电气设备行业电池科技前瞻系列报告之十二：ANODE~FREE！上高楼，望天涯路

请参阅最后一页的重要声明 证券研究报告·行业动态 电池科技前瞻系列报告之十二：ANODE-FREE！上高楼，望天涯路 行业动态信息 研究者探索“无负极”锂金属电池 研究者 A.J. Louli, Rochelle Weber, J.R. Dahn（即特斯拉电池专家 Dahn）等人探索了“无负极”锂电池的材料体系构建，分析了相应机理并表征了电池性能。研究成果 Diagnosing and correcting anode-free cell failure via electrolyte and morphological analysis 2020 年发表在 Nature energy 上。Dahn 的研究成果一定程度上代表了特斯拉对动力电池及电池材料的方向性认识。 电池材料体系构建：单晶 NCM523 正极搭配混盐电解液 研究工作使用的正极材料为单晶 NCM523（Dahn 在他的多项工作中选择此正极），电解液使用的双锂盐为氟硼酸锂和双氟草酸硼酸锂，溶剂为氟代碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯，用量 2.6g/Ah，或 0.5ml/Ah；电池物理形态为 230mAh 小软包电池。 电池循环性能与表征分析：为了结果的简单，面对过程的复杂 常规循环结果显示，使用双氟草酸硼酸锂和氟硼酸锂搭配的无负极锂金属电池的寿命远远大于对照组使用六氟磷酸锂电解质的锂金属电池；在约 100 次循环以内，其容量大于对照组锂离子电池。加压之后，其寿命有所提升。 锂盐的消耗对于电池性能的发挥和保持有非常重要的意义：其可以形成导锂的聚合物，实际上“钝化负极”，使得电池保持较高的库伦效率。提高锂盐浓度以后，电池寿命有进一步的提升。对温度较低的组别而言，循环寿命达到了 200 次。而且 200 次循环之内，“无负极”锂金属电池的容量要高于对照组锂离子电池。 总结与评论：千里未可知，跬步亦当时 我们认为，研究者们可能还需要一些相对复杂的手段来实现简明的目的：负极有效镀锂。研究者的工作也有一定的“取巧”成分：参比电池的放电截止电压 3.6V 固然符合控制变量的基本思路，但是和实际应用情况不符；没有分析电池的日历寿命问题。另外，研究者的材料体系构建也还有优化空间。 投资建议 我们认为，当前的锂离子电池技术在较长一段时间之内仍然是动力电池、消费电池、储能电池的首选技术。建议投资者关注电池核心环节的全球动力电池龙头企业及材料、结构件、电气部件企业：动力电池龙头，恩捷股份，科达利，天赐材料，新宙邦，贝特瑞，德方纳米，湘潭电化，宏发股份等。 风险提示 动力电池底层技术进步不及预期。 维持 强于大盘 杨藻 yangzao@csc.com.cn 18621883566 执业证书编号：S1440520010003 张亦弛 zhangyichi@csc.com.cn 010-85159272 执业证书编号：S1440520040001 发布日期： 2020 年 08 月 23 日 市场表现 相关研究报告 -8%12%32%52%72%2019/8/222019/9/222019/10/222019/11/222019/12/222020/1/222020/2/222020/3/222020/4/222020/5/222020/6/222020/7/22电气设备上证指数电气设备 1 电气设备 行业动态研究报告 请参阅最后一页的重要声明 行业动态信息评述 1、研究者探索“无负极”锂金属电池 研究者 A.J. Louli, Rochelle Weber, J.R. Dahn（即特斯拉电池专家 Dahn）等人探索了“无负极”锂电池的材料体系构建，分析了相应机理并表征了电池性能。研究成果 Diagnosing and correcting anode-free cell failure via electrolyte and morphological analysis 2020 年发表在 Nature energy 上（Louli et al., Diagnosing and correcting anode-free cell failure via electrolyte and morphological analysis, Nature energy (2020), https://doi.org/10.1038/s41560-020-0668-8）。Dahn 的研究成果一定程度上代表了特斯拉对动力电池及电池材料的方向性认识。 图表1： 论文 Diagnosing and correcting anode-free cell failure via electrolyte and morphological analysis 资料来源: Diagnosing and correcting anode-free cell failure via electrolyte and morphological analysis，中信建投 研究者认为，对于陆地应用的电动交通工具（指新能源汽车）而言，其搭载电池的体积能量密度是更关键（相比于质量能量密度）的技术参数。如果在现有水平上将体积能量密度提升 60%，那么意味着获得 280 公里的额外续航。“无负极”锂金属电池（Anode-free lithium metal cells）可能实现这一目标，但其理化实现具有非常大的挑战。 研究者认为，“无负极”本身即意味着不使用过量的金属锂箔而直接将锂在充电时沉积于负极集流体上。这是因为 60 微米以上厚度的锂箔即可使得体积能量密度优势丧失殆尽，而且不使用锂箔可以降低成本并提升和现有电池生产工艺的兼容性。但是，没有过量锂也使得电池的容量退降非常明显。这是因为金属锂和电解液的寄生反应，以及越来越多的失活锂的产生导致的。相应的解决方案（除电解质固态化之外）是优化电解液，以及施加外压。 如我们所知，以锂金属为负极的二次电池在上世纪曾有过多次安全事故，并在应用领域为碳材料负极所取代。即便如此，锂金属作为负极的简洁优雅仍然吸引着一代代研究者前仆后继。既无储锂基体（如石墨），又无过量锂供消耗，“无负极”锂金属电池研究面临的困难毋庸置疑。 mNnOrPyRnMoOqPmPoRqMpO8OcM8OsQoOpNrRfQoOxPiNoMqM9PmNzRNZoNoNvPtPnO 2 电气设备 行业动态研究报告 请参阅最后一页的重要声明 2、电池材料体系构建：单晶 NCM523 正极搭配混盐电解液 研究工作使用的正极材料为单晶 NCM523（Dahn 在他的多项工作中选择此正极），电解液使用的双锂盐为氟硼酸锂和双氟草酸硼酸锂，溶剂为氟代碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯，用量 2.6g/Ah，或 0.5ml/Ah；电池物理形态为 230mAh 小软包电池