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中信证券 | 固态电池深度报告解读电话会(新能源汽车)
金融民工1990
长线持有
2023-12-11 21:13:31

会议要点

1. 解码固态电池的未来趋势

• 固态电池特点:固态电池相比液态电池,最大优点是安全性高,无爆炸起火风险,并追求更高能量密度。在未来理论上,金属锂的使用能让固态电池能量密度达到现有三元电池两倍以上,缓解里程焦虑问题。

• 固态电池发展挑战:固态电池当前面临的问题包括低循环次数和技术难度高。目前固态电池的循环寿命大约在200-500次,目标是1000次,仍低于液态电池。半固态电池保留了部分液态电解液,循环性能较好,是国内厂商的研究重点。

• 产业化难度:固态电池的产业化因材料和技术挑战还未普及应用。需要开发新的固态电解质材料,解决与液态电池不同的技术难题,包括潜在的环境污染问题。

2. 固态电池技术路径解析及产业化趋势

• 固态电池产业化面临短期成本问题,需技术进步和规模化生产来实现降本。

• 目前氧化物技术路线产业化进展最快,中等偏上性能与较低成本促使中国企业在全球技术领域中主导。

• 硫化物技术潜力最大但难度大,成本高;部分企业已有布局,如日本的丰田及中国的宁德时代。

• 聚合物技术由于性能属性问题,成为主流细分技术的难度较大。

• 全固态电池商业化可能需至2030年,半固态电池发展更快,有望在未来两年内小规模商业化。

3. 固态电池投资机遇深度解读

• 全固态电池转型:固态电池相较液态电池,材料体系变化显著,尤其是电解液和隔膜的替换增加了市场中新的公司机会,如三江新材等。对未来石墨负极比例提升和金属锂使用渐增持乐观态度。

• 正极材料变化相对较小,三元材料体系在固态电池中的表现更佳,现有锂电正极企业布局良好。

• 设备共通性约70%,固态电池的独特环节在于无需隔膜和电解液转变为固态所带来的设备变化。

4. 固态电池分类与工艺解析

• 半固态电池具备达到350~400Wh/kg的能量密度,全固态电池有望超过500Wh/kg,这两个优势明显。

• 固态电池根据电解质类型分类,常见为聚合物、氧化物、硫化物;其中聚合物技术最成熟但电荷率较低,氧化物安全性高但接触问题未解决,硫化物能量密度高且有发展潜力但成本与稳定性需优化。

• 固态电池与液态电池生产过程有相似之处,但在正极材料复合化、电解质添加方法和成组方式上不同;此外成膜工艺关键,以湿法、干法为主。

5. 解析固态电池成本及性能挑战

• 半固态与全固态电池成本分析:半固态电池成本低于全固态电池,全固态电池在相同良率下成本要高出40%以上;实际成本高于测算,因材料精度高、产量低、良率可能不足90%。

• 固态电池面临的核心问题:成本、材料电导率与加工性能之间的平衡难题、电解质与电极材料界面接触性差。

• 降低全固态电池成本的策略:通过半固态电池规模化生产降低电解质成本;复合电解质技术虽可提升性能但面临高制备难度和成本。

6. 固态电池界面问题与应对策略

• 电池界面问题:针对固态电池正负极与电解质间的界面接触问题,核心关注三种界面(负极-电解质、正极-电解质、正极活性材料颗粒间微观界面)及其对离子传导的影响。

• 问题解决策略:包括材料维度(通过减小体积膨胀或使用锂金属负极)和工艺维度(比如增大压力消除界面孔隙,等静压等特殊方式减少缝隙)。

• 集中化趋势:日韩企业在硫化物全固态电池方向上有专利优势,反映出集中化的研发和产业化趋势,日韩更倾向于终极答案的研发。

7. 固态电池转型与产业进展解析

• 技术路线多元化:欧美正在关注不同类型的固态与半固态电池技术,包括氧化物、硫化物和聚合物固态电池,美国三大电池制造商分别采取不同技术路径。

• 国内快速发展:中国企业倾向于氧化物半固态电池,量产和装车进展迅速,预计产能达数百GWh,宁德时代等厂商对凝聚态和硫化物固态电池也有布局。国内的关键时间节点集中在2024-2025年。

• 国际市场布局:比如青桃和台湾的辉能在海外市场有布局,预计未来将有重要进展。博洛雷的子公司向戴姆勒供应的聚合物固态电池表明欧美市场对聚合物技术的兴趣。

8. 固态电池产业谨慎态度建议

• 国内多类企业涌入固态电池领域,但应审慎对待跨界企业,特别是缺乏资源禀赋和技术支持的公司。

• 半固态电池与液态锂离子电池成本接近,而全固态电池价格需降至几毛钱水平,依赖于半固态电池规模化降低电解质成本。

• 预计2030年前后固态电池产业化,其中2030年全球固态电池生产量达数十GWh,渗透率不足10%。

9. 解析固态电池的材料与市场前景

• 正极材料发展:半固态电池优势在于高镍三元材料,全固态电池因其电解质高耐压能选用高电压平台正极材料,富锂锰基材料成本更低,能量密度高,有望成全固态电池首选。

• 负极材料发展:半固态电池成熟选项为硅碳负极,全固态则偏好金属锂负极,因其膨胀性更弱、与固态电池兼容性更好,未来长期看好金属锂负极的潜力。

• 产业链投资建议:关注原材料级别增长潜力,如锅台电解质、正负极材料;电池端看好传统企业技术突破,如宁德时代;新兴固态电池制造商,如美国SolidPower,投资机会聚焦在具有资源禀赋或市场关注高的公司。

会议实录

1. 解码固态电池的未来趋势

好的,大家好。我是中信新能源汽车的分析师汪浩,与我一同在线的还有我们小组的同事小玉潇。在过去的一周里,我们团队发布了一篇关于固态电池行业的分析报告。今天,我会利用下午这段时间向各位领导汇报我们的研究成果。首先,我计划用几分钟的时间为大家概要地介绍报告的核心观点。随后,我们将详细解读报告的内容。

关于固态电池,我相信诸位对电池本身并不陌生。按照电解液的形态,我们可以将电池划分为液态电池、半固态电池及固态电池。通常我们将半固态和全固态电池统称为固态电池,它们是本次报告的焦点。在从业态到半固态,再到全固态的发展过程中,电池的基本工作原理并没有变化,它们仍是基于离子迁移的电池,类似于锂电池向钠电池的转变。

目前市面上绝大多数仍然是液态电池。鉴于液态电池已经非常成熟,产业链还是决定进一步研发固态电池的原因在于固态电池的独特优势。主要优点有两个,非常突出。首先是安全性,尤其是全固态电池,从化学的角度而言,不会发生像传统液态电池那样的热失控,导致起火或爆炸的问题,这是其最显著的优点。

其次是追求更高的能量密度。当固态电池使用金属锂之后,理论上它的能量密度有望达到六七百瓦时。尽管这需要产业界进一步的技术突破,但若实现,将是目前液态三元电池能量密度的两倍以上,这可以极大地缓解目前电动车的续航焦虑问题。

目前,市面上企业推出的半固态电池普遍的能量密度为350~400瓦时/千克。半固态电池之所以能提升能量密度,并不是因为从液态到固态的转变,而是因为固态电解质的化学稳定性更好,电化学窗口更宽,可以容纳正负极材料的更高能量需求。所使用的正负极材料,如高容量锂金属负极,可有效提升电池的能量密度。这是固态电池在安全性和能量密度方面的两大优势。

然而,固态电池也存在一些缺点,这也是为什么目前尚未看到其真正产业化的原因。第一个缺点涉及循环寿命。由于固态电池中电极与电解质为固态接触,导致内部电阻相对较高,循环寿命确实比液态电池短。目前,固态电池的循环寿命大体在200~500次左右。长期目标是实现1000次循环寿命,但与现有液态电池相比仍有较大差距。半固态电池,由于保留了部分液态电解质,电导率相对较高,因此循环寿命能更长。目前,特别是国内厂商在固态电池研发上,实际上更倾向于采取半固态的技术路线。

第二个缺点是高制造难度。半固态化之后,固态电解质的选择问题就显得尤为突出,不同技术路径下,仍然有许多技术问题待解决。而这些技术问题与传统液态电池的材料体系差异显著,形成了新的挑战。此外,如硫化物电解质可能带来的剧毒及环境污染问题,也需技术层面的解决。

2. 固态电池技术路径解析及产业化趋势

校对后的文本:

影响固态电池产业化的短期问题之一是成本。这方面既需要技术进步,也需要规模化生产。只有真正实现产业规模化,才能通过规模效应降低成本,这是一个双刃剑。基于固态电池明显的优势,产业界许多公司都在围绕固态电池进行研发。固态电池技术路径繁多,重点围绕电解质研究,主要有三种材料体系:聚合物、氧化物和硫化物。这三种各有特点,在性能、成本和研发难度上都有不同。不同国家和企业会根据自身条件和战略目标,选择不同的技术路线。

综合来看,氧化物的产业化进展最快。虽然其综合性能不是最优,但处于中上游水平,并且在成本和量产难度上有优势。目前,中国企业在氧化物技术路线的布局中积极且处于全球领先地位。

硫化物技术路线的最大潜力在于其优异的性能,诸如能量密度和电导率均为最佳。但相对应的,其研发难度和量产难度大,成本也较高。硫化物更适合用于长期发展全固态电池,而不是短期过渡方案。目前日本企业在全固态硫化物技术的布局较早,比如丰田的进展备受瞩目。国内龙头企业如宁德时代也在这个领域进行了大量布局。

聚合物技术因其化学特性,在未来成为主流技术路径上存在难度。不过,电解液的未来发展可能会采取混合不同技术路线的产品,目前不同的企业均在进行尝试。

在产业结构上,我们分析固态和半固态两大类。首先,全固态电池的量产受限于技术和成本,预计在未来三年内,我们可以期待看到更多车企开始测试专车。然而,要达到数千瓦时级别以上的产线并开始大规模商业化,可能要等到2030年左右。

其次,半固态电池的发展进程会更快。过去一年已有先导企业启动半固态产品的专车测试。比如今年6月,北京未来科技公司的半固态电池交付,他们的产品技术指标是磷酸铁锂(LFP)电池,容量高达150度,续航距离达1000公里,不过这款产品尚未正式上市。预计在未来一两年内,半固态电池将逐渐增多,并有望实现小规模商业化。关于投资规模,大约在2025到2026年,半固态电池有机会达到数十吉瓦时的生产规模,即百亿级别的市场规模,这预示着一种商业化的节奏。

3. 固态电池投资机遇深度解读

首先,让我们关注具体的投资机会。在从液态到半固态,再到全固态电池的发展过程中,整个电池产业链的不同环节都或多或少经历了一些材料体系的变化。其中,变化尤为明显的领域是电解质,例如液态电解液向混合体或全固态电解质转变,导致材料体系的重大改变。在二级市场中,确实有新公司如三江新材、上海、西班牙、金龙鱼等参与其中。这些公司在过去一轮以新能源汽车为主的市场炒作中,成为市场高度关注的焦点之一。在其他环节中,例如负极材料的变化就相对显著,当前液态电池主要使用石墨作为负极,但我们相信,随着电池从液态到半固态再到全固态的演进,富锂级掺杂的比例将明显提升,未来金属锂的使用比例也会越来越高。在这一领域进行布局的公司,例如贝特瑞等主流锂电聚集公司的表现较为突出。至于正极方面,材料体系可能变化较少,总体上仍然延续三元体系,而且三元材料在固态电池中的表现因为与固态电解质的反应性更佳而得到改善。可以预见,目前主流的锂电正极的公司在固态电池领域的布局相对较好。

提及电芯环节,目前锂电行业在电芯这一环节几乎都在进行半固态电池的开发,并已发布相关产品。而一些新的企业,如北京未来、江苏青桃以及台湾辉能等,则多为未上市的公司,他们在产业化进展之后,投资者可能会关注这些公司的供应链合作伙伴。

关于生产设备,与锂电行业的设备相比,大约有70%左右的设备可以实现共用。不过,也存在差异。首项差异是全固态电池不需使用隔膜,因此相关的设备需求可能减少。其次,由于电解液从液态过渡到固态,原先的注液工序不再需要,而喷涂工艺变得越发重要。这两点是设备上的主要变化。以上内容大致用了10分钟时间做了一个总结。

下面我们的同事将详细解读这份固态电池深度报告的内容。感谢浩哥对框架性内容的介绍,我是中信新能源汽车组的研究员贾玉潇。我们知道,固态电池与液态电池的核心区别在于使用固态电解质替代了隔膜和电解液。固态电池保留了隔离和离子迁移的两大功能,与液态电池的原理相同。至于优势方面,固态电池主要展现在本质安全性和能量密度上。从安全角度来看,固态电解质无可燃有机电解液,且具更强的抗穿刺能力,因而安全性大幅提升。能量密度提高,则源于电解液用量减少同时固态电解质耐高压性能加强,允许使用更高电压材料。最后,我们看到过去十几年锂离子电池的能量密度虽有所提升,但并非特别显著,从100Wh/kg提高至接近300Wh/kg。

4. 固态电池分类与工艺解析

固态电池,无论是半固态还是全固态,具有较为显著的优势。半固态电池的能量密度可能达到350至400Wh/kg左右,而全固态电池有望超过500Wh/kg。这种区分主要是基于电解液添加量的不同。我们认为固态电池的渗透率将逐步提升,符合未来电池发展的趋势。

固态电池的分类通常是基于其电解质材料,如聚合物、氧化物和硫化物。目前主力研究集中在这三种材料上,而卤化物更多出现在尖端科研中。聚合物电解质在现阶段工艺成熟度较高,但由于其离子电导率低,需要在50度以上环境下使用。氧化物电解质具有更高的化学稳定性和安全性,但与电极接触性存在问题。硫化物电解质则在能量密度和离子电导率上表现更好,成本和稳定性是其挑战。总体来看,氧化物的安全性最高,聚合物的成熟度较高,硫化物则在能量密度上处于领先地位。

在固态电池与液态电池的对比中,除了优势外,固态电池在充电速率、倍率和循环性能上还存在一些明显不足。从制造工艺上看,尽管固态和液态电池在设备和工艺路线上有相似之处,但核心差异主要体现在电极材料的复合化、电解质的添加方式和最终的成组方式上。其中,正极材料与固态电解质的混合是为了提高接触效率。而在固态电池制造过程中,关键步骤之一是成膜,包括湿法、干法等工艺,并且材料成本、人工成本和设备折旧成本都需要考虑。

我们还基于不同的成膜工艺,对三种主要电解质材料进行了比较。聚合物在加工性能上相对更优,而硫化物则比氧化物更易加工。成组方式主要依赖于碟片封装,成膜是关键工序。我们还对固态电池的价值链进行了假设和测算,主要关注的是每种材料可能的单位成本,及其在90%良率基础上的综合成本,以理解其总价值量的分布。

5. 解析固态电池成本及性能挑战

对于半固态电池来说,其价值量分布和液态电池相比,相对较为接近。核心原因在于半固态电池仍然包含电解液,且其固态电解质的含量并不高,大约占5个百分点。我们参照三元材料计算,正极材料的占比能达到40%以上。按照90%的良率估算,成本可能在0.8到0.9元每瓦时左右。而对于全固态电池,在相同的良率下,成本肯定超过1元以上。按照我们的假设和测算,全固态电池的成本可能比半固态高出40%以上。然而,实际成本可能高于我们理论测算值,原因涉及原材料采购价格,尤其是实验室级别的材料成本会更高,考虑到良率问题,特别是全固态电池,其良率可能低于90%。因此,我们的测算仅为参考,真实成本比预估有较大差异。在价值量分布上,半固态电池与液态电池较为相似。然而全固态电池的电解质成本已成为整个全固态电池最高的成本部分。这一点说明,要降低全固态电池的成本,电解质的成本是至关重要的。

我们面临几个重大的固态电池问题,需要关注。第一个问题是成本。第二个问题是性能和加工性能之间的平衡,例如氧化物和硫化物电脑率良好,但要实现良好加工性能则需考虑聚合物。这些性能之间很难兼顾。第三个问题是固态电解质与电极材料间存在的界面接触问题,这也是导致电导率较低和内阻比较差的核心原因。为解决这些问题,我们梳理了一些策略。首先,解决成本问题,我们提到要实现全固态电池产业化,高成本主要集中在电解质部分。一个有效策略是通过半固态的规模化先行,从而降低固态电解质的成本。无论是产业成熟度、技术成熟度还是工艺成熟度,半固态电池的成熟度都更高。根据学术论文的测算,氧化物固态电池产能从1兆瓦时至10兆瓦时的成本差异巨大,可能高达几十倍。因此,通过半固态电池推动固态电解质规模化生产,可以显著降低成本,从而助力全固态电池的推广。

其次,解决性能权衡问题,关键在于材料角度。如果希望兼具两种性能,一个简单的想法是将两种材料结合。雷达图显示,聚合物和无机物(如氧化物和硫化物)电解质在离子电导率和材料柔性方面有显著差异。将它们结合可能在安全性、强度及离子迁移数上带来改良,但同时面临制备难度的挑战。南策文院士团队也发表了一篇顶级期刊文章,讨论复合电解质的进展。

6. 固态电池界面问题与应对策略

第三个问题在于我们之前提到的电解质与负极之间的界面接触问题。要解决这一问题,我们需要关注的核心是界面类型及其各自存在的问题。首先,在固态电池中,我们认识到存在三种界面。第一种是负极和电解质之间的界面,这涉及到负极材料的膨胀问题,不论是石墨还是硅负极都有这一问题,尤其是硅,它的膨胀更为严重。重复充放电造成膨胀,会在负极和固态电解质之间形成缝隙,这对离子的传导极为不利。

其次,既然存在着固态电池与负极之间的界面,与正极之间也会有类似问题。第三,是微观界面问题,但这不同于前两个宏观界面,它是在将电解质与复合正极的活性物质混合、压实的过程中产生的。在混合过程中,正极活性物质的颗粒与固态电解质的颗粒之间,微观界面接触不良也会对离子传导产生显著影响。

为了解决这些界面问题,可以从材料和工艺两个维度着手。从材料的角度来看,若是缝隙形成源于体积膨胀,我们可以选择膨胀率较小的材料。例如,与纯硅负极相比,锂金属负极的膨胀性较小,因此是更好的选择。对业绩的指引或者业绩预期性质的判断。

工艺方面,可以通过增加制备过程中的压力来减少界面孔隙。传统的压实方法可能不够,我们可以运用等静压等特殊技术。这对相关设备的影响也是显著的。此外,有些制造商正尝试使用原位凝固的方法,特殊注入具有导电能力的液体填补固态电池内既有的缝隙。封装完成后,通过加热或辐照让液体内部凝固。这一方法可以填补缝隙,增强电池与电极之间的接触,但注入的额外液体可能对其它性能产生影响,这是目前研究的问题之一。

关于压力,一些电池厂,如国外的量子公司等,在进行电池测试时会在特定压力条件下进行,主要是为了解决界面问题。固态电池的应用实践中,仍需克服材料和工艺方面的挑战。产业化进程中,我们更关注帮助投资者把握固态电池产业化的路径。

从地域角度出发,日韩的企业集中在硫化物全固态电池方向,他们拥有绝大多数相关专利。日韩在研发和产业化方面,都倾向于直接寻找终极解决方案。他们的固态电池专利是垄断的,这一点非常关键。

7. 固态电池转型与产业进展解析

对于欧美市场,如果回顾今年年初或者前两年的情况,大家普遍看好聚合物电解质技术路线。然而,现状已经有所变化。以往我们关注的是博洛雷(Boehringer)聚合物电池的装车情况,但如今我们更应关注的是QuantumScape和SolidPower。这两家公司分别研发的是氧化物半固态电池和硫化物全固态电池。此外,美国的Factorial也在致力于聚合物固态电池研究,标志着美国三大厂商分别采取了三种不同的技术路径。

在中国,无论是电池制造商还是车企,都较为务实。中国制造商更倾向于氧化物半固态电池,量产和装车进展相对较快。宁德时代也在液态电池和硫化物全固态电池上有所布局和开发。不过,目前国内产业化进展更快,公众关注度更高的是新兴厂商,例如未来新能源和台湾的辉能。他们主要集中在氧化物半固态电池领域,当前国内已有的规划产能达到几百GWh级别。

值得关注的是,预计在2024年,青桃能将其氧化物半固态电池装配在上汽的车型上。总体来看,国内从产业化角度的发展速度较快。

至于各大车企,包括日企和韩企,我们就不一一细说。我们关注的核心点在于两个方面,第一是技术路线。如前所述,日韩仍然多关注硫化物电池。而代表性的欧美厂商则更倾向于氧化物、硫化物和聚合物等多种技术线。目前来看,丰田计划在2027-2028年将硫化物全固态电池实现产业化和实用化。对于半固态电池而言,预计装车和量产主要集中在2024-2025年。而全固态电池的试车和装车可能要到本世纪20年代后期,若要批量生产,则大部分时间节点预测在2030年。除非技术有很大的突破,否则整个行业应该会按这个时间表发展。

国内车企如比亚迪,在这方面已有早期研究和布局。未来新能源已交付氧化物半固态电池,而赛丽斯计划于2023年装配赛丽斯干风锂电池。上汽集团则计划在2024年装配青陶的电池。这些是国内外汽车企业的现状。

下一步,对于电池制造商而言,我们也不做单一公司的分析。核心仍然是关注他们的技术路线。这包括日韩企业对硫化物电池的偏爱,以及大家对时间节点的共识。

过去,市场预期欧美会倾向于研发聚合物固态电池,这主要是因为法国很早就开始尝试,并于2018年开始向戴姆勒供应固态电池。尽管博洛雷利用聚合物电池技术,但其导电性有限,需加热使用。博洛雷已在3000辆电动汽车上搭载了固态电池,市场普遍认为聚合物电池技术较为成熟。然而,从长远来看,无论是在安全性还是能量密度方面,氧化物和硫化物似乎更具优势。

在国内,宁德时代的凝聚态电池值得关注,预计将在年内实现量产,并与商飞合作布局航空领域。传统电池制造商也有多方面布局,但市场更关注的是他们在液态锂离子电池领域的产能。

对于新兴电池厂商,如青桃,目前规划的产能多达几十GWh,主要聚焦于氧化物半固态电池。上汽集团的装车计划可能是未来的一个重要催化点。台湾的辉能也有全球布局,并与欧洲企业合作,获得了大量投资,其产能规划近似于百GWh级别。

最后,未来新能源6月份将交付半固态电池。我们应该关注其在半固态电池和产能规划上的进展,这被认为是一个相对激进的规划,预计产能超过百GWh。

8. 固态电池产业谨慎态度建议

除此之外,我们国内实际上已经涌现了一些其他企业进入固态电池领域,而这些企业中有很多是跨界而来。我们认为主要可以分为两类:一类是具有一定资源禀赋的,例如专注于电解质开发的三峡新材,他们拥有丰富的材料资源。还有诸如金龙鱼和上海洗发等企业。然而,除了这些之外,还有一些公司可能并不是传统意义上的电池生产商,它们可能是因为年初时行业的热潮,跟风进行了专利申请和产线建设,并聘请了一些专家。对于这部分企业,我们认为应保持谨慎态度。

由于一些厂商实际上已经开始向投资者提示关于其固态电池产能的风险,所以我们认为,对于这些特别是跨界涉足固态电池领域的公司,我们应当分为两类:一类是真有一些资源并且有专家资源支持的,比如上海喜坝得到上海硅酸研所专家的支持。而对于那些本来就不在此领域的公司,我们则应更加谨慎对待。

对于电池的可行性,由我们之前的成本测算来看,半固态电池的成本较低,与液态锂离子电池相比并没有特别大的差距,这一点是由高工的测算得出的。在一些情况下,由于半固态电池较少使用电解液,而是多用了一些电解质和导电材料,因此成本上的差距并不如想象中的大。所以半固态电池的成本提升非常有限,需要观察的是其规模化的情况。

在价格方面,目前固态电池大多集中在全固态电池,价格大约在一到两块钱之间,未来需逐步降至几毛钱的水平。降价在很大程度上依赖于半固态电池规模化降低电解质成本。

关于产业化和装车时间节点,最近有几个重要事件值得关注。今年6月份有一次交付的全固态电池,每公斤达到了360度电的水平。同样,solarpowered公司在今年10月份宣布,将在11月份向宝马交付全固态电池,采取硫化物路线。宝马的回应也预计在2025年将展示全固态电池样车。而青桃公司则宣布,他们计划在2024年将半固态电池装上上汽制造的汽车。

从整个产业化的时间表来看,基于这次会议所参考的报告,我们可以清晰地梳理出一个路径。政策目标上,欧盟已将电池分为不同代,区别主要在成本降低和能量密度进一步提升上。我们对全固态电池在2030年的目标,是预期成本将显著降低,并且能量密度将从三四百提升至四五百的水平。

至于产量,到2030年我们认为全固态电池将达到几十个GWh的规模。在应用层面,近年来固态电池主要集中在消费电子产品,但其在装车上也在逐渐推进,并有望在飞行器和特殊设备上得到更好的应用。

涉及风险提示,全固态电池中的活性锂金属的反应活性,以及硫化物在特定条件下可能生成硫化氢,确实存在一些安全问题,但相比液态锂离子电池的燃烧风险已经大幅降低。

最后,对于国内的产量预期,我们预览25年将达到10GWh的规模,至30年将达到百GWh的规模。全球范围内而言,到2030年预计将实现500GWh的产量,渗透率预计不到10%。至于全固态电池,专家们普遍预测到2030年的渗透率大约在1%左右,这相当于几十GWh的产量规模。

总体看来,在材料体系上固态电池的选择还是比较多样化的,不仅涉及负极、电解质和正极,还包括各种活性物质,我们有不同的选择可用。

9. 解析固态电池的材料与市场前景

对于正极材料,目前半固态电池主要依赖高镍三元体系来实现性能优势。未来全固态电池能提升能量密度的核心原因在于其固态电解质具有更高的电压耐受能力,这使得我们能选择电压平台更高的正极材料。在这方面,富锂锰基材料显得格外有前途,因为它能够达到接近5伏的电压平台,且具有更高的能量密度和较低成本,有望成为全固态电池的首选材料。

在负极材料方面,硅碳负极在半固态电池中更为成熟,虽存在体积膨胀问题,但由于其包含一定量电解液,还是能够适应界面接触要求。然而针对全固态电池,锂金属负极显示出更广阔的应用前景。锂金属负极的膨胀性相对较小,而且其表面即使在形成过程中,也能较好应对固态电池极容易引发的锂枝晶穿透问题。

因此,长期来看,金属锂负极的发展值得关注,同时还应重视导电剂方面的研究,如碳纳米管的应用。据高工产业研究院的数据显示,单个吉瓦时(GWh)的电池需要百吨级碳纳米管,而液态锂离子电池仅需要几十吨。随着固态电池渗透率和占比提升,碳纳米管的需求也会相应增加。

有人担心隔膜和电解液市场在全固态电池时代将没有立足之地,但情况并非如此。半固态电池依然需要隔膜,只不过电解液用量减少。在全固态领域,虽然隔膜和电解液不再需要,但量化分析表明,即使按照1%的渗透率预测至2030年的市场情况,对隔膜和电解液的影响相对较小。电解液可能因此减少不到5个百分点的用量,而隔膜的减少更是不到1%。

因此,中长期来看,我们无需担心隔膜和电解液的市场空间。相反,新兴的固态电解质市场更值得关注。在产业链的梳理中,我们关注三个核心环节:原材料前驱体、电极材料(包括正负极材料)和固态电解质。

就具体公司而言,比如在锂基前驱体和富锂锰基正极材料方面,虽然非上市公司占据大量市场,但上市公司如永泰能源也有相应布局。对于负极材料,我们关注金属锂和硅碳的应用情况,贝特瑞、普拉特等公司的硅碳负极布局将受益于半固态电池渗透率提升,可能对公司的业绩产生积极影响。

在锂资源领域,甘肃锂业和天齐锂业是该领域领先企业。从电池制造商角度来看,宁德时代、比亚迪等老牌企业依然是关注的焦点,但我们更加关注那些具有弹性的企业,如蔚来、青岛海尔等。在应用端,重点观察哪些企业将采纳固态电池技术,诸如赛迪斯、上汽集团、广汽集团等都有相关布局。

总体而言,在投资建议方面,除了关注原材料、电极材料及下游应用外,我们也应着重考量那些在市场上关注度较高、有资源优势的公司,或者那些技术上取得乘数效应的突破的公司,如三元材料领域的先行者和在固态电池上表现出色的企业。

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