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全固态电池产线最大的迭代偏向在那里？

揭晓时间：2024-07-01 19:11

什么是固态电池？

古板锂离子电池包括正极、负极、电解液、隔膜四大组成部分，固态电池将电解液换成固态电解质。固态电池较之古板锂离子电池，要害区别在于电解质由液体变为固体，兼顾清静性、高能量密度等性能。固态电解质电池是锂电钠电的最终形态，可以彻底解决清静问题，是新能源下半场临危不惧的主角。

▲固态电池特征及优点

▲固态电池的分类及比照

依据电解质分类，电池可细分为液态(25wt%) 、半固态(5-10wt%)、准固态(0-5wt%)和全固态(0wt%)四大类，其中半固态、准固态和全固态三种统称为固态电池。车企接纳固态电池，清静性为短期驱动因素，能量密度为恒久驱动因素。

▲固态电池工业链

固态电池工业链包括上游种种矿资源等原质料，中游为正极、负极、固态电解质等要害质料及制造环节，下游为消耗、动力、储能等各领域应用场景。

▲固态电池工业链主要加入企业

在电池制造方面，海内企业如宁德时代、赣锋锂业、比亚迪、太蓝新能源等都已起劲结构固态电池领域。详细附下表：

固态电池上游企业（附下表）

固态电池

固态电池的优势

一直以来，续航里程是制约新能源汽车生长的主要瓶颈，而这取决于电池的能量密度。电池的能量密度基本由正负极的质料系统所决议，现在锂电池履历了多轮迭代，主要升级的是正极质料，公众号动力电池bms 从初代的磷酸铁锂升级到三元锂电中的523与622（三个数字代表镍、钴、锰所占的比例），再到现在的811也就是高镍三元，未来有望进一步升级到富锂锰基质料。而负极质料并没有实现很好的突破，主要由石墨升级到硅碳负极。硅碳负极的能量密度上限为400Wh/kg，倘若直接使用金属锂作为负极，能量密度有望抵达2600-3500Wh/kg，实现质的奔腾。然而锂金属负极不可与古板液态电解质一起使用，由于在锂离子充放电历程中，液态电解质容易形成锂枝晶，而这些小的晶刺会刺穿中心的隔膜造成正负极短路，进而引发电池包温度快速上升导致起火自燃。也就是说，虽然锂金属是现在理论能量密度最高的负极质料，可是受限于液态电解质的清静问题，现在无法应用，而若想使用锂金属，则需要一种固态电解质，其导电性能与液态电解质大致相同，但又能抵制锂枝晶的形成，从而实现电池能量密度的大幅提升，这也就是固态电池成为生长主流的一大主要缘故原由。同样的，出于清静性思量，电解液的事情电压只能维持在4.2V左右，这也限制了正极质料的进一步拓展，而若使用固态电解质，那么更极端、能量密度更高的正极系统便得以应用。

固态电池与现有锂电池最大的区别在于固态电池的隔膜会被作废，电解质由液态变为固态。除了清静性和能量密度这两个最主要的优势外，固体电池在汽车轻量化、循环寿命、充电速率和事情温度规模等方面也有较大提升。清静性和能量密度上，固态电解质彻底解决了液态电解质的自燃危害，之前与液态电解质兼容欠好的、更高性能的正负极质料得以应用后，电池能量密度有望突破500Wh/kg关口，进而使电动汽车续航里程凌驾1000公里。汽车轻量化上，隔膜和电解液合计占有电池近40%的体积和25%的质量，而它们被固态电解质取代后，电池的厚度可以大幅降低，同时清静性提高后，可以省去电池内部的温控组件，进一步提高体积使用率。循环寿命上，由于战胜了锂枝晶征象,理想状态下固态电池循环性能可以抵达45000次左右。别的，固态电池充满电只需十几分钟，且事情温度规模扩大至三倍以上。

半固态电池是过渡蹊径

不过固态电池仍保存离子电导率低导致性能变差、本钱高昂等问题，因此距离规模量产尚有5-10年。固态电池电解液与电极之间是固-固界面，难以形成像固-液界面那样细密充分的接触，因而倒运于锂离子在正负极间的传输，影响了电池性能，而通过在固态电池内部添加部分电解液可以改善界面接触电阻，因此固态电池未来的手艺生长接纳逐步转化战略，即电解液含量逐步下降，最终接纳固态电解质。凭证电解质固液比例的差别，固态电池可分为半固态、准固态和全固态三种，固态电解质比例依次上升。半固态电池基于高清静性、与现有产线的高兼容性以及优异的经济性，成为当下液态电池向全固态电池过渡的最优选择，预计2025年前可以实现规模量产。

现在海内绝大大都厂商的量产妄想都是基于半固态电池，以北京卫蓝、赣锋锂业、清陶能源为代表的企固态电池均有望在2023年实现装车。搭载北京卫蓝半固态电池的蔚来ET7预计于2023年上半年交付；搭载赣锋锂电半固态电池的春风E70树模运营车已于1月下旬完成交付，并且同样搭载赣锋锂电半固态电池的纯电动SUV赛力斯SERES-5妄想于2023年上市；搭载国轩高科的高合汽车HiPhix将于2023年第一季度最先交付；搭载孚能科技半固态电池的岚图追光轿车，首批新车已量产下线；清陶能源的半固态电池将搭载上汽和哪吒的相关车型，并且与上汽相助车型预计于2023年实现落地。

着实半固态电池关于能量密度提升并没有太大资助，其短期的驱动因素主要照旧清静性的提升，尤其在关于外部撞击、外部加热、内部短路等问题的危害测试中，固态电池的体现远优于液态电池。另外半固态电池在生产制造上与古板的软包电池产线兼容度很高，主要在原有工序的基础上增添原位固态化工艺即可实现快速的切换，以是半固态在短期内具备快速起量的条件，这也是半固态电池能够在今年装配到这么多车型上的主要缘故原由。

增量投资时机

电解液

半固态电池中照旧会用到电解液，电解液主要由溶质锂盐、有机溶剂和添加剂组成，其中溶质锂盐很洪流平上决议了锂电池的事情温度和清静性等性能。现在主流的以LiPF6（六氟磷酸锂）为锂盐的电解液在高温下有可能产气，不可知足快充的要求，而LiFSI（双氟磺酰亚胺）具有高导电率、高化学稳固性和高热稳固性的优势，以LiFSI为锂盐的电解液更能知足固态电池高能量密度以及宽事情温度的生长需求，因此被以为是最有可能替换LiPF6的下一代锂盐。可是由于LiFSI生产工艺重大、良品率低且本钱高昂，现在尚未直接用作溶质锂盐，而是作为溶质添加剂与LiPF6混用，从而改善现有电解液的性能。未来随着手艺前进发动其本钱下降，LiFSI有望逐步替换LiPF6，以特斯拉最新推出的高能量密度电池4680电池为例，LiFSI的添加比例由3%提升至15%，是通俗三元电池的5倍。

LiFSI有多种合成蹊径，其中焦点中心体双氟磺酰亚胺均需接纳氯化亚砜作为氯化剂，因此氯化亚砜是LiFSI生产的焦点原质料，并将受益于LiFSI的需求增添。然而受到国家情形两高一资限制政策的影响，氯化亚砜的产能妄想险些不会泛起大幅增添，若未来氯化亚砜很是紧缺，其产能妄想只会向手艺成熟、生产工艺污染少的几家头部企业倾斜，对应标的包括世龙实业、凯盛新材和金禾实业等。

电解液添加剂

别的，半固态电池与现有液态电池的供应链重合度很高，正负极质料没有爆发实质转变，主要是针对电解液增添了原位固态化工艺，简朴来说就是先通过注液确保电极和电解质间优异的界面接触，后续再通过外部加热等方法让电解液举行凝胶化，从而解决固-固界面接触不良的问题。而原位固态化需要增添特另外针对这一工艺的专用电解液添加剂，其中锂盐类添加剂以LiTFSI（双三氟甲基磺酰亚胺锂）为主，因此LiTFSI生产商直接受益，对应标的为瑞泰新材。

负极

由于半固态电池中仍然含有液态因素，因此照旧不可直接使用金属锂作为负极，这就意味着需要一些特另外处置惩罚去提高整体电池的电性能，常用到的就是负极预锂化处置惩罚。负极预锂化的作用是通过对电极质料举行补锂来抵消形成SEI膜造成的不可逆锂消耗，从而提高电池总容量和能量密度，海内已结构预锂化手艺的公司主要有国轩高科和亿纬锂能等。

固态电解质

除了电解液和负极，关于固态电池行业来说，最要害的点照旧在于固态电解质的开发，现在主流的手艺路径主要有三种，划分是聚合物、氧化物和硫化物，其中聚合物属于有机电解质,后两种属于无机电解质。

聚合物的开发时间最早，优点在于易加工，能与现有电解液的生产装备和工艺较好兼容，并且机械性能好、较量柔软。可是其电导率较低，需要加热到60度高温才华正常事情；同时由于这种质料耐高压和热稳固性相对较差，没步伐适配能量密度更高的正极系统，因而不切合正负极质料的迭代趋势。现在聚合物主要通过与氧化物做成复合质料来提高电池的整体性能。

适才说过，固态电池由于固固接触导致电导率偏低，而硫化物的电导率是三个手艺蹊径中最靠近液态电解质的，并且其整体质料相对较软，因而与负极的接触较好，可是现在在工艺上还保存较浩劫点。首先自己的生产涉及较量重大的烧结方法，导致其良品率普遍偏低；其次由于硫化物容易与空气中的水、氧气反应爆发硫化氢剧毒气体，因此在生产上也要举行严酷把控，好比生产时要求有惰性气体的气氛，可是这样会增添不小的本钱，并且要合成硫化物电解质需要用到硫化锂前驱体，而硫化锂前驱体本钱也很是贵。因此两方面缘故原由导致硫化物电解质的生产本钱远高于其他两种，虽然从手艺上看硫化物是最有希望量产的固态电解质，但思量到本钱问题，离真正的商业化尚有很长的路要走。

氧化物的离子电导率比聚合物高，热稳固性高达1000度，机械稳固性和电化学稳固性均较好，同时生产本钱比硫化物低许多，对制备情形的要求并不苛刻，易于大规模生产，因此氧化物短期内更具备应用远景，我国大都企业也以氧化物蹊径为主，包括北京卫蓝、清陶能源、宁波锋锂、台湾辉能、上海洗霸和金龙羽等，而少数企业如宁德时代、浙江锋锂以硫化物蹊径为主。其中，上海洗霸在春节事后宣布了一个试产乐成的通告，主要以氧化物电解质为主，亮点是产品的纯度很是高，抵达量产级别，并且电导率和孔隙率都抵达了预设值，具备快速起量的条件；赣锋锂业开发固态电解质已有许多年，其固态电解质的产品品类也是最全的，并且不但开发固态电解质，还拓展到电池的应用和开发，在2023年上半年有望给蔚来装车；金龙羽相较于前面两个来说开发进度相对滞后，从近期的通告中可以看到，固态电解质现在正处于中试试验阶段。别的，氧化物电解质的量产也会使其上游原质料生产商间接受益，氧化物中最常见的是锂镧锆氧，而锂镧锆氧的焦点原质料是氧化锆，因此氧化锆生产商也会间接受益，对应标的包括东方锆业和三祥新材等。

全球结构上，固态电池的研发主要集中在中日韩美欧五个国家和地区。中国以氧化物蹊径为主；日本和韩国均举天下之力开发硫化物系统，现在日本丰田是全球规模内拥有硫化物全固态电池专利数目最多的公司，而韩国代表企业主要有LG化学、三星和浦项等；美国则是以创业公司为主,同时推进多条蹊径，其中主流的几家创业公司中，Ionic Materials以聚合物固态系统为主，Solid Power以硫化物系统为主，Quantum Scape以氧化物为主；欧洲是最早推进聚合物固态电池工业化的地区，可是基于上述聚合物的劣势，最终聚合物并没有形成趋势，现在欧洲转为以投资为主，公共、宝马和疾驰等著名整车厂均投资了美国固态电池相关企业。

封装方法

从全球结构上看，整体以氧化物和硫化物蹊径为主。从三条手艺蹊径的优弱点上看，氧化物生产本钱低，短期具备快速起量的条件；硫化物的综合性能最优异,恒久远景最好。因此综合来看，氧化物和硫化物的生长潜力最大，而氧化物和硫化物电解质均属于无机物，无机物固态电池更适用软包封装。

锂电池的封装形式主要有三种,即圆柱、方形和软包。与古板液态电池相比，固态电池去掉了PE/PP隔膜等柔性膜，极组整体硬脆且缺乏弹性。若接纳圆柱或方形这类金属硬质外壳的封装方法，在入壳工序制程中，或是充放电时极组体积涨缩，又或是使用情形中爆发振动和撞击时，硬壳与固态极组之间容易挤压、碰撞而导致极组碎裂，而接纳软包的封装方法则可以阻止上述问题。铝塑膜是软包锂电池电芯封装的要害质料，同时铝塑膜软包作为能量密度最高的封装方法，跟固态锂电芯高能量密度的特点完善契合。

从另一个角度看，全固态形式也可以解决软包电池的两大清静隐患，软包电池一直保存胀气和极耳焊接处极易漏液两大痛点，而这两个问题无法通过新的手艺好比PET铜箔或者芳纶隔膜来解决，只有向全固态迭代，把电解液摒弃掉才华够解决这一痛点问题。着实近两年软包电池市场份额大幅下滑的主要缘故原由就是，像龙头LG也没有步伐很好地把控息争决软包电池的清静隐患，但若过渡到全固态电池后，这两个问题就能彻底解决�？梢运等戆绯赜牍烫绯厥窍嗷ビ癯傻�，现在企业关于封装方法的主流选择也是软包，因此铝塑膜生产商有望受益于固态电池需求上升，对应标的包括名冠新材、新纶科技和海顺新材等。

粘结剂

在工艺系统方面，半固态电池关于整个产线的调解相对较小，而全固态电池的转变会相对较大，其中最大的一个迭代偏向就是干电极手艺。与古板的锂电池制造使用的湿法工艺差别，干电极手艺不使用溶剂，直接将少量PTFE粘结剂、导电剂与正负极粉末粘合，通过挤压机形成薄的电极质料带，再将电极质料带层压到金属箔集流体上形成制品电极。

这一手艺更适配下一代质料系统的迭代趋势，关于负极而言，由于无需添加溶剂，不必担心金属锂与之爆发反应，因此预补锂手艺可以顺遂实验；关于正极而言，更容易使用超高镍等能量密度更高的正极质料。同时由于干电极手艺接纳的固体粘结剂PTFE具备弹性，因此可有用解决硅基负极膨胀导致与极片脱离的问题，循环寿命将数倍提升。本钱上，相比于湿法工艺，干法工艺彻底跳过加入溶液的办法，从而省去了繁杂的涂覆和极片环节，镌汰了制造本钱，并且在干燥装备投入和厂房占地面积上也具有本钱优势。

在三星宣布的全固态生产方法内里已经用到了干电极手艺，并且近期特斯拉在这一手艺上也有所突破，美国专利商标局授予了特斯拉电池干电极领域四项专利，4680电池也接纳了这一手艺，其本钱优势有望为后续4680电池的量产涤讪基础。由于PTFE粘结剂关于干电池手艺至关主要，因此PTFE粘结剂生产商有望受益，对应标的为东岳集团。

总结

总结一下，固态电池是锂电池未来的生长偏向，一方面固态电解质彻底解决了液态电解质的自燃危害，另一方面负极质料换成锂金属可以使能量密度实现质的奔腾。可是全固态电池仍保存离子电导率低导致性能变差、本钱高昂等问题，距离规模量产尚有5-10年。而半固态电池的制造工艺流程和装备与现有锂电池的通用度较高，具备快速起量的条件。因此，固态电池想象空间很大，可是相关企业的业绩短期内无法体现，真正的投资时机在半固态电池中，需要挖掘其中有增量预期的细分领域。

固态电池厂商中，我国四大头部公司卫蓝新能源、清陶能源、赣锋锂业和台湾辉能中，只有赣锋锂业是上市公司，然而固态电池对其整体业绩的孝顺很小，其他大市值公司如宁德时代也是同样的原理。其余在半固态电池发力的古板锂电池厂商可以关注国轩高科和孚能科技。另外，也可关注现在正在开发全固态电池的企业如德尔股份和高乐股份。

细分环节中，由于固态电解质是固态电池的焦点，首先应关注这一增量需求。三种手艺蹊径中，氧化物短期内最具应用远景，因此氧化物电解质生产商的业绩兑现预期较强，可以关注上海洗霸和金龙羽等。同时氧化物电解质的上游原质料生产商也会间接受益，可以关注氧化锆生产商东方锆业和三祥新材等。

固态电解质还衍生出另外一个投资偏向，由于氧化物和硫化物是未来的主流蹊径，但这两种电解质属于柔韧性较弱的无机物电解质。在三种封装方法中，软包相较于其他两种能够阻止固态电池内部变形、弯曲或断裂，反过来，全固态形式也可以解决软包电池的两大清静隐患，因此固态电池与软包封装相辅相成，软包封装的要害原质料铝塑膜有望受益于固态电池需求上升，可以关注铝塑膜生产商名冠新材、新纶科技和海顺新材等。

半固态电池中仍有电解液，可是现有的LiPF6已不可知足固态电池的生长需求，基于优越的性能，LiFSI被视为LiPF6的优异替换品。作为LiFSI的要害原质料，氯化亚砜需求将受益于LiFSI对LiPF6的逐步替换，而氯化亚砜产能受国家政策限制无法大幅增添，因此拥有更多妄想产能的龙头越发受益，可以关注氯化亚砜生产商凯盛新材、金禾实业和世龙实业。别的，半固态电池增添的原位固态化工艺需要用到特另外电解液添加剂，其中锂盐类添加剂以LiTFSI为主，因此LiTFSI生产商有望受益，而瑞泰新材是现在A股中唯一能量产LiTFSI的公司，可做重点关注。

另一方面，同样由于半固态电池中仍有电解液，金属锂无法直接作为负极，因此需要通过特另外处置惩罚提高电池的整体性能，其中负极预锂化处置惩罚是常用到的工艺，这方面拥有专利的公司包括国轩高科和亿纬锂能。

最后，干电极手艺是全固态电池产线最大的迭代偏向之一，PTFE粘结剂关于这一手艺至关主要，因此PTFE粘结剂生产商有望受益。可是由于这一手艺门槛高且工艺重大，现在尚有许多灾点需要攻克，距离手艺成熟期尚有很长时间，因此短期内关于相关公司的业绩孝顺十分有限。

总体来说，基于半固态电池有快速起量条件，短期内固态电解质、电解液、负极、封装方法方面均有增量需求，进而带来相关投资时机；由于全固态电池离量产尚有很长时间，因此粘结剂方面受益相对有限。

转自：数能储闻

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