證券研究報告硫化物固態(tài)電池產業(yè)化提速證券研究報告請務必閱讀報告末頁的重要聲明目前全固態(tài)電池產業(yè)化進程加速，硫化物固態(tài)電池因其高離子電導率、低楊氏模量特性被視|分析師及聯(lián)系人|分析師及聯(lián)系人請務必閱讀報告末頁的重要聲明硫化物固態(tài)電池產業(yè)化提速 業(yè)績階段性承壓，景氣度有望好轉》硫化物全固態(tài)電池被視為重點研發(fā)路線硫化物全固態(tài)電池以及鹵化物全固態(tài)電池。氧化物電解質界面接觸較差、離子電導率較低；聚合物電解質離子電導率及電化學窗口窄；鹵化物電解質力學性能較硫化物路線技術難點迎突破硫化物路線主要有以下問題：1.正極/硫化物電解質界面問題；2.負極/硫化物電解質界面問題；3.硫化物電解質穩(wěn)定性問題。抑制正極與電解質界面反應的方法金負極。解決硫化物電解質機械穩(wěn)定性以及空氣穩(wěn)定性方法主要有：對硫化物固硫化物固態(tài)電池降本空間潛力大硫化物固態(tài)電解質成本高昂是目前多數(shù)企業(yè)發(fā)展硫化物路線的經濟性痛點。其中原材料成本占最大比重，降低硫化鋰成本或選擇替代材料成為降本的主要研究方向。中科大馬騁教授開發(fā)了氧硫化磷鋰替代硫化鋰，保留了硫化物固態(tài)電解質獨我們認為全固態(tài)電池憑借其高能量密度與高安全性的優(yōu)勢，后續(xù)產業(yè)化有望加速發(fā)展。硫化物固態(tài)電池因其高離子電導率、低楊氏模量特性被多數(shù)企業(yè)視為重點研發(fā)路線。我們推薦積極布局硫化物產業(yè)路線并取得相關進展的寧德時代、億緯請務必閱讀報告末頁的重要聲明請務必閱讀報告末頁的重要聲明4/20 5 2.硫化物固態(tài)電池未來可期 9 3.硫化物固態(tài)電池降本增效成發(fā)展趨勢 3.1硫化物路線技術難點迎突破 3.2硫化物固態(tài)電池降本空間潛力大 4.投資建議：關注前瞻布局硫化物路線的企業(yè) 5 6 6 6 6 7 7 8 8 8 9 9 9 請務必閱讀報告末頁的重要聲明5/20行業(yè)重要發(fā)展方向。相較于傳統(tǒng)液態(tài)電池，全固態(tài)電池具有以下優(yōu)勢1）能度上限高，最大程度實現(xiàn)電車超長續(xù)航問題2）電化學反應速度更快，在高電流快充時能保持低溫運行且不影響電池壽命，充電速度更快3）使用固態(tài)電解質沒資料來源：《為全固態(tài)鋰電池“正名”》布硫化物固態(tài)電解質新專利申請《摻雜硫化物請務必閱讀報告末頁的重要聲明量密度提升52%以上，質量能量密度提了50%以上，實現(xiàn)超1000公里的續(xù)航能力。請務必閱讀報告末頁的重要聲明7006005004003002001000614.1361.8192.787.633.913.311.120232024E2025E2026E2027E2028E2029E2030E2502001501005002002001268962432920232024E2025E2026E2027E2028E2029E2030E1.2硫化物全固態(tài)電池被視為重點研發(fā)路線化生產過渡的關鍵階段，各國企業(yè)均在研發(fā)上取得不斷突破。Quantu50萬公里耐久性測試；SolidPow年實現(xiàn)全固態(tài)電池在電動汽車上的商業(yè)化應用；日產計劃2024年建設一條用于量產固態(tài)電池商業(yè)化。全固態(tài)是下一代電池技術發(fā)展主要路徑。半固態(tài)電池體系與液態(tài)電池生產工藝請務必閱讀報告末頁的重要聲明資料來源：《Solid-statelithiumbatteries-全固態(tài)電池基于電解質體系的不同可分為聚合物全固態(tài)電池、氧化物鹵化物電解質電化學窗口范圍較大，界面接觸較好，界面接觸加工成本電化學窗口加工成本界面接觸加工成本電化學窗口加工成本請務必閱讀報告末頁的重要聲明9/20界面接觸加工成本電化學窗口加工成本界面接觸加工成本電化學窗口加工成本硫化物因其高離子電導率、低楊氏模量特性被多數(shù)企業(yè)視為重點研發(fā)路線。在二是電化學穩(wěn)定性較差及對空氣敏感。資料來源：《硫化物全固態(tài)電池的研究及應用》2.硫化物固態(tài)電池未來可期硫化物因其優(yōu)異的離子電導率已成為固態(tài)電解質中的佼佼者。硫化物固體電解通道更寬，有利于鋰離子的移動，因此硫化物固態(tài)電解質具有高離子電導率特性。請務必閱讀報告末頁的重要聲明電解質的材料體系，Nazar證明了通過成分的離子傳輸能力。2023年東京工業(yè)大學合design》ChanghongWang，國聯(lián)證券璃態(tài)硫化物電解質的優(yōu)勢在于材料中沒有晶體通道，傳導路徑是各向同性的,同時,可有效提高硫化物玻璃態(tài)電解質離子電導率；玻璃陶瓷態(tài)硫化物電解質離子電導率）；請務必閱讀報告末頁的重要聲明電解質結晶形態(tài)25℃離子電導率/S·cm-,60LiS-40PS玻璃態(tài)3.2×10?6玻璃態(tài)1.3×10?4玻璃陶瓷態(tài)1.8×10?3Li7P2.8Mn0.1S10.7I0.3玻璃陶瓷態(tài)5.6×10?3Li10GePS晶態(tài)1.2×10?2Li10SiPS晶態(tài)2.3×10?3Li6PS5Cl晶態(tài)1.9×10?3Li7Ge3PS12晶態(tài)1.1×10?4LiP0.4GeS5I晶態(tài)5.4×10?3β-Li3PS-Li7LaZrO晶態(tài)2.4×10?4資料來源：《全固態(tài)鋰離子電池用硫化物電解質研究進展》材料成本高，預計未來聚焦中高端產品路線；LPSC類型簡稱化學式代表材料電導率優(yōu)勢劣勢Li-P-S型LPSLiPS4,LiP2S610?3S/cm電化學窗口寬（5V）、熱穩(wěn)定性好、成本低離子電導率相對低、空氣中不穩(wěn)定Argyrodite型LPSCl/LPSILiPSXLiPSCl,LiPSI10?2-10?3S/cm離子電導率高、熱穩(wěn)定性好、成本低電化學窗口<2.2V、空氣中不穩(wěn)定LGPS型LGPSLixMPxSx(M=Ge,Sn,Si,Al)LiGePS10?2S/cm離子電導率最高、電化學窗口寬鋰金屬不穩(wěn)定、成本較高硫化物固態(tài)電解質的常見制備方法主要有高溫淬冷法、高能球磨法、液相法以相法通過在液體中制備固體電解質,可以縮短反應時間,制得的材料均一性也更好。請務必閱讀報告末頁的重要聲明項目高溫淬冷法液相法高能球磨法氣相合成法原料LiS/PS/GeSLiS/PS/GeSLiS/PS/GeSLiCO,SnO+CS成本中較低高低制備溫度高溫加熱加熱室溫工藝復雜簡單適中簡單制備特性壓實密度高結晶可控均勻度高空氣穩(wěn)定適合應用非晶態(tài)薄膜小規(guī)模大規(guī)模之間存在3-18個月，因此2023年與2024年實際專利申請數(shù)量大于公開數(shù)量。其中固態(tài)電池電解質專利前十名申請人情況一覽排名申請人專利數(shù)量占總比例1豐田汽車公司129715.27%2LG新能源株式會社韓國7038.28%3村田制造株式會社3163.72%4現(xiàn)代自動車株式會社韓國3083.63%5三星SDI株式會社韓國1752.06%6本田技研工業(yè)株式會社1661.95%7松下新能源株式會社1451.71%8蜂巢能源科技股份有限公司1311.54%9通用汽車環(huán)球科技運作有限責任公司美國1031.21%TDK集團931.09%請務必閱讀報告末頁的重要聲明固態(tài)電池電解質專利前五名申請國家分別情況一覽排名申請專利數(shù)量/件129872美國1507314554韓國7905加拿大41全球多家企業(yè)選擇硫化物作為未來全固態(tài)電池關鍵材料。中國企業(yè)目標是在等電池企業(yè)均選擇布局硫化物固態(tài)電池，三星集團計劃2027年全面投產全固態(tài)，實現(xiàn)量產和裝車應用。美國SolidPower、Qua地區(qū)企業(yè)單體能量密度（Wh/kg）產品進展寧德時代500有望在2027年實現(xiàn)固態(tài)電池的小批量生產比亞迪4002027年將小批量生產固態(tài)電池億緯鋰能5002022年12月已完成技術定型，進入裝車驗證狀態(tài)；產品循環(huán)壽命超過1000次，使用溫度可拓展到-20℃-80℃國軒高科3502023年5月通過新國標安全測試并進入產業(yè)化階段，預計23年內實現(xiàn)量產裝車；配套車型的電池包電量達160kWh，續(xù)航里程超過1000km江蘇清陶368已與北汽開展中試合作北京衛(wèi)藍360計劃在2027年實現(xiàn)全固態(tài)電池的量產。恩力動力350成功開發(fā)出能量密度達350Wh/kg的全固態(tài)電池，并計劃在2024財年內提升至400Wh/kg，2026財年內實現(xiàn)1000次循環(huán)壽命。天賜新材410固態(tài)電解質處于中試階段，計劃在2025年進行中試產線建設，并做小批量生產應用。新宙邦400已有硫化物體系的固態(tài)電解質產品，并正與下游客戶合作推進產業(yè)化應用。蜂巢能源400成功研發(fā)出國內首批20Ah級硫系全固態(tài)原型電芯恩捷股份-已實現(xiàn)硫化物固態(tài)電解質的噸級生產，并成功建成百噸級中試生產線，硫化物固態(tài)電解質產品和全固態(tài)電解質膜產品均處于送樣階段。容百科技 - 預計2027年實現(xiàn)批量生產請務必閱讀報告末頁的重要聲明松下新能源-2023年12月首次公開產品，預計2029年前量產日立造船-在日本宇宙航空研究開發(fā)機構(JAXA)的支持下，于2025年實現(xiàn)全固態(tài)電池的小批量生產能力Toyota&Panasonic4502027至2028年使全固態(tài)電池進入實用化階段2023年2月宣布產品研發(fā)成功，預計2025年開始試生產韓國SKon-計劃2026實現(xiàn)早期原型，2028實現(xiàn)商業(yè)化LG新能源900Wh/L預計2026年量產三星SDI900Wh/L2022年試點工廠建設，2023年20Ah原型電池研發(fā)成果，2025年電池量產美國SolidPower3902022年完成試生產線安裝，預計2023年年底之前將第一批電池單體交付測試，2026年實現(xiàn)量產QuantumScape3722023年10月已進入A樣測試階段FactorialEnergy4502021年發(fā)布產品，2022年與奔馳、Stellantis、現(xiàn)代等簽署了聯(lián)合開發(fā)協(xié)議，2023年200MWh固態(tài)電池工廠正式開工建設，電池產品進入A樣送樣階段3.硫化物固態(tài)電池降本增效成發(fā)展趨勢請務必閱讀報告末頁的重要聲明1,8001,6001,4001,2001,00080060040020001566951840811840744580567580穩(wěn)定性安全性能量密度離子電導率成本效率循環(huán)性3.1硫化物路線技術難點迎突破硫化物固態(tài)電解質性能突破關鍵在于解決正/負極與固態(tài)電解質界面問題以及固界面上的離子傳輸電荷。為提供有效的離子和電物固態(tài)電解質界面問題2）負極/硫化物固態(tài)電解質界面問題3）硫化物電解資料來源：《Challengesandopportun請務必閱讀報告末頁的重要聲明硫化物固態(tài)電解質與正極的界面問題主要包括:產生界面電解質之間的界面相容性差導致的較大界面阻抗以及正極材料和電解質材料在充放電過程中的體積膨脹系數(shù)差距較大,在經歷多次循環(huán)以后,在電解質與正極界面會形界面反應的方法主要包括1）電解質改性2）正極制備工藝優(yōu)化3）正極鋰金屬因高理論比容量、低電化學電位和低密度被認為是鋰離子電池的理想負極。相較于液態(tài)電解質,固態(tài)電解質對鋰金屬具有更好穩(wěn)定性,因此可使用固態(tài)電解質與鋰金屬負極匹配從而提高安全性。硫化物固態(tài)電解質與鋰金屬的界面問題主要包括:熱力學穩(wěn)定界面層、混合傳導界面層、亞穩(wěn)態(tài)固體內部本身存在的缺陷和具有多晶界結構,全固態(tài)電解質并不能完全抑制鋰枝晶的生長。此外,鋰枝晶生長也可能是由電解質膜與固體電解質相界面(SEI)膜之間離子電分2）制備人工SEI膜3）制備鋰合金負極。請務必閱讀報告末頁的重要聲明有水分敏感性,樣品表面遇水會迅速變化,而材料的變化對全固態(tài)電解質本身機械性此外，硫化物固態(tài)電解質在空氣中的化學穩(wěn)定性較差。常規(guī)水分發(fā)生水解反應并產生H2S氣體,控制不當會導致硫化物電解質變性,進而導致材料離子傳輸能力下降,電池性能降低甚至產生安全問題。相面改性來構建保護層結構,也可保護硫化物固3.2硫化物固態(tài)電池降本空間潛力大硫化物固態(tài)電解質成本高昂是目前多數(shù)企業(yè)發(fā)展硫化物路線的經濟性痛點。硫選擇替代材料成為降本的主要研究方向。目前相關研究團隊已找到一些降低硫化鋰成本方法，比如中科大馬騁教授開發(fā)了一種不以硫化鋰作為原料的硫化物固態(tài)電解質——氧硫化磷鋰，這種固態(tài)電解質以成本低廉的水合氫氧化鋰和硫化磷作為原材料請務必閱讀報告末頁的重要聲明注：SSE指硫化物固態(tài)電解質，BOM成25,00020,00015,00010,0005,000020000980039002020502002024E2025E2026E2027E2028E2029E2030E12010080604020010660298.40.40.40.72024E2025E2026E2027E2028E2029E2030E請務必閱讀報告末頁的重要聲明