財信證券近日發(fā)布新能源電池新技術(shù)之五：固態(tài)電池：具有技術(shù)顛覆潛力的新技術(shù)。
以下為研究報告摘要：
固態(tài)電池具有技術(shù)顛覆的潛力：傳統(tǒng)液態(tài)電池體系成熟，但難以出現(xiàn)大幅性能突破。從兼顧高能量密度和本征安全性兩方面出發(fā)，以鋰金屬作為負極，使用穩(wěn)定、不易燃燒的固態(tài)電解質(zhì)的全固態(tài)鋰離子電池將成為未來最有技術(shù)顛覆潛力的電池。雙極堆疊的可能性、鋰金屬負極的使用能保證其具備大幅領(lǐng)先的能量密度，其能量密度可以輕松突破400Wh/kg，固態(tài)電解質(zhì)則能夠保證優(yōu)秀的安全性能。
固態(tài)電解質(zhì)是固態(tài)電池成功應(yīng)用的關(guān)鍵：理想的固態(tài)電解質(zhì)應(yīng)該具有小到可以忽略不計的電子電導(dǎo)率、優(yōu)良的Li+電導(dǎo)率、良好的化學(xué)兼容性、寬的電化學(xué)穩(wěn)定窗口、優(yōu)異的熱穩(wěn)定性以及能夠低成本的大規(guī)模生產(chǎn)等特點。通常來說，具有代表性的固態(tài)電解質(zhì)包括硫化物固態(tài)電解質(zhì)、氧化物固態(tài)電解質(zhì)、金屬鹵化物固態(tài)電解質(zhì)和聚合物固態(tài)電解質(zhì)。
固態(tài)電解質(zhì)各有特點，復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)可以實現(xiàn)優(yōu)勢互補，是最具發(fā)展?jié)摿Φ姆较颍壕酆衔镫娊赓|(zhì)具有良好的界面相容性和機械加工性，但室溫離子電導(dǎo)率低，限制其應(yīng)用溫度；無機氧化物電解質(zhì)電導(dǎo)率較高，但存在剛性界面接觸的問題以及嚴重的副反應(yīng)，且加工困難；硫化物電解質(zhì)電導(dǎo)率高，但化學(xué)穩(wěn)定性差，可加工性不良。針對這些問題，目前復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)是最具發(fā)展?jié)摿Φ捏w系，一方面，可以在聚合物電解質(zhì)中引入惰性無機納米粒子，改善聚合物電解質(zhì)性能；另一方面，可以通過氧化物陶瓷或硫化物與聚合物進行復(fù)合，實現(xiàn)優(yōu)勢互補。復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)具有更高的離子電導(dǎo)率和力學(xué)性能，同時與電極具有更好的兼容性。
離子運輸機制、鋰枝晶生長機制、固-固界面問題是固態(tài)電池面臨的三大問題：明確高離子電導(dǎo)率的實現(xiàn)條件是發(fā)展高性能固態(tài)電解質(zhì)、提高全固態(tài)電池充放電速度的關(guān)鍵，目前主要通過摻雜、開發(fā)納米尺度結(jié)構(gòu)以及界面工程等手段來改善離子電導(dǎo)率，但目前業(yè)界對于離子運輸機制的理解程度還不夠，這對于充放電速度提升是一個挑戰(zhàn)；此外，固態(tài)電解質(zhì)雖然具有高機械強度，但仍然難以完全抑制鋰枝晶的生長固態(tài)電解質(zhì)內(nèi)部成核，導(dǎo)致電池短路，從而引發(fā)安全風(fēng)險，這對固態(tài)電池的安全是一個較大的挑戰(zhàn)；同時，由于缺少電解液的浸潤，固-固界面問題直接影響固態(tài)電池的循環(huán)壽命等性能，盡管目前在工藝和材料維度有一些改進措施，但界面問題仍是固態(tài)電池最大的挑戰(zhàn)。
全固態(tài)電池有望2027年開始量產(chǎn)裝車：2022年以來，固態(tài)電池的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化取得了明顯的進展，尤其是以衛(wèi)藍新能源和贛鋒鋰電等為代表的中國企業(yè)的半固態(tài)電池量產(chǎn)裝車，標志著半固態(tài)電池已實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。我們預(yù)計固態(tài)電池的大規(guī)模生產(chǎn)和裝車應(yīng)用將在2027年左右開始到來。
2030年固態(tài)電池市場規(guī)模超2500億元：預(yù)計到2030年全球固態(tài)電池的出貨量將達到614.1GWh，在整體鋰電池中的滲透率預(yù)計在10%左右，其市場規(guī)模將超過2500億元，主要出貨電池仍然是半固態(tài)電池。作為固態(tài)電池最重要的組成部分，固態(tài)電解質(zhì)在2030年的需求將超6萬噸，市場規(guī)模超過60億元。
投資建議：固態(tài)電解質(zhì)方面，建議關(guān)注固態(tài)電解質(zhì)及其原料廠商【三祥新材】、【上海洗霸】、【東方鋯業(yè)】等；正極材料方面，建議關(guān)注三元材料廠商【當升科技】、【容百科技】等；負極材料方面，建議關(guān)注【璞泰來】、【中科電氣】等；電池方面，建議關(guān)注【寧德時代】、【金龍羽】、【鵬輝能源】、【贛鋒鋰業(yè)】等。維持行業(yè)“領(lǐng)先大市”評級。
以下為研究報告摘要：
固態(tài)電池具有技術(shù)顛覆的潛力：傳統(tǒng)液態(tài)電池體系成熟，但難以出現(xiàn)大幅性能突破。從兼顧高能量密度和本征安全性兩方面出發(fā)，以鋰金屬作為負極，使用穩(wěn)定、不易燃燒的固態(tài)電解質(zhì)的全固態(tài)鋰離子電池將成為未來最有技術(shù)顛覆潛力的電池。雙極堆疊的可能性、鋰金屬負極的使用能保證其具備大幅領(lǐng)先的能量密度，其能量密度可以輕松突破400Wh/kg，固態(tài)電解質(zhì)則能夠保證優(yōu)秀的安全性能。
固態(tài)電解質(zhì)是固態(tài)電池成功應(yīng)用的關(guān)鍵：理想的固態(tài)電解質(zhì)應(yīng)該具有小到可以忽略不計的電子電導(dǎo)率、優(yōu)良的Li+電導(dǎo)率、良好的化學(xué)兼容性、寬的電化學(xué)穩(wěn)定窗口、優(yōu)異的熱穩(wěn)定性以及能夠低成本的大規(guī)模生產(chǎn)等特點。通常來說，具有代表性的固態(tài)電解質(zhì)包括硫化物固態(tài)電解質(zhì)、氧化物固態(tài)電解質(zhì)、金屬鹵化物固態(tài)電解質(zhì)和聚合物固態(tài)電解質(zhì)。
固態(tài)電解質(zhì)各有特點，復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)可以實現(xiàn)優(yōu)勢互補，是最具發(fā)展?jié)摿Φ姆较颍壕酆衔镫娊赓|(zhì)具有良好的界面相容性和機械加工性，但室溫離子電導(dǎo)率低，限制其應(yīng)用溫度；無機氧化物電解質(zhì)電導(dǎo)率較高，但存在剛性界面接觸的問題以及嚴重的副反應(yīng)，且加工困難；硫化物電解質(zhì)電導(dǎo)率高，但化學(xué)穩(wěn)定性差，可加工性不良。針對這些問題，目前復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)是最具發(fā)展?jié)摿Φ捏w系，一方面，可以在聚合物電解質(zhì)中引入惰性無機納米粒子，改善聚合物電解質(zhì)性能；另一方面，可以通過氧化物陶瓷或硫化物與聚合物進行復(fù)合，實現(xiàn)優(yōu)勢互補。復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)具有更高的離子電導(dǎo)率和力學(xué)性能，同時與電極具有更好的兼容性。
離子運輸機制、鋰枝晶生長機制、固-固界面問題是固態(tài)電池面臨的三大問題：明確高離子電導(dǎo)率的實現(xiàn)條件是發(fā)展高性能固態(tài)電解質(zhì)、提高全固態(tài)電池充放電速度的關(guān)鍵，目前主要通過摻雜、開發(fā)納米尺度結(jié)構(gòu)以及界面工程等手段來改善離子電導(dǎo)率，但目前業(yè)界對于離子運輸機制的理解程度還不夠，這對于充放電速度提升是一個挑戰(zhàn)；此外，固態(tài)電解質(zhì)雖然具有高機械強度，但仍然難以完全抑制鋰枝晶的生長固態(tài)電解質(zhì)內(nèi)部成核，導(dǎo)致電池短路，從而引發(fā)安全風(fēng)險，這對固態(tài)電池的安全是一個較大的挑戰(zhàn)；同時，由于缺少電解液的浸潤，固-固界面問題直接影響固態(tài)電池的循環(huán)壽命等性能，盡管目前在工藝和材料維度有一些改進措施，但界面問題仍是固態(tài)電池最大的挑戰(zhàn)。
全固態(tài)電池有望2027年開始量產(chǎn)裝車：2022年以來，固態(tài)電池的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化取得了明顯的進展，尤其是以衛(wèi)藍新能源和贛鋒鋰電等為代表的中國企業(yè)的半固態(tài)電池量產(chǎn)裝車，標志著半固態(tài)電池已實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。我們預(yù)計固態(tài)電池的大規(guī)模生產(chǎn)和裝車應(yīng)用將在2027年左右開始到來。
2030年固態(tài)電池市場規(guī)模超2500億元：預(yù)計到2030年全球固態(tài)電池的出貨量將達到614.1GWh，在整體鋰電池中的滲透率預(yù)計在10%左右，其市場規(guī)模將超過2500億元，主要出貨電池仍然是半固態(tài)電池。作為固態(tài)電池最重要的組成部分，固態(tài)電解質(zhì)在2030年的需求將超6萬噸，市場規(guī)模超過60億元。
投資建議：固態(tài)電解質(zhì)方面，建議關(guān)注固態(tài)電解質(zhì)及其原料廠商【三祥新材】、【上海洗霸】、【東方鋯業(yè)】等；正極材料方面，建議關(guān)注三元材料廠商【當升科技】、【容百科技】等；負極材料方面，建議關(guān)注【璞泰來】、【中科電氣】等；電池方面，建議關(guān)注【寧德時代】、【金龍羽】、【鵬輝能源】、【贛鋒鋰業(yè)】等。維持行業(yè)“領(lǐng)先大市”評級。
