电力设备新能源行业半固态电池：向理想更近一步

半固态电池：向理想更近一步证券研究报告行业动态报告发布日期：2023年4月18日本报告由中信建投证券股份有限公司在中华人民共和国（仅为本报告目的，不包括香港、澳门、台湾）提供。在遵守适用的法律法规情况下，本报告亦可能由中信建投（国际）证券有限公司在香港提供。同时请参阅最后一页的重要声明。分析师：许琳xulin@csc.com.cnSAC 执证编号：S1440522110001分析师：刘溢liuyibj@csc.com.cnSAC 执证编号：S1440523040001 2投资要点：半固态电池，向理想更近一步 核心观点：全固态电池产业化尚需时日，半固态电池寸积跬步，兼具固态、液态电解质的优势。当下仍面临电导率（倍率性能）、界面（循环寿命）和成本问题，发展方向上来看，（半）固态电池核心仍是电解质，对于核心问题有较好解决的均有放量潜质，推荐关注固态电解质及锂盐、高性能正负极等。 半固态电池有望实现高能量密度+高安全性。能量密度：目前主流三元液态电池一定安全性下已接近能量密度上限，当前半固态电池能量密度已达到360wh/kg，后续将继续突破。安全性：半固态电池电解液质量分数仅为5%-10%，固态电解质的不易燃、零挥发，显著提升了电池的热稳定性。 当下仍面临电导率（倍率性能）、界面（循环寿命）和成本问题，发展方向上来看，（半）固态电池核心仍是电解质，现阶段多是聚合物+氧化物等，基于主流固态电解质性能出发，后续为了综合性能大概率延续复合体系的路径，同时添加新型锂盐等，为了提升能量密度大概率要使用高性能正负极比如超高镍、富锂锰基、锂金属负极等，同时辅以外部加压、电解质厚度平衡等工艺优化才可实现较好的性能。但就（半）固态产品而言性能是前提，成本是能否放量的基础，或先在成本容忍度高的领域应用，在新能源汽车领域应用大概率要平衡一部分性能和成本，空间上看，预计2030年固态电池渗透率6%，需求合计约300GWh，未来几年将迎来较快放量。 产业进展上看，宁德时代、卫蓝新能源、清陶能源、赣锋锂业等均有普遍进展，国内路径主要是氧化物和聚合物，海外LGC等以硫化物路径为主，目前主流供应商已经有在车型上搭载应用的预期，预计后续是产业推进的主力军，其新产品的发布和推进将引发行业变化。 投资建议：对于核心问题有较好解决的均有放量潜质，推荐关注固态电解质及锂盐、高性能正负极等。 mNvMmOmMpRpPsOtQqRsNyR6MaO8OoMoOpNnOiNnNtPlOnMuM6MmNoQxNtQrQMYnPmO3目录•半固态电池寸积跬步，向理想更进一步•能量密度提升方向：高性能正负极，多方面优化•倍率性能优化方向：硫化物、卤化物掺杂+电解质减薄•循环寿命优化方向：聚合物骨架+外压•安全性优化方向：正极载量和电解质厚度是关键•体系的优化方向：复合体系是基础•工艺：前段工序相同，后段增加加压或烧结•成本及空间：成本仍需努力，预计2030年300GWh需求•产业链进展：百花齐放 半固态电池寸积跬步，向理想更进一步行业动态报告 固态电池兼顾安全和性能，是理想电池形态5“固态电池”涵盖了一系列宽泛的概念（以电池内部的液相占比大致区分）：准固态电池、半固态电池、固态电池和全固态电池等。固态电池研究者一般认为，固态电池的能量密度更高、安全性更强。我们从部分公开了电池单体能量密度的企业信息出发直接比较，固态电池确实可以在一定程度上具备较高质量能量密度。图：固态电池兼顾安全和性能图：固态电池包括准固态电池、半固态电池、固态电池和全固态电池等资料来源：亿纬，孚能，卫蓝，清陶，SES，中信建投资料来源：Approaching Practically Accessible Solid-State Batteries: Stability Issues Related to Solid Electrolytes and Interfaces，中信建投企业类型性能安全性亿纬锂能圆柱液态285Wh/kg中孚能科技软包液相330Wh/kg中卫蓝新能源半固态360Wh/kg优清陶能源固态368Wh/kg优SES软包液态锂金属电池，含固体涂层417Wh/kg中 向固态化过程核心在电解质，多方面性能问题仍待解决，半固态电池寸积跬步6固体电解质和电解液一样，都应考虑离子导通、电子绝缘、和电极的物理接触良好、抗正极氧化、抗负极还原（对高能量密度电池来说对锂金属的稳定性非常重要）、电化学稳定、热稳定、空气稳定、机械稳定、各个指标的对应温度特性好等性能需求，以及综合成本低廉的规模推广需求。各类固体电解质的性能表现各有所长，但是任何单一固体电解质均无法取得令人满意的综合性能。整体看硫化物电导率可媲美液态电解液但稳定性较差，氧化物热稳定性较好但抗还原能力、物理性较弱，聚合物抗还原性较好且物理接触较好但电导率较弱。固体电解质材料开发，固体电解质和电解液协同应用至关重要，是非常系统的工作，单一或复合电解质可优化的空间较大，半固态电池寸积跬步。图：固态电解质目前难兼顾稳定、强韧、高导锂能力资料来源：知网，中信建投体系导锂机制材料导锂能力热稳定性抗还原性抗氧化性空气稳定性 电极物理接触能力电化学稳定性机械稳定性倍率性能安全性负极兼容正极兼容合成难度等循环性等合成难度等安全性等传统电解液6F，LifSI等51232441聚合物锂离子通常在聚合物的无定形区域进行迁移PEO、PS、PC、PVDF等32323332NASICON（LATP）35144144石榴石（LLZO）35333134硫化物LISICON（LGPS）43231213卤化物LiAX4（Li2ZrCl6）33242223锂离子在以阴离子为框架的晶格间跃迁氧化物对应电池性能 半固态当下典型的工艺是原位聚合，可以兼顾固液优点7凝聚态电解质即加入少量电解液使电极材料和电解质间保持良好的界面接触，再利用化学或电化学反应进行原位聚合，使液体电解质部分或全部转化为固体电解质的方式，解决部分界面问题（主要是循环性能），在电池体系设计上更易实现性能、成本兼顾。图：凝聚态的基本原理和效果示意资料来源：High Polymerization Conversion and Stable High-Voltage Chemistry Underpinning an In Situ Formed Solid Electrolyte，中信建投 理论上，半固态或兼备固态电解质和电解液优点8就电芯能量密度而言，目前主流三元液态电池达到200-300wh/kg，已接近能量密度上限，而卫蓝新能源、国轩高科的半固态（凝聚态）电池已达到360wh/kg，初步显露优势。安全性方面，半固态（凝聚态）电池电解液质量分数仅为5%-10%，固态电解质的不易燃、零挥发，显著提升了电池的热稳定性。图：当前半固态（凝聚态）电池已较液态电池显露能量优势图：半固态电池热稳定性强，工作温度更高资料来源：知网，中信建投资料来源：知网，《硫化物全固态电池的研究及应用》，中信建投0501