基礎(chǔ)化工行業(yè)研究:固態(tài)電池:產(chǎn)業(yè)趨勢逐漸清晰電解質(zhì)為核心材料-國金證券_第1頁
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敬請參閱最后一頁特別聲明敬請參閱最后一頁特別聲明分析師:陳屹(執(zhí)業(yè)S1130521050001)投資邏輯而固態(tài)電解質(zhì)如氧化物的熱分解溫度可超過500℃,大大降低了電池?zé)崾Э氐娘L(fēng)險。②高比能,固態(tài)電池的電化n政策端和產(chǎn)業(yè)端共同推進(jìn),預(yù)計2027年將是固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)從市形成“中央政策定調(diào)+地方試點推進(jìn)”的立體化支持體系,工信部提出支持鋰電池、鈉電池向固態(tài)化發(fā)展,2027產(chǎn)業(yè)規(guī)劃,2027年硫化物全固態(tài)電池將裝車3000輛投資建議變化在于采用固態(tài)電解質(zhì)替代電解液和隔膜,固態(tài)電解質(zhì)作為全固態(tài)鋰電池技術(shù)的核心,直接影響電池的功率密度、因而產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展速度也在加快,建議關(guān)注布局了多風(fēng)險提示 4二、固態(tài)電解質(zhì):全固態(tài)鋰電池技術(shù)的核心,硫化物路線潛力較大 82.1硫化物:產(chǎn)品體系豐富,硫化鋰為核心材料 2.2氧化物:離子電導(dǎo)率適中且穩(wěn)定性強,產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展持續(xù)推進(jìn) 2.3聚合物:加工性較好,電化學(xué)性能偏弱導(dǎo)致應(yīng)用有限 三、投資建議 4 4 4 5 6 6 7 7 8 8 8 9 敬請參閱最后一頁特別聲明敬請參閱最后一頁特別聲明解溫度通常低于160℃,而固態(tài)電解質(zhì)如氧化物的熱分解溫度可超過500℃,大大降低了電池?zé)崾Э氐娘L(fēng)險。其次是高比能,固態(tài)電池的電化學(xué)窗口高于5V,遠(yuǎn)高于液負(fù)極搭配時,固態(tài)電池的比能量有望達(dá)到500Wh/kg,有助于解決新能源汽車的續(xù)航類別全固態(tài)鋰電池傳統(tǒng)鋰離子充電電池和部分地區(qū)均已發(fā)布多個政策文件支持固態(tài)電池的長期發(fā)展,從發(fā)展的關(guān)鍵時間節(jié)龍頭企業(yè);上海市相關(guān)部門提出計劃到2030年建成覆蓋固態(tài)電鏈;珠海工信局明確固態(tài)電池發(fā)展時間節(jié)點,目標(biāo)2027年形成固態(tài)電機構(gòu)文件名稱主要內(nèi)容將固態(tài)電池列為重點攻關(guān)方向,支持鋰電池、鈉電池向產(chǎn)和全固態(tài)電池研發(fā)、干法工藝、電解質(zhì)膜制備、高比能正負(fù)極等報批,加快全固態(tài)電池、動力電池在役檢測、動力電池該標(biāo)準(zhǔn)首次明確了“全固態(tài)電池”定義,要求離來源:中國工業(yè)新聞網(wǎng)、中國汽車工程學(xué)會、國金證券研n固態(tài)電池關(guān)鍵材料和制造技術(shù)的革新是實現(xiàn)從傳統(tǒng)液態(tài)電池經(jīng)原位固態(tài)化電池直至n目前固態(tài)電池正處于測試階段因而出貨量較少,遠(yuǎn)期有望憑借性能優(yōu)勢成為下一代發(fā)展初期邁向快速上升期的轉(zhuǎn)折點,根據(jù)預(yù)測2027年中國固態(tài)電池出貨量將達(dá)到am出貨量(GWh)——YOY252050202320242025E2026E2027E2028E200%80%60%40%20%0%的研發(fā)和應(yīng)用。大眾、寶馬、豐田、奔馳、日產(chǎn)等知名汽車品牌也規(guī)劃在2敬請參閱最后一頁特別聲明敬請參閱最后一頁特別聲明企業(yè)進(jìn)展2025年將搭載整車應(yīng)用,加速半固態(tài)電池研發(fā),已進(jìn)入工2025年旗下電動汽車規(guī)劃使用鈷含量為2026年實現(xiàn)全固態(tài)電池裝車搭載,首搭廣汽埃安旗下昊2028年前將搭載自主研發(fā)的全固態(tài)電池的電動企業(yè)名稱2025年規(guī)劃產(chǎn)能(GWh)主流產(chǎn)品型號技術(shù)路線能量密度循環(huán)壽命量產(chǎn)進(jìn)度主要應(yīng)用領(lǐng)域n固態(tài)電池本質(zhì)上是采用固態(tài)電解質(zhì)替代電解液和隔膜,從而提高電池的安全性和能的選擇來看,關(guān)鍵挑戰(zhàn)在于如何平衡高室溫離子電導(dǎo)率、低成本、良好的化學(xué)/電化固態(tài)電解質(zhì)代表性物質(zhì)優(yōu)點缺點改性措施氧化物①石榴石型的Li7Ia3Zr2O12(LLZ0)②NASICON型的Li1+xALT2-x(PO4)3(LATP)③鈣鈦礦型的La2/3-xLi3xTi03④LISICON型(Li16-2xMx(T04)/Li2+2xZn1-xX04(X=Al,S,Si,Ge,Ti,P))①具有寬的電化學(xué)窗口②熱穩(wěn)定性好③具有高的彈性模量①界面接觸不良②鋰枝晶生長③可加工性能差①電解質(zhì)改性(清除表面雜質(zhì)、設(shè)計多層電解質(zhì)、體相摻雜)②構(gòu)筑人工界面層(離子電導(dǎo)性的界面層、電子離子混合導(dǎo)電性質(zhì)的界面層)③鋰負(fù)極改性(對負(fù)極進(jìn)行摻雜以提高對電解質(zhì)的潤濕性)硫化物①玻璃態(tài)的Li-P-S(Li3PS4、Li7P3S11)②玻璃-陶瓷態(tài)的Li6PS5X(X=Cl,Br,I)③晶態(tài)的Li11-xM2-xP1+xS12(M=Ge,Sn,Si),例如Li10GeP2S12①高離子電導(dǎo)率②優(yōu)異的機械延展性①空氣穩(wěn)定性差②對水分敏感③電化學(xué)窗口窄④與高壓正極及鋰金屬負(fù)極化學(xué)/電化學(xué)不相容①定量計算+元素?fù)诫s來改善熱穩(wěn)定性②利用軟硬酸堿理論設(shè)計新材料取代S/P元素③元素?fù)诫s④包覆以構(gòu)建保護性涂層Li-M-X(M為金屬,X=F,Cl,Br,I),例如Li3HoBr6或Li2ZrCl6①電化學(xué)窗口寬②室溫離子電導(dǎo)率較高③與氧化物正極良好的兼容性①制備成本較高②與金屬鋰負(fù)極的兼容性差①材料組分調(diào)整②元素?fù)诫s③晶體結(jié)構(gòu)調(diào)控PSE聚合物基體,如聚環(huán)氧乙烯(PEO)、聚丙烯腈(PAN)、聚偏氟二乙烯(PVDF)聚碳酸亞丙酯(PPC)、聚氣乙烯(PVC)聚甲基丙烯酸甲酯(PM-MA)①柔韌性好②機械加工性能好③成本低①室溫離子電導(dǎo)率較低②化學(xué)穩(wěn)定性低③力學(xué)強度低①添加活性/惰性填料以提高力學(xué)性能和離子電導(dǎo)率②填料尺寸調(diào)控(納米顆粒/納米線/納米纖維)CSE聚合物基體加鋰鹽、填料組成相比ISE在柔韌性、與電極的界面接觸和可加工性方面更好,相比純PSE離子電導(dǎo)率、鋰離子轉(zhuǎn)移數(shù)和力學(xué)性能更高,電化學(xué)窗口更寬。①界面間兼容性欠缺和不穩(wěn)定性問題仍然存在②離子電導(dǎo)率偏低n無機固態(tài)電解質(zhì)具備較高的離子電導(dǎo)率和熱穩(wěn)定性,復(fù)合材料固態(tài)電解質(zhì)的加工性企業(yè)名稱技術(shù)路線敬請參閱最后一頁特別聲明敬請參閱最后一頁特別聲明硫化物2.1硫化物:產(chǎn)品體系豐富,硫化鋰為核心材料解質(zhì)在室溫下具有較高的離子電導(dǎo)率(10-4-10-2S敬請參閱最后一頁特別聲明敬請參閱最后一頁特別聲明n硫化物電解質(zhì)性能優(yōu)勢明顯,根據(jù)結(jié)晶狀態(tài)主要可硫化物電解質(zhì)是通過硫取代氧化物電解質(zhì)中的氧衍生而來,與O2-相比,S2-的電負(fù)性小,對Li+的束縛較弱,有利于降低Li+擴散勢壘。同時S2-的離子半徑較大,能達(dá)到甚至超過液態(tài)電解質(zhì)。根據(jù)硫化物電解質(zhì)的結(jié)晶狀態(tài)可細(xì)分為玻璃型、玻璃-陶硫化物固體電解質(zhì)代表性材料優(yōu)點缺點玻璃型xLi2S-(100-x)P2S5離子傳導(dǎo)各向同性,合成工藝簡單制備成本高,離子電導(dǎo)率低,化學(xué)穩(wěn)定性差10-4-10-3玻璃-陶瓷型LixPSy(Li7P3S11,Li3PS4)晶界電阻低,熱穩(wěn)定性優(yōu)異合成難度大10-4-10-2硫代鋰超離子導(dǎo)體型LixM1-yM'yS4(M=Si,GeorSn,M'=P,ZnorSb)熱穩(wěn)定性出色,電化學(xué)穩(wěn)定窗口寬離子電導(dǎo)率低10-4-10-3硫銀鍺礦型Li7PS6/Li6PS5X離子電導(dǎo)率高,電化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)異對空氣敏感,電化學(xué)穩(wěn)定窗口窄10-3-10-2LGPS型Li11-xM2-xP1+xS12(M=Ge,SnorSi)離子電導(dǎo)率高對空氣敏感,成本高,對鋰負(fù)極不穩(wěn)定10-3-10-2硫化物固態(tài)電解質(zhì)材料種類豐富,但通過材料體系溯源分析可以發(fā)現(xiàn)不論是在哪種比達(dá)43%,而當(dāng)前公斤級市場報價波動于核心成本項的產(chǎn)業(yè)地位,未來隨著硫化物電池的出貨增長將直接拉動對硫化鋰的需求快速向上。按照我國政府對硫化物全固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)規(guī)劃,2027年硫化物全固態(tài)6五硫化二磷費用2%廠房費2%設(shè)備能設(shè)備費3%耗材投入0%人員費4%硫化鋰費用82%n硫化鋰的產(chǎn)品指標(biāo)是后續(xù)硫化物固態(tài)電解質(zhì)的合成工藝及產(chǎn)物性能的關(guān)鍵性制約要因此純度參數(shù)尤為關(guān)鍵。硫化鋰的高純度是實現(xiàn)硫化物固態(tài)電解質(zhì)高性能的重要基敬請參閱最后一頁特別聲明敬請參閱最后一頁特別聲明指標(biāo)測試方法測量目標(biāo)碳、多硫等顯色雜質(zhì)碳含量碳含量會造成電解質(zhì)的電子電導(dǎo)率升高,并可能誘導(dǎo)電解質(zhì)分解金屬離子、多硫等雜質(zhì)金屬離子或多硫雜質(zhì)超標(biāo)會對電解質(zhì)化學(xué)計量比以及晶體結(jié)構(gòu)產(chǎn)n硫化鋰合成前體選擇的多樣性衍生出不同的制備工藝路線,且不同路線的成本差距鋰類參與硫源的氧化還原反應(yīng),一般可和單質(zhì)硫直接反應(yīng)生成硫化鋰;另一種是路線展現(xiàn)出顯著經(jīng)濟性優(yōu)勢,主要歸因于硫酸鋰的低價特性及其作為碳酸鋰上游前反應(yīng)類型反應(yīng)方程式鋰源量/t硫源量/t助劑量/t單噸硫化鋰的原料成本/(萬元/t)碳熱還原工藝2C+Li2SO4·H20=Li2S+2CO2+H2O2.0.5213.61硫化氫中和工藝H2S+2LiOH·H2O=Li2S+4H2O0.92-14.61水合肼還原工藝2S+4LiOH·H2O+N2H4·H2O=2Li2S+N2(g)+0.70.6814.75復(fù)分解工藝Na2S20+2LiCI=Li2S+2NaCI+nH202.83-15.01鋰硫化合工藝2Li+S=Li2S0.30.7-21.26生產(chǎn)中的過量系數(shù);主要鋰鹽的價格參考2025年2月的市場報價,其他原料均為市場公開報敬請參閱最后一頁特別聲明敬請參閱最后一頁特別聲明建設(shè)節(jié)奏相對較快的有光華科技和恩捷股份,光華科技目前具備300噸的硫化鋰相關(guān)固態(tài)電池材料產(chǎn)品產(chǎn)能,恩捷股份下屬子公司湖南恩捷前沿的百噸級硫化鋰中試等多家企業(yè)產(chǎn)品處于中試和下游驗證階段,此外上海洗霸也通過收購獲得了有研新材旗下子公司有研稀土的硫化鋰業(yè)務(wù)相關(guān)資產(chǎn),從而實現(xiàn)對硫化物技術(shù)路線的核心公司布局情況供貨,并牽頭制定電池級硫化鋰國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。打通固態(tài)電池“材料-電解質(zhì)原材料-電下屬子公司湖南恩捷前沿的百噸級硫化鋰中試線搭建來源:Wind、新余市工信局、國金證券敬請參閱最后一頁特別聲明敬請參閱最后一頁特別聲明2.2氧化物:離子電導(dǎo)率適中且穩(wěn)定性強,產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展持續(xù)推進(jìn)也都分別存在著晶界電導(dǎo)率有限、對水和二氧化碳敏感、與電極之間固-固界面相容性差等問題。因而需要圍繞提高電解質(zhì)材料的電導(dǎo)率、對電極-電解質(zhì)界面性能的調(diào)控與優(yōu)化這兩個關(guān)鍵點進(jìn)一步深化研究,從而更好的推動氧化物電解質(zhì)的性能優(yōu)化結(jié)構(gòu)分類典型材料離子電導(dǎo)率(S/cm)優(yōu)點缺點NASICON結(jié)構(gòu)Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3(LATP)1.40×10-4熱穩(wěn)定性好、對空氣不敏感低電勢下Ti4+易被鋰電極還原、與電極接觸的固-固界面阻抗大、生產(chǎn)成本高難以量產(chǎn)Li3Zr2Si2PO12(LZSP)3.59×10-3Li1+xAlxGe2-x(PO4)3(LAGP)2.3×10-4石榴石結(jié)構(gòu)Li7La3Zr2012(LLZO)2.20×10-4高溫下穩(wěn)定、電化學(xué)窗口寬、對鋰電極穩(wěn)定易在空氣中產(chǎn)生鈍化層、與電極接觸的固-固界面阻抗大鈣鈦礦結(jié)構(gòu)Li0.33La0.56TiO3(LLTO)1.31×10-4離子電導(dǎo)率高、對空氣不敏感、電化學(xué)穩(wěn)定窗口寬、斷裂韌性高、易于加工晶界電導(dǎo)率低、低電勢下Ti4+易被鋰電極還原、與電極接觸的固-固界面阻抗大非晶態(tài)結(jié)構(gòu)Li3x(PO4)yN24.91×10-6良好電化學(xué)窗口和熱穩(wěn)定性、對電極材料不敏感、界面相容性強、電子電導(dǎo)率極低離子電導(dǎo)率有限、材料易碎裂、制備工藝復(fù)雜成本高公司布局情況2.3聚合物:加工性較好,電化學(xué)性能偏弱導(dǎo)致應(yīng)用有限敬請參閱最后一頁特別聲明敬請參閱最后一頁特別聲明為鋰金屬時難以阻止鋰枝晶生長。成本端來看,由于鋰鹽對濕度敏感聚合物基質(zhì)分子式玻璃化轉(zhuǎn)變溫度/℃熔點/℃優(yōu)點缺點產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展速度也在加快,建議關(guān)注布局了多種氧化物電解質(zhì)且具備一定產(chǎn)業(yè)鏈成技術(shù)路線公司代碼市值(億元)主營業(yè)務(wù)敬請參閱最后一頁特別聲明敬請參閱最后一頁特別聲明慮到技術(shù)優(yōu)化普及和規(guī)模化量產(chǎn)仍然需要時間,若固態(tài)電池出貨不及預(yù)期將會導(dǎo)致在固態(tài)電池中的應(yīng)用不及預(yù)期。若相關(guān)原料的價格出現(xiàn)大幅波動,會對固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)鏈中相關(guān)企業(yè)的影響造成較大敬請參閱最后一頁特別聲明敬請參閱最后一頁特別聲明增持:預(yù)期未來3-6個月內(nèi)該行業(yè)上漲幅度超過大盤在5%-15%;敬請參閱最后一頁特別聲明敬請參閱最后一頁特別聲明形式的復(fù)制、轉(zhuǎn)發(fā)、轉(zhuǎn)載、引用、修改、仿制、刊發(fā),或以任何侵犯本公司版權(quán)的其他方式使用。經(jīng)過書面授權(quán)的引用、刊發(fā),需注明出處為本報告的產(chǎn)生基于國金證券及其研究人員認(rèn)為可信的公開資料或?qū)嵉卣{(diào)研資料,但國金證券及其研究人員對這些信息的準(zhǔn)確性和反映撰寫研究人員的不同設(shè)想、見解及分析方法,故本報告所載觀點可能與其他類似研究報告的觀點及市場實際情況不一致,國金證券不對使用本報告所

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