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近期,固态电池领域技术突破频现。
亿纬锂能全固态电池量产基地在成都正式揭牌,“龙泉二号”全固态电池成功下线,能量密度达300Wh/kg,体积能量密度为700Wh/L。
国轩高科首条全固态中试线已正式贯通,金石全固态电池目前处于中试量产阶段,良品率已达90%;同时,第一代全固态电池2GWh量产线的设计工作已正式启动。
随着固态电池中试线的陆续落地以及规模化降本,A股固态电池板块强势上涨!
固态电池是一种使用固态电解质的电池技术。其工作原理和传统锂离子电池一样,最根本的区别在于使用固态电解质替代传统锂离子电池中的液态电解液和隔膜。这个将液态电解质替换为固态电解质的改变,是带来所有性能差异的根源。
(资料来源:《全固态锂电池技术的研究现状与展望》)
根据液态电解质的含量,可将电池分为液态(电解液质量占比为10wt%-25wt%)、半固态(5wt%-10wt%)、准固态(0-5wt%)和全固态(0wt%)四类,其中半固态、准固态和全固态均为广义上的固态电池。
(资料来源:《全固态锂电池技术的研究现状与展望》)
高安全+高能量密度为固态电池核心优势。固态电池采用固态电解质,可以缓解传统液态电池的可燃性电解液以及锂枝晶等问题,增强安全性。由于固态电池的安全性以及化学稳定性等优势,可以采用诸如高镍三元以及金属锂等高能量密度的正负极材料,并可以通过减少/取消隔膜、降低电极厚度等方式进一步释放能量密度。
(资料来源:锂电邦,华西证券研究所)
(资料来源:中商产业研究院,东兴证券研究所)
02-1 产业链上游
固态电池产业链上游为原材料及设备环节。从电池组成方面来看,传统锂电池由正极材料、负极材料、隔膜、电解液四大主材构成,而固态电池不再需要隔膜,由正极材料、负极材料、固态电解质三大主材构成。液态、半固态、全固态主流技术路径下材料体系变化如下所示:
(资料来源:国盛证券研究所)
02-2 产业链中游
固态电池产业链中游为电池制造商,中国企业产业化进程领先。在国家的政策支持下,包括比亚迪、一汽等车企,宁德时代、国轩高科等电池厂在内,以及电池新兴势力,都对于固态电池进行布局,预计产业化取得进展的时点集中在2027-2030年左右。
(资料来源:公司官网,高工锂电,能源电力说,NE时代新能源,固态电池前沿,华西证券)
02-3 产业链下游
固态电池产业链下游聚焦应用场景,主要有六大应用领域: 新兴科技、科研、载人飞行器、电动汽车、传统消费电子、工业以及储能领域。其中,消费市场未来或将有部分应用,半固态电池已经实现应用落地。目前多家车企布局固态电池车型,包括比亚迪、上汽、宝马、奔驰等,且半固态电池已经实现上车应用。
(资料来源:高工锂电,华西证券研究所)
高性能、轻量化、安全性为eVTOL动力源的核心诉求,固态电池非常适配。目前eVTOL也是多家电池厂实现产品应用的重要领域之一,以宁德时代为首的动力电池厂纷纷布局下游的应用落地。
(资料来源:高工锂电,华西证券研究所)
03-1 固态电解质
固态电解质是固态电池技术的核心,也是变化最为明显的一个环节。目前固态电解质主要包括聚合物电解质(SPE)、硫化物电解质、氧化物电解质、卤化物电解质等。
1)聚合物:有良好的界面相容性和机械加工性,但离子电导率低且难以抑制锂枝晶生成。
2)氧化物:机械稳定性、化学稳定性好,离子电导率一般,且材料脆性高,加工性能较差,界面问题严重。
3)硫化物:离子电导率最高,且颗粒较软,只需简单的粉末冷压就能表现出很高的离子电导率,但硫化物固态电解质大多能与潮湿空气反应,且化学稳定性较差,开发难度大。
4)卤化物:离子电导率处于氧化物和硫化物之间,且与高压正极材料具有更好的兼容性,可以实现高电压窗口下的稳定循环,但成本较高,且容易吸水潮解。
(资料来源:《高性能硫化物基全固态锂电池设计:从实验室到实用化)
硫化物电解质在室温下展现出最高的电导率,电化学稳定窗口宽广,同时兼具优异的机械性能和延展性,界面相容性问题较少,因此被视为理论上最理想的固态电解质材料。
然而硫化物面临热稳定性差、热反应起始温度高以及与正极材料兼容度低等问题,且成本相较其他路线更高,制约其大规模应用。
(资料来源:亿欧智库,国金证券研究所)
03-2 正极材料
正极材料是制约电池能量密度提升的重要因素之一,目前已有磷酸铁锂和高镍三元两种主流技术路线,被广泛应用于锂离子电池中。
1)磷酸铁锂:具有高容量、低价格、原料来源丰富、环境友好及优异的热稳定性、循环充放电性能等优点,是当前动力电池的主流选择,但不匹配固态电池的高性能需求。
2)高镍三元:能量密度比磷酸铁锂高60%,充电倍率更高,低温性能好,可以匹配固态电池短期需求。
3)富锂锰基:较高的放电比容量,较宽的电压窗口,并且具有价格低廉、资源丰富、安全环保等优点,被认为是未来固态电池正极材料的理想选择。
(资料来源:Wind,东方证券研究所)
03-3 负极材料
固态电池负极材料行业正处于快速发展阶段,主要包括金属锂、碳基材料和硅基材料三大类。
1)碳基材料:以石墨为代表,技术成熟,充放电效率高,短期内会是固态电池的主流,但性能已经逐步接近理论值。
2)硅基材料:能量密度远高于碳基负极,具备安全性能好、低温性能优异、快充性能优异等优势,被认为是最有潜力的下一代负极材料。
3)金属锂:理论比容量高、电极电位极低,是负极材料体系的长期发展方向。
(资料来源:Wind,东方证券研究所)
宁德时代:全球动力电池龙头,技术领先,布局硫化物全固态和凝聚态电池,能量密度达500wh/kg,已量产并供货蔚来、小米等车企。
亿纬锂能:已完成Ah级软包硫化物全固态电池样品开发,百MWh的中试线预计在2025年投入运行。
当升科技:高镍正极材料龙头,超高镍单晶正极(Ni≥95%)适配全固态电池,与卫蓝新能源、清陶能源联合开发低阻抗正极-电解质复合体系。
国轩高科:成功研发出车规级全固态成品电芯“金石电池”,并开启装车路测。
上海洗霸:国内LLZO氧化物电解质独家量产企业,良品率超98%,独供比亚迪刀片固态电池项目;拍得有研稀土硫化锂资产并签署交易合同。
天际股份:主营六氟磷酸锂,产能稳居行业前三;控股子公司江苏泰瑞联腾已获硫化锂制备专利。
贝特瑞:全球硅基负极绝对龙头,在硅碳负极材料领域技术和市场份额领先;硅碳负极比容量突破2000mAh/g。
英联股份:公司复合铝箔、复合铜箔已配合国内外头部电池客户验证,并针对固态电池开发锂金属/复合集流体负极一体化材料。
丰元股份:锂电正极材料企业,锰酸锂正极循环寿命突破2000次,半固态电池车企测试进度领先,适配梯度电极的规模化生产。
金银河:国内锂电池制造装备行业领先企业,固态电池干法电极设备适配富锂锰基生产。
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来源:策金说
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