20230205-光大证券-动力电池新技术展望系列报告六_半固态电池应运而生_抢占下一代锂电技术制高点_31页_3mb

行业研究总结：半固态电池技术与商业化前景

核心内容

• 半固态电池作为固态电池的过渡方案：半固态电池因其高安全性、长寿命和良好经济性，成为液态电池向全固态电池过渡的优选方案。预计2024~2025年将实现商业化转折点，2030年全固态电池有望实现商业化。
• 固态电池技术路线：固态电池的研发路线包括聚合物、氧化物和硫化物三种体系，其中氧化物体系进展最快，硫化物体系技术空间远期较高，聚合物体系仍处于实验室阶段。
• 半固态电池对产业链影响较小：半固态电池的供应链与现有液态电池重合度高，固态电解质成膜工艺是其关键，同时推动关键材料体系创新，如新型锂盐、复合涂层隔膜、凝胶态电解质等。
• 制造成本与降本路径：固态电池制造成本显著高于液态电池，但通过使用锂金属负极可实现30%~60%的成本下降。50GWh是实现半固态电池规模效应的临界点。
• 国内企业布局：宁德时代、清陶能源、卫蓝新能源、赣锋锂业、国轩高科、孚能科技、蜂巢能源等企业均在固态电池领域有布局，部分已进入中试或量产阶段。

主要观点

• 技术发展路径：固态电池技术发展采用逐步转化策略，液态电解质含量逐步下降，最终实现全固态电池。半固态电池作为过渡方案，可显著提升电池比能量和安全性。
• 商业化进程：2022~2023年，多家企业将发布车规级半固态电池，预计2023年陆续看到车端应用。全固态电池商业化尚需5~10年。
• 降本与技术突破：固态电池降本需依赖锂金属负极技术的成熟和规模化生产，同时固态电解质的大规模制备技术突破也将是关键。
• 产业链影响：半固态电池对现有产业链冲击有限，但将推动固态电解质、新型锂盐、复合隔膜等关键材料的创新与投资机会。

关键信息

固态电池技术与材料体系

• 固态电解质类型：

  • 聚合物固态电解质：离子电导率低，但可通过与无机材料共混提升性能。
  • 氧化物固态电解质：离子电导率高，化学稳定性好，适合大规模生产。
  • 硫化物固态电解质：离子电导率高，但空气稳定性差、合成工艺复杂。

• 固态电池制造工艺：

  • 采用软包+叠片封装工艺，中后道工序变化较大，需加压或烧结。
  • 固态电解质成膜是关键工艺，影响电池性能。
  • 半固态电池通过添加少量电解液改善界面，提升电池性能。

固态电池成本分析

• 成本构成：固态电池材料成本（尤其是正极材料）较高，占总成本50%以上。
• 降本路径：
  • 使用锂金属负极可显著降低制造成本。
  • 规模效应是实现成本下降的重要因素，50GWh为关键临界点。
• 成本对比：
  • 液态电池：LIB（石墨负极）总成本约118.7 $\mathbb{S}$ /kWh，LIB（硅碳负极）约107.2 $\mathbb{S}$ /kWh。
  • 固态电池：SLIB（石墨负极）总成本约158.8 $\mathbb{S}$ /kWh，SLMB（锂负极）总成本约102 $\mathbb{S}$ /kWh。

国内企业与车企布局

• 电池企业：

  • 清陶能源：国内首条固态电池产线投产，2022年10GWh项目启动，预计2024年建成。
  • 卫蓝新能源：依托中科院物理所，技术积累深厚，2022年完成100GWh项目投资。
  • 赣锋锂业：研发氧化物厚膜路线，与孚能科技合作。
  • 宁德时代：专注硫化物体系，2022年推出300Wh/kg混合固态电池。
  • 国轩高科：三元半固态电池量产可期，2022年发布360Wh/kg半固态电池。
  • 蜂巢能源：果冻半固态电池已投产，2023年有望放量出货。

• 车企：

  • 蔚来汽车：ET7搭载半固态电池，能量密度达360Wh/kg。
  • 东风：E70搭载半固态电池。
  • 岚图：追风搭载半固态电池。
  • 北汽集团：EX3搭载固态电池，2025年新车有望搭载400Wh/kg固态电池。
  • 长城汽车：计划2025年量产应用能量密度达350~500Wh/kg的固态电池。
  • 天际汽车：2019年推出国内首台固态电池电动车ME7。
  • 哪吒汽车：与清陶科技深度合作。

投资建议与风险提示

• 投资建议：

  • 关注宁德时代、孚能科技、当升科技、华盛锂电、上海洗霸、东方锆业、三祥新材、瑞泰新材等企业。
  • 重点关注固态电解质、新型锂盐、复合涂层隔膜等关键材料供应链。

• 风险提示：

  • 政策变化可能影响行业发展。
  • 原材料价格波动风险。
  • 钠离子电池可能加剧市场竞争。
  • 新能源车销量低于预期可能影响固态电池商业化进程。

图表目录

• 图1：锂电池简要发展历程
• 图2：液态锂离子电池与固态电池性能对比
• 图3：液态——半固态——准固态——全固态电池的发展路径
• 图4：中国固态电池发展目标和产业技术规划
• 图5：固态电池发展技术路线
• 图6：液态锂离子电池与固态电池工艺路线对比
• 图7：清陶能源正负极极片生产工艺流程
• 图8：清陶能源固态锂电池生产工艺流程
• 图9：卫蓝原位固态化技术
• 图10：四种电池结构示意图
• 图11：年产能6GWh时电芯生产总成本
• 图12：生产设备所需投资
• 图13：不同电池的电芯加工步骤的材料、加工成本对比
• 图14：各类电池成本拆分情况
• 图15：固态电池迭代过程中的材料变化
• 图16：清陶能源发展历程
• 图17：清陶能源组织架构
• 图18：清陶能源技术优势
• 图19：清陶能源产品介绍

表格目录

• 表1：三大固态电解质体系及特点
• 表2：主要国家固态电池研究目标
• 表3：海外公司固态电池研究进展
• 表4：国内企业布局
• 表5：国内车企布局
• 表6：半固态电池与固态电池对比
• 表7：国内企业电解质添加剂研发进展
• 表8：国内企业凝胶电解质研发进展
• 表9：国内企业隔膜研究进展
• 表10：国内厂家预锂化技术专利申请情况
• 表11：国内厂家正极修饰技术专利申请情况
• 表12：电池能量密度、生产成本对比
• 表13：混合固态电池实现规模效应后成本预测