6年投研,固态电池万字深度长文,建议收藏【附股】

才沃水 2024-11-28 16:30:53

原创 帮沃泽转发 沃泽周期 2024年11月25日 07:00 湖南

沃泽干股理念:干市场,就干核心资产,核心资产不好干,也得干主线,不然就是被市场干。

本文作者:沃泽共创 | 桃加杏

Ø固态电池未来技术路线锁定硫化物方向的确定性提升。通过对海内外固态电池厂商技术方向布局的梳理,发现多数厂商都将研发重心投入到硫化物方向,硫化物方向成为固态电池产业化方向的确定性明显提升。

Ø低空等场景的出现,有望加速固态电池的产业化进程。因为低空是成本不敏感场景,比较适合高成本高性能的固态电池早期研发与生产。

Ø固态电池对锂电产业链的变化分为纯增量、用量增加、产品升级与份额提升四类,核心受益方向总结如下:

投资建议:建议重点关注各个方向进展领先的龙头企业,如长阳科技、天奈科技、容百科技等,未来存在业绩大幅提升的可能。

风险提示:产业进展不及预期;技术变革风险;海外弯道超车风险

1.市场对固态电池关注技术路线发生变化

固态电池凭借其高安全性、高比能量优势,有望成为下一代动力电池技术突破的关键。

锂离子电池主要分为液态与固态电池两种类型,液态锂电池包括液态电池、凝胶电解质电池,固态锂电池包括半固态、准固态、全固态电池三种。

其中,半固态锂电池(液体含量5-10wt%)通过减少液态电解质含量、增加固态电解质的方式,兼具安全性、能量密度和经济性,有望成为当下液态电池向全固态电池过渡的最优选择;

而准固态锂电池中液态电解质占比进一步减少,全固态锂电池则由固态电解质完全取代原有的电解液和隔膜,有望成为液态锂电池的终极形态。

图表:准固态向固态过渡路径

固态电池整体存在三种技术路线,目前产业关注热点从氧化物向硫化物路线过渡。此前市场对氧化物技术路线关注度较高,因为氧化物技术路线难度与成本相对更低,但同时其理论的能量密度天花板以及快充性能可能都不及硫化物技术路线。近期市场关注度提升(2024年11月),主要是两点边际变化:

1)龙头企业宁德时代固态电池研发人员数量已经达1000,且公司明确表示看好硫化物固态电池技术路线;

2)市场关注到华为申请了硫化物固态电池专利。

两家中国顶尖科技企业几乎同时有一定进展(实际上对于宁德而言严格讲不是啥进展,就是正常的研发团队扩充,以宁德体量,来个1000人的团队做前沿技术研发很正常),此前市场关注的主要是氧化物技术路线,对应电解质主要是氧化锆(所以此前市场关注的企业主要是三祥新材、东方锆业这些),

这次由于技术路线切换为硫化物体系,所以三祥新材、东方锆业等相关标的市场关注度下降,转而硫化锂以及硫化物电解质相关厂商关注度提升。

图表:固态电池三种技术路线对比

2.固态电池需求逻辑比一年前更顺畅

当下半固态、固态电池在部分高端车型、低空经济等场景有明确应用,特别是低空场景的打开有望加速固态电池量产进程。

首先是半固态电池,已经明确多车型配套,相当于产业化进程已经开启。

另外,低空经济对电池能量密度、功率、倍率、安全、快充及长寿命等指标要求更高,目前量产的电池能量密度无法达到,兼备高能量密度、高功率、高安全性的固态电池是更好的动力来源,且当前eVtol对成本相对不敏感,所以固态电池更加契合市场需求。

低空场景对固态电池的产业化进程可能会起到加速的作用,量产节奏的预期可能比两年前更快。

核心是需求场景比单纯高端车的场景更加丰富,需求也更加多元。

1)低空场景对电池成本相对不敏感,在行业导入期可以积攒更多固态电池研发与生产的数据,促进技术迭代;

2)可以催生新的进入者,比如欣界能源,直接与亿航智能合作,跨过汽车,直接面向汽车场景。

3)传统电池厂也会配套低空研发更多定制化产品,比如宁德时代针对

低空场景的凝聚态电池24年出货可能就GWH级别出货了,虽然是全固态的过渡产品,但本身也是技术进步与升级的体现。

图表:车企搭载半固态电池进展

图表:固态电池在eVtol应用进展

3.电池端五类力量角逐,硫化物路线渐成共识

电池厂五类力量共同角逐,未来谁能重新崛起存在较大变数。可将固态电池参与者简单分成五方力量:

国内分为三方力量。

第一方力量为宁德时代,液态电池龙头,加大投入推进全固态电池产业化进程;

第二方力量为有望新崛起的梭哈固态电池的新厂商,比如卫蓝新能源、清陶能源等,这些厂商的技术团队主要来自中科院背景或海外知名学府与研究机构背景,技术实力不容小觑,未来也有望成为行业龙头;

第三方力量主要指的是国内众多二线电池厂以及车企电池厂,比如孚能科技、鹏辉能源、广汽集团、南都电源等,这些厂商液态电池本身技术就比较落后,目前较难相信他们在固态电池领域能够领先宁德时代,但也不排除有黑马出来的可能。

海外简单分为两方力量,第四方力量主要是海外电池大厂松下与LG,此二者电池技术研究时间久,研发实力雄厚,研发进展不一定比国内慢,但预计量产能力会比国内弱,

最后是海外的专注固态电池的新厂商,比如大众的子公司QuantumScape、宝马与福特等扶持的solid power、丰田等,这些厂商都深度绑定车企,

产业化进展可能也不容小觑,特别是丰田,之前压注氢燃料电池失败,现在铆足了劲想要弯道超车,看后续其具体发展情况。

(注:实际上海外做固态电池的厂商多大20多家,此处仅选择几家代表性的厂商)。

图表:固态电池代表厂商分类

3.1 国内电池端:液态电池龙头加大投入,固态新龙头或将崛起

宁德时代是液态电池龙头,也在同步加大固态电池投入。据了解,宁德正在进行民用电动载人飞机项目的合作研发,执行航空级的标准与测试,满足航空级的安全与质量要求,同时,2024年宁德时代还将推出车规级应用版本的凝聚态电池,年内已经具备量产能力。

宁德预计2027年可以小批量生产全固态电池。

2024年4月28日,宁德时代首席科学家吴凯在CIBF2024先进电池前沿技术研讨会上称,如果用技术和制造成熟度作为评价体系(以1-9打分),宁德时代的全固态电池研发目前处于4分的水平。

目标是到2027年达到7-8分的水平,意味着届时可以小批量生产全固态电池,但大批量生产仍然会面临成本等问题。

目前公司正在进行基于硫化物电解质的全固态电池研发,已经建立起10ah的验证平台。

图表:宁德时代固态电池进程梳理

比亚迪目前对固态电池相对低调。

比亚迪暂未发布明确量产计划,目前仅能看到其发布了部分固态电池专利,具体进展不确定,但是参考其刀片电池发布的历史,比亚迪可能会在有重要技术突破甚至即将量产时才会对外公布。所以其实际进度不一定特别慢。

图表:比亚迪固态电池专利

固态电池新势力——其他非上市的专做固态电池的新厂商较多,包括卫蓝新能源、清陶能源、太蓝新能源、欣界能源等,进展也比较快,技术团队核心成员多来自中科院以及海外知名固态电池企业,不排除未来出现新的固态电池龙头。

Ø卫蓝新能源——中科院与大学背景,与蔚来合作较深

核心人员背景来自兰州大学与中科院物理所。江苏卫蓝新能源成立于2018年1月,主要产品是半固态与固态电池,创始人俞会根,毕业于兰州大学有机化学专业,曾任北汽新能源总工程师,后创立卫蓝新能源,担任董事长兼总经理,首席科学家李泓,中科院物理所研究员,专注于高能量密度锂离子电池、固态锂电池等领域。

卫蓝新能源在技术路线方面氧化物与硫化物都有布局,且其半固态电池已经量产并向蔚来汽车交付。公司远期规划产能已经超过100GWH。

图表:卫蓝技术路线

Ø清陶能源——中科院背景,与上汽合作较深

团队核心技术来自中科院。创始人冯玉川和李峥均为博士学位,毕业于清华大学材料学院,师从中国科学院院士南策文。

清陶能源探索多条技术路线,与上汽合作研发的固态电池已经上车。清陶第一代半固态电池是氧化物加聚合物的技术路径,第二代则是硫化物、卤化物加聚合物的路径,公司与上汽建立合作,且上汽入股了清陶能源,其与上汽联合研发的光年半固态电池已经量产上车上汽的智己L6。

图表:上汽集团公告对清陶能源追加投资

Ø太蓝新能源——海外与丰田背景,与长安汽车合作较深

团队核心有多年海外固态电池研发经验,有丰田背景。创始人兼CTO高翔材料专业出身,曾在中科院上海硅酸盐研究所研究新型功能与能源材料。2011年进入日本精细陶瓷研究所,参与丰田固态锂电项目;2015年进入美国橡树岭国家实验室,在美国能源部项目中成功开发新型薄膜全固态锂电池批量生产工艺,

太蓝新能源推出的无膜固态电池可能是行业比较稀缺的技术。11月7日,太蓝新能源与长安汽车在重庆联合举办无隔膜固态锂电池技术发布会。双方联合推出无隔膜固态锂电池技术,该项技术通过中国轻工业联合会科技成果评价鉴定,达到“国际先进”水平,据反馈该技术可能不需要电解质膜,其他厂商如宁德时代、卫蓝新能源的固态电池仍然需要电解质膜来起到骨架支撑等作用。

图表:太蓝与长安发布会

Ø欣界能源——海外背景,直接面向低空研发合作

团队背景来自海外。董事长兼研发院院长陈霖,博士毕业于美国阿贡国家实验室,领导和参与了多个电池项目,包括高能量锂金属电池、固态电解质和三元材料电化学降解机理,并获得了芝加哥大学MBA。曾在世界著名储能公司Powin Energy担任电池技术和战略副总裁,负责公司研究院工作及核心技术和产品研发。

公司固态电池产品已经搭载与亿航智能无人驾驶载人系统中完成试飞。在11月13日高能量固态电池重大技术突破与低空规划成果发布会上,公司展示了其在固态电池领域的突破性技术成果,单体能量密度达到480Wh/kg,今年10月已成功应用于亿航智能的无人驾驶载人航空器系统,实现48分10秒的续航时长。同日,亿航智能宣布,EH216-S搭载高能量固态电池成功完成单次不间断飞行测试,达到48分10秒,标志着全球首个无人驾驶载人电动垂直起降航空器(eVTOL)完成固态电池飞行测试。此次搭载就是欣界能源高能量锂金属固态电池。

图表:欣界能源搭载在亿航智能的固态电池技术参数

其他液态电池二线企业如鹏辉能源、广汽集团、南都电源、孚能科技等都有固态电池产品发布,但预计其整体实力与上述企业差距较大,故此处不赘述。

图表:鹏辉能源固态电池研发路线图

3.2 海外电池厂更多偏向硫化物路线

丰田——主要选择了硫化物全固态电池技术,并坚定推进这一技术路线。丰田的全固态电池技术具有充电速度快至10分钟、续航里程可达1000公里甚至1200公里,计划从2026年开始逐步量产,预计在2027-2028年实现商业化。

丰田野心勃勃,希望固态电池可以弯道超车。根据丰田公布的量产节奏,丰田至少对外宣称的量产节奏比宁德时代以及其他固态电池厂商更加激进,假如真的实现,意味着丰田固态电池至少领先国内1-2年的节奏。

这其实好理解,丰田此前压注氢燃料电池,从而错过锂电最佳发展时机,故当下希望能够靠固态电池弯道超车,否则其全球车企龙头的地位大概率无法保住。

LG新能源——选择了聚合物和硫化物作为主要研究方向,并计划于2026年量产聚合物固态电池,基于硫化物体系的全固态电池,预计在2030年前完成开发。

松下——主要选择硫化物技术路线(可能也有卤化物路线),松下集团计划在2029年实现全固态电池的量产,短期内目标是将全固态电池应用于小型无人机。

QuantumScape(大众的子公司)——氧化物和硫化物双重材料体系,可能也承载了大众弯道超车的梦想。

Solid Power——技术路线主要基于硫化物固态电解质,采用传统锂镍锰钴氧化物(NMC)正极和高倍率硅基负极,合作伙伴包括宝马、福特、SK Innovation等。(可能也承载了不少其他车企弯道超车的梦想)

图表:QuantumScape刚上市时市场关注度极高,股价一度涨幅超10倍

综合以上信息可知:

1)国内外电池厂对硫化物固态电池路线逐渐形成共识,与2021年左右还存在较大分歧的阶段明显不同,技术路线确定性逐步提高。(不一定100%确定,但确定性是明确提升的)

2)技术路线确定后,各家对相关技术方向的投入大概率会进一步加速,抢占一轮技术迭代弯道超车的机会;

3)硫化物大的技术体系下,各家厂商的技术细节或者工艺、设备等可能并不完全相同,谁能胜出仍是未知数,比如太蓝新能源的无膜技术就与宁德时代等的技术不太相同。

4.固态电池对产业链影响较大

固态电池与液态电池相比,主要的不同体现在材料选择、材料用量、设备工艺等方面,同时具体各个方向仍存在不确定性。

4.1固态电池对产业链的影响分为四个方面

固态电池产业链对不同环节影响不同,具体详见下图,实际上总体分为四类,0-1纯增量、用量增加、产品升级以及份额提升。

Ø0-1纯增量:

1)硫源,可能对硫铁矿需求增加,但初步测算弹性有限;

2)硫化锂与硫化物电解质,这是硫化物路线的根本;

3)电解质膜,起到骨架支撑的作用,与传统隔膜功能不同,也可能不用;

4)干法电极设备,如果采用干法技术,而不是湿法技术

Ø用量增加:

1)碳酸锂,如果后续采用锂金属负极则单耗甚至可能翻倍,

2)导电剂,据反馈碳纳米管导电剂用量可能翻倍以上;

3)涂布设备,不确定性大。

Ø产品升级:

1)硅碳负极,是人造石墨负极的体系升级;

2)导电剂,可能从多臂管升级到单臂管;

3)三元正极,可能用到超高镍三元正极或富锂锰基

Ø份额提升:

1)三元正极,因为固态本质是要提升能量密度与功率等性能,三元正极在这些方面相比铁锂具备明显优势,

2)叠片工设备,叠片路线成为必选,替代当前主流卷绕工艺

图表:固态电池产业链图谱

4.2工艺路线更迭与设备变化——干法与叠片工艺

固态电池工艺的独特工序:

固态电池工艺的核心特点在于用固态电解质代替了液态电解质,分别为氧化物、硫化物、聚合物。相比液态电池,固态电池工艺有几大独特点,

集中在前中段工序:

1)正极材料需要与固态电解质形成复合正极;

2)负极材料的制备有所不同;

3)中段工艺中不可用卷绕,只能用叠片;

4)取消注液环节;

4.2.1 干法电极可能是未来主流路线

干法电极VS湿法电极,两者极片制造方式核心区别在于流程中有无溶剂。

由于降本、性能优势,业界正在从湿法电极走向干法电极。

1)湿法电极:用活性材料、导电添加剂和溶解在有机溶剂或水中的粘结剂混合而成的浆料,按要求湿涂在集流体表面并进行辊压。

2)干法电极:在无溶剂的环境下,将活性材料、导电剂和固态粘合剂进行干混后并形成自支撑膜,用辊压将其覆盖在集流体表面。

干法技术在固态电池享有突出的工艺优势,干法工艺相比起传统湿法工艺有诸多优势,或将成为未来固态电池制造的主要方向,包括以下几个方面

Ø成本更低,干法制造工艺步骤更少,电芯制造成本综合降低18%,降幅 0.056 元/Wh。

Ø干法工艺能量密度更高。干法电极在PTFE原纤化的作用下,较湿法电极可以实现更加平整的形貌,且干法条件下压实后,裂纹、微孔等问题更少。

干法电极设备相关企业梳理如下:

Ø纳科诺尔

1)产品介绍:2024年2月,锂电辊压设备龙头纳科诺尔联合清研电子重磅亮相干法电极成型覆合一体机。

2)一体化优势:这台设备实现了电极膜成型以及电极膜与集流体复合的一体化,具备先进的干法辊压功能与干法成膜功能,率先开启干法电极的产业化及国产化进程,搭载的干法电极技术将在固态电池领域中大放光彩。

3)订单情况:根据纳科诺尔官方披露,目前公司干法辊压设备已经获得下游头部客户的订单。

Ø曼恩斯特

1)公司覆盖产品领域:干法电极的整线设备+全固态电解质的涂布工艺;

2)客户进展:三星订单落地,C、SK、T、广汽等打样送样,反馈良好,目前正在积极参与相关产线招投标;

3)公司干法电极优势:具备材料研究能力,为客户提供个性化解决方案(类似涂布模头)。

4.2.2 叠片设备——份额提升逻辑,相关技术比较成熟

液态电池领域,主要用的是卷绕工艺,对应卷绕机,但预计固态电池只能用叠片工艺,所以对应叠片设备需求将大幅增加,但叠片工艺在液态电池的方形与软包电池中都有应用,所以不算0-1的需求,只是用量会大幅增加。

4.3增量核心——硫化物固态电解质

未来硫化物固态电解质企业需要降本以提升竞争优势。硫化物电解质高昂的制造成本限制硫化物基全固态锂电池实用化。其来源于主要有两方面:1)硫化物电解质的合成原料Li2S的生产成本高;2)采用目前主流的球磨法大规模制备,硫化物电解质对球磨设备的要求高,且能耗较高。

硫化物固态电解质制备方法有高能球磨法、液相法、高温淬冷、气相合成法等,具体技术路线尚未明确。同时不止工艺路线,本身选取哪些材料可能也并未完全明确。

图表:几种不同的硫化物固态电解质

布局硫化锂与硫化物固态电解质的企业相当多,预计核心还是因为:1)固态电解质对隔膜、电解液都会有颠覆级别的影响,所以相关企业不得不进行前瞻技术布局,

2)对正极材料后续工艺路线有一定协同作用,因为提前固态电解质提前与正极材料进行混合挤压,理论上正极企业对二者的性能掌握可能会更好,所以正极企业也有进行协同布局;

3)其他新进入者可以趁技术变革,在锂电大赛道弯道超车,所以也有新进入者布局,梳理如下:

Ø恩捷股份(传统隔膜龙头企业)

(1)技术:全固态电解质膜薄度最低小于30μm,室温下离子电导率可达3mS/cm。硫化物全固态电解质离子电导率最高可超过11mS/cm,粒径D50在400nm~5μm之间进行调控。产品已向大多数国内外头部电池企业送样,获客户良好反馈。

(2)产业化进程:与卫蓝新能源、天目先导合作成立江苏三合。

(3)研发能力:与中南大学技术团队联合技术研发。

(4)原材料:恩捷固态用高纯硫化锂产品已完成中试百吨级产线,目前正在调试阶段。

Ø天赐材料(传统电解液龙头企业)

产业化进程:已完成硫化锂、硫化物固态电解质实验室公斤级生产,预计2025、2026年逐步实现百公斤、吨级生产,2027年计划建成硫化物固态电解质千吨级产线。

Ø容百科技(三元正极龙头企业)

(1)技术:容百科技已经布局离子电导率>10mS/cm,对空气稳定性>75%,粒径<700nm的硫化物固态电解质。

(2)产业化进程:头部电池厂固态电池核心供应商。在2022年公司便公告与宁德、卫蓝等企业在固态电池材料端深入合作,公司硫化物固态电解质给头部电池厂持续送样,同时在与其他企业合作布局硫化锂材料。

(3)在固态电池领域,公司供应的材料在电芯BOOM端的价值量占比可能从传统液态电池的30%+提升到80%以上。

Ø厦钨新能(三元正极头部企业之一)

(1)产业化进程:海内外大客户深度合作,公司硫化锂对日本头部电池厂已实现百公斤级送样,反馈良好,国内头部企业也在积极送样。

(2)公司在固态电池领域的布局已经超过六七年,特别是在正极材料和硫化物电解质方面与日本头部企业展开了广泛合作。公司早期与索尼、春田等企业在小电池领域进行合作,随着固态电池在汽车领域的应用逐渐增加,公司也在积极拓展与国内头部企业的合作。

(3)厦钨新能的硫化锂中试线已取得良好效果,纯度和可行性较高。公司计划在未来半年至一年内优化设备材质,以实现大规模生产。预计在明年年底前,吨级产线将落地,为后续的产业化奠定基础。

Ø有研新材(主业电子薄膜及贵金属材料等,算锂电新进入者)

产业化进程:其固态电解质用高纯硫化锂项目已可实现产品小批量稳定制备,且已进行小批量供货。

Ø光华科技(主业PCB化学品,还涉及铁锂回收、磷酸锰铁锂等业务)

公司与主流固态电池生产商合作,送样数量已达到十吨到百吨级别,但尚未实现每月稳定出货。硫化锂售价在250万到300万元每吨,成本不到20万元。公司计划在产量提升后,将年产能扩展至3000吨。

公司的硫化锂纯度达到99.9999%,超过客户要求的四个9(99.99%)。尽管客户对比表面积和粒径有特殊要求,但公司在高纯品生产方面具备优势,能够满足这些需求。公司预计明年客户将实现量产,并要求公司准备百吨级产能。

4.4硫——纯增量资源需求,但预计需求弹性贡献不大

远期固态电池预计较难带来硫元素价格的暴涨或者硫化铁的紧缺。

硫化锂是连接固态电池与上游硫资源的核心,故硫化锂制备工艺很关键,目前主要硫化锂制备工艺用到的硫原料主要是硫单体(硫磺)或硫酸。预计固相法主要用到硫磺,液相法工艺主要用到硫酸,气相法可能是硫磺加工后的气态硫。为方便统计,后续全部折合成硫酸需求测算

图表:硫化锂不同制备工艺

数据来源:中粉固态电池

硫铁矿是国内硫元素重要来源之一,而硫元素下游应用十分广阔。

根据硫元素产业链分析,国外硫资源主要来自石油天然气回收硫,其次是有色金属冶炼回收硫、自然硫等,中国硫资源结构有很大不同,我国硫资源主要包括石油天然气回收的硫磺、有色金属矿伴生硫、硫铁矿,另外还有少量硬石膏等回收硫生产。

而硫磺是一种基本化工原料,其主要被用来生成硫酸,而硫酸又是生产磷肥的重要化工原料,硫磺—硫磺酸—磷肥是硫磺用途中的主要产业链;另外,硫磺也用于生产钛白粉、二硫化碳、不溶性硫磺等产品,这些产品被广泛应用于轻工、医药等多种行业。

图表:硫磺产业链

根据第三方统计数据,预计近几年全球硫酸需求与产量稳定在3.2亿吨左右,远期假定硫化物固态电池产量达到1000GWH,则对应硫酸需求约为82.7万吨,对当前全球硫酸产量的弹性拉动也就0.3%,弹性不大,故预计硫铁矿相关企业如粤桂股份、六国化工等远期受益程度一般,除非电池端对上游原材料有特殊需求。

图表:全球硫酸供给数据(供需缺口一般不大,相对平衡)

图表:远期固态电池硫酸需求弹性测算

4.5上游用量可能扩大的资源需求——锂

用量增加的级别,要考虑是否采用锂金属电池,如果用不用锂金属电池,则碳酸锂需求增加20-50%,如果采用锂金属电池技术,则碳酸锂需求增加幅度可达300%。假如未来用量不便,则远期固态电池有望带来碳酸锂新一轮涨价周期

根据业内专家的数据,单GWh 固态电池对硫化物电解质的需求量是500吨。

因此对应单 GWh 固态电池硫化锂、氯化锂和五硫化二磷的需求量分别是 128、88 和 284 吨。

其中把硫化锂和氯化锂单耗折算到碳酸锂当量分别是 206 吨和 77吨。把硫化锂和氯化锂两者锂盐需求加总,对应的单 GWh 电池中电解质对碳酸锂消耗量为 283 吨。

图表:单 GWh 固态电池中硫化物电解质和电解质核心原材料耗量

固态电池中正极材料依旧是高镍三元路线,因此预计单 GWh 正极材料耗量与现有三元液态电池相当,在 1500-1800 吨之间。

考虑固态中使用的是超高镍正极,单耗取区间下限值,预计为 1500 吨上下,对应单 GWh 电池碳酸锂当量568 吨。

不考虑锂金属负极的应用情况下,固态电池正极和电解质锂盐需求加总之后,单 GWh 固态电池碳酸锂消耗量为 850 吨。

相比液态三元锂电池提升比例为 23%,相比磷酸铁锂电池提升比例为 50%。

图表:单 GWh 固态和液态电池中锂盐耗量对比(不考虑锂金属负极)

根据业内专家数据,固态电池单 GWh 电池中锂金属负极的用量是 200 吨,折算至碳酸锂当量相当于 1056 吨。

如果再考虑未来锂金属负极的应用,单 GWh固态电池中锂金属用量会增加到 1906 吨,相当于当前液态三元电池锂盐耗量的2.8 倍,磷酸铁锂电池的 3.4 倍。

图表:单 GWh 固态和液态电池中锂盐耗量对比(考虑锂金属负极)

4.6 部分技术路线下纯增量的电解质膜

固体电解质膜为全固态电池独有结构,取代了液态电池的隔膜和电解液,作用是一个骨架的支撑作用,因为纯电解质是很难成膜的,所以必须有骨架支撑的膜,所以电解质膜并不完全是传统隔膜的作用。

固体电解质的成膜工艺是全固态电池制造的核心。不同的工艺会影响固体电解质膜的厚度和离子电导率,固体电解质膜过厚会降低全固态电池的质量能量密度和体积能量密度,同时也会提高电池的内阻;固体电解质膜过薄机械性能会变差,有可能引起短路。

固体电解质膜并非所有路线都有需要。

根据目前市场反馈,宁德时代、卫蓝新能源、松下等厂商的硫化物固态电池均需要固体电解质膜,但太蓝新能源的新的工艺路线去掉了电解质膜,所以如果未来宁德等厂商的技术路线成为主流,则固体电解质膜的需求会很大,

否则如果太蓝新能源的技术成为主流,则远期电解质膜的市场空间则会显著缩小。(恩捷股份认为,太蓝的无隔膜技术,把固态电解质附和到极片上,目前还在研究阶段,难度比较大。)

未来电解质膜市场空间可能不亚于传统隔膜。

目前湿法隔膜均价可能在1元/平方米不到,而长阳科技的电解质膜价格甚至可以达到4-5元/平方米,远期价格预计随规模增大而价格下降。

图表:全球锂电池隔膜24年市场空间已达80亿美金

布局固体电解质膜相关企业也较多,梳理如下:

Ø长阳科技(光学反射膜龙头企业,固体电解质膜产业进展行业领先)

公司电解质膜产业进展目前行业最快。公司的电解质复合膜已经通过了宁德时代、北京蔚来、松下等客户的验证,并开始小批量供货。虽然目前出货量不大,但随着行业需求的增长,预计到2026年或2027年将迎来市场爆发点。公司计划在需求增长时迅速扩产,以满足市场需求。

公司对设备与工艺掌控力较强,优于2019年的恩捷股份。公司领先的一个核心优势是设备与别人不同,同行可能都是进口的产线,公司设备是国产的,技术来源是反射膜与光学基膜等,公司用反射膜的技术原理来做隔膜,用这个思路开发出设备,然后把设备图纸拆分成几段,然后找不同厂商去定制,所以设备很独特。而2020年的恩捷股份,其隔膜设备主要靠外采日本制钢所,所以设备角度公司的起点是更高的。

绑定中科院物理所对公司固态电池业务有技术与商务两个方面的好处。11月19日公司发布公告,与中科院物理研究所签订技术开发合同,共同研发固态电池复合膜材料,以提升电池安全性和能量密度。项目金额为400万元,预计2026年底完成。从前文对国内固态电池新势力的梳理可知,有较多固态电池企业核心团队有中科院的影子,所以公司与中科院的合作,可能不止是技术上有帮助,未来商务推广层面可能也会有协同。

Ø恩捷股份(传统隔膜龙头企业,进展也相对领先)

如前文所述,恩捷股份是最应该有危机意识的,因为隔膜可能在固态电池时代消失掉。恩捷进行了从硫化锂、硫化物固态电解质到电解质膜的一体化布局,目前已经实现点对点的点电解质膜,性能指标处于国内先进水平。性能指标满足国内外的要求,积极给头部企业送样拿反馈。

Ø星源材质(传统隔膜头部企业)

公司在固态电池领域有相关布局,与多个主流半固态电芯厂合作,并在氧化物和聚合物方面有技术储备。星源材质合资公司新源邦在氧化物上已有批量出货,聚合物和硫化物也已送样给电芯厂,表明公司在新技术领域的积极探索。

4.7 用量增加与产品升级双重叠加的碳纳米管导电剂

碳纳米管导电剂的龙头企业是天奈科技,公司在传统多臂管领域具备产品性能与成本优势,同时在单臂管领域,可能是目前国内量产进度最领先的企业。

根据天奈科技交流反馈,预计未来固态电池碳纳米管导电剂的用量需求和单臂管产品的需求都会提升。

首先是用量增加,由于氧化物、硫化物等基本都是绝缘体,所以需要增加更多电子导电性的碳纳米管,比如正极三元或磷酸铁锂,要加硫化物、聚合物,然后要加更多碳管,因为以前不导电的只有聚合物,现在还有硫化物,所以液态电池中,三元添加比例为0.3-1%,铁锂0.5%左右,而固态电池添加比例可能在1-3%,添加比例翻倍以上提升。

其次是单臂管的产品升级,对应远期利润贡献有望达10亿元量级。

目前国内传统多臂碳纳米管竞争格局不是很好,一方面有道氏技术等同行竞价,另一方面还有国产的导电炭黑也在冲击市场格局,但单臂管则不同,其导电性更好,性能更优,技术壁垒也更高,

目前全球能量产单臂碳纳米管的企业只有俄罗斯OCSIAL,产能50吨,有效产能30吨+,天奈科技的单臂碳纳米管锚定俄罗斯竞对,但价格是他们的七五折,预计2025年天奈科技单臂管产能可达100多吨,

2026年可达450-500吨,按照粉体与浆料50:10000的配比,预计单臂管浆料产能远期可达10万吨,按照1万元/吨的盈利能力,对应利润贡献有望达10亿元量级。

(此处要注意的一个风险点是,远期随着产品放量,价格或者盈利可能会往下走,具体幅度暂无法确定,但目前该产品竞争格局足够好,未来放量如果够快,实际上总体利润规模也会增加的更快)

图表:传统多臂碳纳米管竞争激烈,天奈科技(份额40%左右)23年净利润同比下滑

碳纳米管导电剂的一个风险点是锂金属负极的应用。因为一旦电池开始应用锂金属负极,则由于锂离子本身导电性很好,则负极不再需要导电剂,电池本身可能导电剂的需求也会下滑,单臂管的放量机会可能更多在硅碳负极,不过从目前技术发展阶段来看,硅碳负极的量产与发展会早于锂金属负极,短期该风险无需过度担忧。

另外一家导电剂企业是道氏技术,不过道氏技术业务较多,涵盖碳纳米管导电剂、三元正极材料与硅碳负极,都是未来固态电池可能受益的方向,但公司由于业务多元,故目前看这几个方向都暂不是行业龙头。

固态电池领域,公司表示,公司在正极材料方面,开发出了高容量的三元前驱体,负极方面,主要聚焦硅碳负极,降低膨胀,导电剂方面,正负极用到的导电剂提升5倍,且公司单臂管与多臂管均保持前沿开发。(估计整体节奏还是会弱于相应的行业龙头企业)

图表:道氏技术历史业绩波动性较大

4.8 三元正极——对比铁锂的份额可能提升

出于技术与应用场景的考量,预计三元正极在固态电池的份额会高于其在液体电池领域的份额。

首先是技术层面,三元的能量密度与导电性优势更强。

发展固态电池的本质是为进一步提升电池能量密度以及安全性等功能,三元正极材料相比铁锂正极,具备更强的导电性优势与能量密度优势,而磷酸铁锂在固态电池中的应用面临导电性不足的问题,这可能导致匹配度较低,增加技术难度,对应其成本优势边际上可能也会缩窄,所以预计固态电池领域,三元相对铁锂的优势可能会提升,且劣势有一定边际削弱。(但最终三元份额能否回到50%以上则不确定)。

图表:早期国内三元正极份额最高可达70%以上

应用场景层面从高端场景铺开,

成本相对不敏感。至少在固态电池发展初期,其应用场景应该率先从低空、高端车等成本相对不敏感领域逐渐铺开,则对应三元的优势也会更加明显。

所以,目前能够看到三元正极企业配套固态电池厂联合研发的企业更多,也更积极。

比如容百科技、当升科技均在2022年左右就公告过与卫蓝新能源联合开发固态电池,实际上当升科技曾表示公司已系统布局氧化物、硫化物等固态电解质和双相复合高能量固态正极材料关键技术路线。公司产品已成功导入辉能、清陶、 卫蓝新能源、赣锋锂电等固态电池,实现批量出货。

振华新材也表示,正在配合客户开发适用于固态和半固态电池的正极材料。这些材料包括氧化物和多硫化物等固态电解质,旨在满足高能量密度应用场景的需求,同时公司自主研发的固体电解质氧化物具有纳米级粒径、良好的空气稳定性、高离子电导率和优良的分散性。这些特性使其在固态电池应用中具有显著优势,目前已成功送样给下游头部客户。

5、总结

总结部分放知识星球了,不过上述内容足以让大多数的人了解固态电池的现状了。

风险提示:本文仅为个人笔记,不能作为投资决策的依据,不构成任何建议,据此入市风险自担。

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