数融资金额投资机构27亿元人2023526G轮上汽集团通过嘉兴创质嘉兴预骏市一号投资民币202258战略融资上汽投资等峰瑞资本上海科创基金科森科技新鼎资本上海博福2021226F轮投资合伙企业有限合伙2020828E轮广汽资本尚颀资本恒旭资本上汽投资202071E轮清陶能源昆山国科创投淮上英才创投20191227E轮峰瑞资本昆山国科创投北汽产业投资2019626D轮峰瑞资本中银投资北汽产业投资数千万元清控银杏首业资本渝商投资集20171122C轮人民币团2017312B轮峰瑞资本2016914A轮峰瑞资本领投机构中国诚通跟投机构招商局资本国投创益德约15亿元2022114D轮屹资本湖州经开集团普洛斯隐山资本中信建投资本人民币和暄资本云和方圆资本淄博景能2022729战略融资淄博景能科技有限公司国汽智联中科创星顺为资本小米集团哈勃投资众擎基金北京高端制造2022324C轮卫蓝新能业基地投资开发有限公司吉利控股集团约5亿元人华为小米集团蔚来资本IDG源20211126B轮民币资本202163A轮海松资本武岳峰资本允泰资本数亿元人2018611A轮三峡资本天齐锂业中科院科技成果转化基金陆石投资民币201775天使轮荷塘创投海博思创武岳峰资本数千万美202268战略融资国新科创基金元2022127战略融资约1亿欧元Mercedes-Benz软银中国资本春华资本丹丰创20211029战略融资326亿美元投辉能科技202048D轮约1亿美元中银投资一汽产业基金2019211战略融资15亿美元软银中国资本201521A轮泰达科投201211天使轮软银中国资本数亿元人领投机构中金资本招商局创投跟投机构清研资本国202266A轮民鼎资本太蓝新能币源202238A轮碧桂园创投202151A轮君联资本两江资本超2000万领投机构日初资本红杉中国跟投机构广汽资本天启2022630A轮美元资本宁波纽励创业投资合伙企业有限合伙博润资本恩力动力超亿元人领投机构微光创投跟投机构绿动资本势能资本元诺202211A轮民天承淄博股权投资合伙企业有限合伙博润资本币赣锋锂电2023130战略融资国投招商领投中科深蓝汇泽2022820天使轮春华资本超5000万领投机构同创伟业跟投机构中金资本亿宸资本欣旺高能时代2022314战略融资元人民币达珠海高科创投7亿元人民上海洗霸2023117币20亿元人高乐股份2023429民币深圳索理陕投资本旗下绿金管理公司和辰峰资本本轮募集资金主要德新材料202361preA用于技术研发及扩大硅基产品产能建设公司业务囊括了全科技有限系列硅基负极业务固态电解质业务富锂锰基业务公司常州苏锂天使轮数千万元天华新能东吴创投中科创星联合投资资金将主要用于科技有限202341preA人民币中试产线建设原材料采购以及团队扩充责任公司数据来源Wind国泰君安证券研究请务必阅读正文之后的免责条款部分7of16产业深度表2国内固态电池上市公司正负极布局汇总公司技术方向最新进展负极材料正极材料2022年6月1日自主开发的固态电池产品已应日本本土客户的需德尔股份氧化物求提供样品并开展测试匹配工作2022年9月6日全固态电池完成样件进行客户端测试2022年2月9日半固态水系锌离子电池可量产山东章鼓聚合物钛酸锂三元2022年2月14日固态膜已有少量订单2022年4月21日锂电池业务开始转型珈伟新能聚合物石墨磷酸铁锂三元2022年4月28日子公司珈伟隆能停产2022年9月9日电芯中试生产线扣式电池以及固态电池各一条金龙羽氧化物小试线已基本完成设备安装正在进行调试固态电解质中试研硅碳发平台进入试生产阶段加大对锌离子电池固态电池及新型动力锂电池产品的研发磷酸铁锂锰酸雄韬股份石墨硅锂钴酸锂高SiOX含量142021年12月26日固态锂电池研发顺利推进NCM811HNC南都电源氧化物以上石墨复合物2022年11月18日公司与浙江大学开展固态电池研发项目合作AHNMC金属锂纯硅高SiOX含量14NCM811HNC滨江集团氧化物年月日公司称所投资的辉能科技尚未产生投资收益以上石墨复合物202288AHNMC金属锂纯硅2020年2月公司有固态电池方面技术储备已在积极布局相关鹏辉能源技术相关电池产品的量产要综合考虑市场需求成本产业链硬碳磷酸铁锂等因素2021年10月13日贝特瑞中国宝安子公司开展对固态和半固高镍三元磷酸贝特瑞氧化物态电池用的材料研发贝特瑞锂电池负极产品可适用于半固态和硅石墨固态电池贝特瑞有相关的技术储备主要从事无机类固态电解铁锂质有机类固态电解质以及金属锂负极材料的研发2021年9月8日有成立专门的团队对固态电池进行跟踪和研究三元磷酸铁锂2021年9月18日公司对固态电池目前处于产业跟踪阶段横店东磁人工石墨天然石墨钴酸锂锰酸锂2021年3月30日公司第二代固态锂电及其关键材料已开发完成并送样2021年12月7日公司与北京卫蓝新能源科技有限公司签订战略合作协议2022-2025年2022年4月2日已经完成固态锂电材料开发及批量出货钴酸锂新型富当升科技氧化物2022年7月16日公司与清陶昆山能源发展股份有限公司签订了锰正极磷酸锰战略合作协议2022-2025年铁锂高镍三元2022年7月20日当升科技推出了双相复合固态锂电正极材料和固态电解质两款全新体系材料2022年12月16日已经完成固态锂电材料开发并成功导入赣锋锂电清陶卫蓝新能源辉能等固态电池客户实现批量销售2021年10月25日公司正在进行固态电池相关的技术研究年月日根据客户需求情况预计将于今年底小批量装车高镍三元磷酸国轩高科202285硅2022年12月2日半固态电池匹配客户需求2022年底实现装铁锂钛酸锂车2023年批量交付2022年1月22日首批搭载赣锋固态电池的50辆东风E70电动车正赣锋锂业氧化物式完成交付石墨金属锂高镍三元2022年7月30日在固态电池及相关材料领域已获得专利150余项2022年5月20日天齐锂业子公司天齐创锂科技深圳有限公司与北京卫蓝新能源科技有限公司签署合作协议目前通过成都天齐锂业氧化物天齐持有北京卫蓝新能源科技有限公司5的股权通过天齐锂业金属锂高镍三元中国香港持有SESHoldingsPteLtd1083的股权以期跟踪技术趋势和商业化进程成为其关键材料的增值供应商数据来源Wind国泰君安证券研究请务必阅读正文之后的免责条款部分8of16产业深度表3国内固态电池上市公司电解液电解质布局汇总公司技术路线最新进展电解液电解质2022年7月21日在固态电池方面存在相应布局2022年8月25日公司部分产品已应用于固态锂离子电池中瑞泰新材氧化物电解液2022年9月28日公司部分产品已作为固态电解质或添加剂进入固态电池客户供应链2022年2月15日公司成功研发并量产双三氟甲基磺酰亚胺LiTFSI且已应用于固态锂离子电池中江苏国泰氧化物电解液2022年8月4日公司部分新型锂盐产品可应用在半固态电池上2022年4月29日成立子公司深圳新源邦科技有限公司从事固态电池的相关研发2022年5月24日公司一直保持密切关注并积极进行研发及专利新宙邦布局电解液2022年6月1日公司控股子公司深圳新源邦科技有限公司技术团队已积累大量研究经验相关产品实现十公斤级样品验证2022年1月7日公司生产的LIFSI等产品可以应用到半固态电池也在同时进行固体电解质的技术储备有望应用于更高能量密度多氟多的固态电池电解质2022年8月4日公司已有专门的研究小组着手半固态及固态电池电解质的研究天赐材料电解液数据来源Wind国泰君安证券研究2锂硫硒固态电池为固态电解质主流研究路线固态电池需使用固态电解质锂硫硒固态电池为固态电解质主流研究路线目前新型电解质的开发有乳化物电解质体系硫化物电解质体系氯化物电解质体系乳化物电解质在负极上的耐还原性较差因此无法在负极和电解质膜上使用只能在中间层使用锂硫电池的能量密度更高因此成为研究路线的主要选择固态电池领域发展不断NASA新发布锂硫硒固态电池2022年10月12日据澎湃新闻美国航空航天局NASA表示其研发的航空用固态电池取得了重大突破NASA官网介绍该固态电池的能量密度达到了500Whkg与4680电池300Whkg的能量密度相比几乎是它的两倍据新能源网美国国家航空航天局NASA的研究人员一直以来在探索可以为电动飞机提供动力的先进固态电池其固态结构电池增强可充电性和安全性SABERS项目在克利夫兰的格伦研究中心展开同时与佐治亚理工学院阿贡国家实验室和太平洋西北国家实验室的研究人员共同合作NASA的固态电池为锂硫硒电池该电池较锂离子电池更轻能量密度更高该电池采用金属锂作为负极硫和硒作为正极电解质材料成本更低在电池的封装上NASA的固态电池在单个外壳内将电芯堆叠在一起使电池重量减少了30-40请务必阅读正文之后的免责条款部分9of16产业深度图1NASA官网展示的电池分解图数据来源NASA官网电池性能是电动飞机电池关注的重点其电池必须能够在尽量轻的情况下为飞机提供大量能量此外为保障动力航空用途的电池必须能够为电动飞机或无人驾驶飞行器提供足够的放电速率电池就像水桶它的容量是桶的容量功率是桶的排空速度为一架电动飞机提供动力电池必须以极快的速度释放能量或者清空电池桶3锂硫电池与锂硫硒电池存在同样的问题此前锂硫电池虽能量密度高但存在循环寿命低倍率性能低的问题其最主要问题在于使用醚电解液其发挥容量作用必须经历溶解沉积过程电池浸泡在醚里必然产生硫的物质的穿梭正极在不断改变结构稳定性在变化影响整个电池的能量发挥影响循环次数锂硫硒电池是锂硫电池的改进型电池锂硫硒电池的负极是金属锂放电产物为Li2S或者Li2S2理论能量密度高达2600Whkg硒和硫是同族元素硒具有更高导电率锂硒电池的能量密度却远低于锂硫电池锂硫硒电池利用了硫和硒的协同作用请务必阅读正文之后的免责条款部分10of16产业深度图3固态电池结构设计图数据来源NASA官网循环寿命低和倍率性能差也是锂硫硒电池的短板在此前的报告新技术跟踪新型锂金属固态电池有望3分钟充满电我们提到了固态电池可能出现的问题同样以金属锂作为负极的锂硫硒电池充放电循环中也会发生体积变化金属锂负极的枝晶和粉化成本高昂等问题锂硫硒电池优点缺点同样突出虽能量密度较高但充放电功率和循环寿命远不如锂离子电池目前介绍中没有提到固态电解质的成分若固态电解质可以抑制穿梭效应解决硫的固化或可解决该电池的循环寿命可能得到改善我们认为该电池未来可能在载人航天等领域中应用中短期不会应用在动力电池领域由于该电池使用金属锂作为负极推广后可能进一步增加锂的需求4固态电池使用锂金属作为电池负极需解决固固界面问题全固态电池中电极电解质固固界面问题仍是目前全固态电池实用化过程中面临的最实际的问题包括界面阻抗大界面稳定性不良界面应请务必阅读正文之后的免责条款部分11of16产业深度力变化等直接影响电池的性能因此需要设计具有优良锂离子传输能力的界面新的界面不但需要具有高的离子电导率还需要和正极以及电解质都具有良好的相容性常用的手段包括表面包覆调控复合正极组分等此外还需要探索更适合固态电池的电极材料和表面包覆材料同时需要对晶界和电极电解质界面反应和动力学进行更深入的理解固固界面易导致离子传导率下降从而降低倍率性能电池组装阶段工艺可保障固固间接触此前的加压方式有传统两大滚压及陶瓷砖的平板压力两种但以上方式均会导致力的集中和压力不均匀问题因此影响电池性能并升高成本而等静压工艺即可实现固体间的接触等静压工艺通过创造一个均匀的压力保障材料间的良好接触避免应力集中和缺陷的产生等静压工艺在整个电芯上形成均匀的压力保障材料良好接触避免局部压力过大目前等静压设备已可以满足固态电池的连续装配需求新型固态锂金属电池有望3分钟内完全充电寿命可达20年或改变电动汽车行业格局2022年9月19日据科技日报美国开发了一种新型固态锂金属电池该电池有望实现3分钟内完全充电并且可持续使用20年初创公司AddenEnergy宣布已获得哈佛大学技术发展办公室授予的独家技术许可用于推进该技术的商业化其目标是将电池缩小为手掌大小的软包电池其组件封装在铝涂层薄膜中这款电池使用的是纯金属形式的锂而不是目前市场上电动汽车电池所用的锂离子同时固态是指使用固体电极和固体电解质而非锂离子电池中的液体或聚合物凝胶电解质与传统的锂离子电池相比锂金属电池在相同体积下储存的能量更多而充电时间却短得多在实验室中电池原型实现了充电速度快至3分钟并且在生命周期内可循环超过1万次据科技日报目前即使是同类中最好的电池也只有20003000次充电循环固态锂电池需解决体积变化及长锂枝晶问题固态锂电池的充放电过程伴随着阴阳极体积的变化比如阴极中的晶格拉伸和扭曲以及阳极中的金属锂沉积而液态锂电池得益于液态电解质阴阳极体积变化不会影响电池内部的受力结构但因为固态锂电池中固态含量较高阴阳极体积的改变可能会影响固态锂电池的稳定性假如阳极某一处锂沉积过多会导致该处的应力增大应力超过了固态电解质承受的极限材料形变过大即应变程度会有材料断裂粉化等风险所以材料的力学性质的变化会影响材料的电化学性质进而导致电池性能恶化甚至失效除了固态电解质电极的组成成分活性物质粘结剂导电剂等所使用的材料也会影响到电池的力学结构请务必阅读正文之后的免责条款部分12of16产业深度图4固态锂电池的充放电过程伴随着阴阳极体积的变化数据来源httpswwwscienceorgdoi101126scienceabg5998固态电池研究除了致力于改善电解质的离子传输速率和电化学稳定性之外仍应兼顾多方面如固态电池的力学结构框架等关注应力的产生预防和缓解机制提出了多个解决方案目前锂金属电池的问题在于长出枝晶三明治结构或可解决枝晶问题新电池新灵感来自英式经典三明治锂金属负极很容易形成树突一种微小的刚性的树状结构树突会在电池中生长其针状突起的部分称为枝晶这些结构像根一样长入电解质并刺穿分隔阳极和阴极的屏障可能导致电池着火类似三明治的多层结构可防止枝晶结构生成如果将电池想象成三明治首先一层是面包锂金属阳极然后是生菜石墨涂层接下来是一层西红柿第一种电解质和一层培根第二种电解质最后是另一层西红柿和最后一块面包阴极在这种设计中树突在生菜和番茄中生长但在培根处停止培根屏障阻止枝晶穿过使电池短路从而防止了故障产生此外该电池可自我修复其化学成分允许回填由枝晶产生的孔请务必阅读正文之后的免责条款部分13of16产业深度图5三明治电池数据来源纯电侠电池有态度微信公众号5固态电池距量产仍有较长研究路程尚无法商业化的原因主要在于工艺和设备未定工艺定则设备定而后可进行产业化批量生产发挥规模效应完成降本目前工艺仍有以下问题丞需解决1锂金属负极制备的问题锂离子电池和锂金属电池主要区别在于负极材料锂离子电池负极材料主要为石墨和硅锂金属电池的负极则为锂金属锂金属负极距离大规模量产应用还有较长的研究路程宁德时代曾表示认为采用锂金属为负极材料的全固态金属电池是固态电池的最优发展方向宁德时代认为该技术可从本质上提升电池安全性和能量密度但锂金属负极制备工艺难度大锂金属负极易发生巨大的体积变化锂金属电池易发生微短路等限制高能量密度的锂金属电池距离大规模量产应用还有较长的研究路程2固固界面电池的问题电池在发生电化学反应时会发生物理变化与化学变化在物理层面固固电池粉体颗粒在电池充放电循环中会发生体积变化变大或变小由于其不含液体电解质因此变化后的颗粒与颗粒之间层与层之间容易存在缝隙产生接触不良电子离子传输受阻电池内阻增加发生极化问题倍率性能下降在化学层面存在固态硫化物电解质材料选择问题硫化物电解质易与正负极导电剂粘接剂发生化学反应因此在充放电过程中就会在界面上产生其他反应产物电池内阻增大请务必阅读正文之后的免责条款部分14of16产业深度倍率性能降低3成本高昂问题固固电池成本高昂据高工锂电预测全固态电池的成本或比当前的锂电池高4倍以上目前看来半固态电池的成本均超过1元WH而据wind数据截至7月10日三元液态锂电池电芯的成本为072元WH磷酸铁锂电芯为065元WH硫化物电解质为目前主流研究路线成本主要由硫化锂决定整体成本或可通过添加使用其他材料如氯化铝等解决6风险提示新能源车销售不及预期地区排产计划变动产品研发不及预期等受汽车产业链新建产能变化影响及全球新能源车或销量不及预期或因上下游原材料产出及量产能力限制影响产业产品研发情况请务必阅读正文之后的免责条款部分15of16产业深度本公司具有中国证监会核准的证券投资咨询业务资格分析师声明作者具有中国证券业协会授予的证券投资咨询执业资格或相当的专业胜任能力保证报告所采用的数据均来自合规渠道分析逻辑基于作者的职业理解本报告清晰准确地反映了作者的研究观点力求独立客观和公正结论不受任何第三方的授意或影响特此声明免责声明本报告仅供国泰君安证券股份有限公司以下简称本公司的客户使用本公司不会因接收人收到本报告而视其为本公司的当然客户本报告仅在相关法律许可的情况下发放并仅为提供信息而发放概不构成任何广告本报告的信息来源于已公开的资料本公司对该等信息的准确性完整性或可靠性不作任何保证本报告所载的资料意见及推测仅反映本公司于发布本报告当日的判断本报告所指的证券或投资标的的价格价值及投资收入可升可跌过往表现不应作为日后的表现依据在不同时期本公司可发出与本报告所载资料意见及推测不一致的报告本公司不保证本报告所含信息保持在最新状态同时本公司对本报告所含信息可在不发出通知的情形下做出修改投资者应当自行关注相应的更新或修改本报告中所指的投资及服务可能不适合个别客户不构成客户私人咨询建议在任何情况下本报告中的信息或所表述的意见均不构成对任何人的投资建议在任何情况下本公司本公司员工或者关联机构不承诺投资者一定获利不与投资者分享投资收益也不对任何人因使用本报告中的任何内容所引致的任何损失负任何责任投资者务必注意其据此做出的任何投资决策与本公司本公司员工或者关联机构无关本公司利用信息隔离墙控制内部一个或多个领域部门或关联机构之间的信息流动因此投资者应注意在法律许可的情况下本公司及其所属关联机构可能会持有报告中提到的公司所发行的证券或期权并进行证券或期权交易也可能为这些公司提供或者争取提供投资银行财务顾问或者金融产品等相关服务在法律许可的情况下本公司的员工可能担任本报告所提到的公司的董事市场有风险投资需谨慎投资者不应将本报告为作出投资决策的惟一参考因素亦不应认为本报告可以取代自己的判断在决定投资前如有需要投资者务必向专业人士咨询并谨慎决策本报告版权仅为本公司所有未经书面许可任何机构和个人不得以任何形式翻版复制发表或引用如征得本公司同意进行引用刊发的需在允许的范围内使用并注明出处为国泰君安证券研究且不得对本报告进行任何有悖原意的引用删节和修改若本公司以外的其他机构以下简称该机构发送本报告则由该机构独自为此发送行为负责通过此途径获得本报告的投资者应自行联系该机构以要求获悉更详细信息或进而交易本报告中提及的证券本报告不构成本公司向该机构之客户提供的投资建议本公司本公司员工或者关联机构亦不为该机构之客户因使用本报告或报告所载内容引起的任何损失承担任何责任国泰君安证券研究上海深圳北京深圳市福田区益田路6003号荣超商务中心北京市西城区金融大街甲9号金融地址上海市静安区新闸路669号博华广场20层B栋27层街中心南楼18层邮编200041518026100032电话0213867666607552397688801083939888E-mailgtjaresearchgtjascom请务必阅读正文之后的免责条款部分16of16