锂电行业深度系列十三：固态电池，安全与能量密度优势明显，产业化加速发展

请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容证券研究报告 | 2023年12月28日锂电行业深度系列十三：固态电池安全与能量密度优势明显 产业化加速发展联系人：李全021-60375434liquan2@guosen.com.cn证券分析师：王蔚祺010-88005313wangweiqi2@guosen.com.cnS0980520080003行业研究 · 行业专题 电力设备 · 锂电池超配：维持评级请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容核心观点•固态电池具有能量密度高、安全性高的优势，应用前景广阔。固态电池是电解质为固态或者半固态的电池产品。相对于当前主流的液态锂电池，其材料体系的核心优势为更高能量密度和安全性（电解质不易燃）。固态电池若作为动力电池，则能有效满足新能源车长续航、高安全的需要。但目前全固态电池技术尚未成熟，相关产品存在寿命短、倍率性能差等问题；半固态电池作为过渡期产品，或将率先得到批量商业化推广应用。此外，固态电池在消费电子产品、储能、民用飞机等领域均具有潜在的应用机会，产业链众多公司正加速各种应用场景的布局与开拓。•产业化持续加速，2024年半固态电池有望批量应用于新能源车市场。在新能源车领域，国内的上汽、蔚来有望在2024年批量生产半固态电池车型，长安、广汽等也计划在2025-2026年推出半固态电池车型；海外丰田、本田、现代、奔驰等则重点布局全固态电池，多计划于2025-2030年量产相关车型。我们预计2024年全球固态电池（含半固态电池）需求量为2.3GWh，2030年全球固态电池需求量有望达到220GWh，2024-2030年均复合增速达到114%。我们预计2024年全球固态电池（含半固态电池）市场空间为19.5亿元，2030年市场空间有望达到1162.3亿元，2024-2030年均复合增速为98%。•固态电池电解质体系变化显著，并能够带动高能量密度材料应用。材料领域，固态电池电解质将使用氧化物、硫化物、聚合物等体系，实现对传统电解液的替代；正极将搭载超高镍三元或富锂锰基等高能量密度材料，负极也将采用硅材料或锂金属负极，同时高导电性的碳纳米管用量也有望增加。企业布局来看，电解质领域涌现出天目先导、清陶能源、赣锋锂业、贝特瑞等一批领先企业；正负极传统龙头容百科技、当升科技、璞泰来、贝特瑞等也在加速延伸布局。在电池领域，传统优势锂电池企业宁德时代、亿纬锂能、中创新航等积极参与，同时卫蓝新能源、清陶能源、辉能科技等新兴企业亦长期深耕固态电池、并积极推动产品量产。•投资建议：固态电池（半固态电池）凭借其高能量密度和高安全性优势，在成本优化和性能不断完善的背景下，产业化有望持续推进。建议关注在固态电池和相关材料领域布局领先的企业：宁德时代、亿纬锂能、当升科技、容百科技、厦钨新能、璞泰来、天赐材料、天奈科技等。•风险提示：固态电池技术发展不及预期；固态电池产能建设不及预期；政策支持力度不及预期；原材料价格波动的风险。请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容01020304目录固态电池：能量密度与安全兼优的新技术方向固态电池市场前景展望电解质体系显著变化，高能量密度材料加速推广投资建议请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容固态电池产业链图1：固态电池产业链示意图资料来源：各公司公告、各公司官网，吴敬华,杨菁,刘高瞻等. 固态锂电池十年(2011—2021)回顾与展望 [J]. 储能科学与技术. 2022，国信证券经济研究所整理请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容一、固态电池：能量密度与安全兼优的新技术方向请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容固态电池优势：能量密度高•根据电解质的不同，锂电池技术体系可分为：液态电解质电池、混合固液电解质电池（半固态电池）、固态电解质电池。•固态电池与液态电池工作原理相同。二者工作原理均为：充电时正极锂离子从活性物质的晶格中脱嵌，通过电解质向负极迁移，电子通过外电路向负极迁移，两者在负极处复合嵌入到负极材料中；放电过程与充电相反，以此实现电能与化学能的转换。•固态电池能量密度更高：1）固态电解质电化学窗口宽，能够适配更高电压的正极材料。2）固态电解质具有良好的机械性能，能够有效抑制锂枝晶的形成，从而能够兼容更高能量密度的锂金属负极材料。3）由于电解质的非流动性，电芯内部极片可以串联连接以此提高单体电压，实现与多电芯串联而提升电压的同等效果，从而能够在成组时减少结构件使用、提升能量密度。图2：锂电池发展路线资料来源：徐小明.第十四届中国汽车蓝皮书论坛主题报告.2022，国信证券经济研究所整理请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容固态电池优势：安全性能更高•固态电池在电池结构上与液态电池变化明显：半固态电池由于仍存在部分液态电解液，故而保留了电解液和隔膜等结构。而全固态电池离子传导介质和通道由传统的电解液与隔膜变为固态电解质，电池结构实现进一步简化。•固态电池安全性显著高于液态电池。液态电池多采用有机液态电解质，其与电极接触好，且能提供优良的导电性，制备技术成熟。但在循环过程中，负极产生的锂枝晶会刺穿隔膜，导致电池内部短路。此外，有机液态电解液多具有易燃易挥发特性，过度充电、内部短路极易发生热失控，并引起自燃甚至爆炸，为电池体系带来严重的安全隐患。有机电解液是液态电池安全隐患的主要根源。而固态电解质本身不可燃、且热分解温度高，固态特性完全避免了电解液腐蚀、挥发、漏液等问题，安全性能大幅提高。图3：液态电池与固态电池结构示意图资料来源：许晓雄等《全固态锂电池技术的研究现状与展望》.储能科学与技术（2013），国信证券经济研究所整理表1：各类电池性能及结构对比资料来源：许晓雄等《全固态锂电池技术的研究现状与展望》.储能科学与技术（2013），李泓. 中国固态电池领域发展现状和未来挑战 [J]. 科学观察, 2023，国信证券经济研究所整理液态锂离子电池半固态电池固态电池液态含量（%）>10%1~10%>1%电芯能量密度大多<300Wh/kg350Wh/kg左右500Wh/kg+快充性能1-6C目前在2C以下电池寿命2000次+1000次+主要材料体系正极+负极+隔膜+电解液正极+负极+隔膜+复合电解质正极+负极+固态电解质封装形态卷绕/叠片 + 圆柱/方形/软包叠片 + 方形/软包叠片 + 方形/软包请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容界面处机械稳定性较差影响寿命。充放电过程中，电极材料会产生体积变化，结构应力的累加会造成界面接触面积的下降、形成结构缺陷，从而影响循环寿命。界面处电化学稳定性较差影响倍率性能。传统电解液与电极的接触会产生浸润，从而有更好的接触效果，但固态电解质与电极的接触是固-固接触，接触面积小且接触面有更高的阻抗，从而影响锂离子的传输。固态电池不足：倍率性能、循环寿命和成本制约产业化固态电池成本仍相对较高。正极材料或采用高镍三元、富锂锰基等，负极或将搭载硅负极、金属锂等，正负极材料成本明显提升。同时，电解质难以轻薄化、且部分需要搭载金属元素，成本亦有提升。制造成本方面，部分电解质体系对于水分等较敏感，有些制造和后处理环节中需要依赖于惰性气体或干燥室，整体生产成本较液态电池有所提升。表2：