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基础化工行业深度报告:固态锂电池方兴未艾,高性能材料有望迎新发展机遇

基础化工行业深度报告:固态锂电池方兴未艾,高性能材料有望迎新发展机遇

研报

基础化工行业深度报告:固态锂电池方兴未艾,高性能材料有望迎新发展机遇

  发展高比能量、长续航电池的必行之路,固态锂电池方兴未艾   液态锂离子电池中含有挥发性和可燃性高的有机溶剂基液态电解质,使得高能锂电池的使用面临着易燃易爆等潜在风险。同时据锂电产业通公众号,当前液态锂离子电池体系能量密度难以突破350Wh/kg的极限。全固态锂电池使用具备优异阻燃性能的固态电解质取代了电池体系中的电解液和隔膜。两者相比,固态锂电池的优势在于:比能量可达500Wh/kg以上、轻量化、热失控起始温度较高;主要劣势在于生产成本较高。据亿欧智库数据及我们测算,2024年8月,固态锂电池的生产成本在1.9-6.2元/Wh,高于磷酸铁锂/石墨体系约0.34元/Wh的生产成本。未来待固态锂电池技术不断发展,产业链不断成熟,固态电池有望凭借能量密度高、安全性能好等优势与液态锂电池互补发展。固态电池将优先在成本敏感性低的领域应用,包括机器人、可穿戴设备、航天设备、无人机等;之后再在对成本敏感度高且对能量密度要求高的领域应用,包括eVTOL、电动车等。   未来待固态电池技术持续突破,有望带动相关材料需求持续增长。   1、固态电解质:全固态电池取消原有液态电解质,选用氧化物、硫化物、聚合物等作为固态电解质,以薄膜的形式分割正负极,从而替代隔膜的作用,其中氧化物目前产业化进展较快,硫化物未来潜力最大,聚合物性能上限较低。【硫化物固态电解质】推荐标的:云图控股;受益标的:有研新材、恩捷股份、天齐锂业、厦钨新能、容百科技、天赐材料、光华科技、丰元股份、粤桂股份、司尔特、国城矿业等。【氧化物固态电解质】受益标的:国瓷材料、三祥新材、容百科技、璞泰来、上海洗霸等。【聚合物固态电解质】推荐标的:巨化股份、昊华科技;受益标的:奥克股份、东岳集团、联创科技、永和股份、东阳光等。   2、碳基填料:MOF、COF可获得刚性多孔结构,同时还可以提高界面兼容性和增强离子电导率;碳纳米管、导电炭黑、石墨烯等碳基材料可以显著提高电池的循环稳定性,并降低过电位。推荐标的:【导电炭黑】黑猫股份;受益标的:【碳纳米管】天奈科技、道氏技术;【MOF】岳阳兴长;【COF】宝丽迪等。   3、正极:固态电池正极材料以高镍三元体系为主,富锂锰基材料具有较高的能量密度以及较低的单位成本,被认为是最具前景的锂离子电池正极材料之一。【正极材料】受益标的:红星发展、湘潭电化、道氏技术、丰元股份、芳源股份等。   4、负极:硅基负极的优势在于具有高比容量,但缺点在于体积易膨胀。传统锂电负极企业产业化推进较快,多数企业采用硅碳负极路线。【硅基负极】推荐标的:硅宝科技;受益标的:道氏技术、新安股份、石大胜华、鹿山新材等;【多孔碳】圣泉集团、元力股份、道氏技术、金博股份等。   5、其他:可关注铝塑膜、粘结剂相关企业。【铝塑膜】受益标的:道明光学、佛塑科技、璞泰来、明冠新材等;【隔膜】推荐标的:长阳科技;【粘结剂】受益标的:回天新材等。   风险提示:技术推进不及预期、原材料价格大幅下跌、终端需求跟进不及预期。
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  • 化学制品
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    开源证券股份有限公司

  • 发布日期:

    2025-01-08

  • 页数:

    35页

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  发展高比能量、长续航电池的必行之路,固态锂电池方兴未艾

  液态锂离子电池中含有挥发性和可燃性高的有机溶剂基液态电解质,使得高能锂电池的使用面临着易燃易爆等潜在风险。同时据锂电产业通公众号,当前液态锂离子电池体系能量密度难以突破350Wh/kg的极限。全固态锂电池使用具备优异阻燃性能的固态电解质取代了电池体系中的电解液和隔膜。两者相比,固态锂电池的优势在于:比能量可达500Wh/kg以上、轻量化、热失控起始温度较高;主要劣势在于生产成本较高。据亿欧智库数据及我们测算,2024年8月,固态锂电池的生产成本在1.9-6.2元/Wh,高于磷酸铁锂/石墨体系约0.34元/Wh的生产成本。未来待固态锂电池技术不断发展,产业链不断成熟,固态电池有望凭借能量密度高、安全性能好等优势与液态锂电池互补发展。固态电池将优先在成本敏感性低的领域应用,包括机器人、可穿戴设备、航天设备、无人机等;之后再在对成本敏感度高且对能量密度要求高的领域应用,包括eVTOL、电动车等。

  未来待固态电池技术持续突破,有望带动相关材料需求持续增长。

  1、固态电解质:全固态电池取消原有液态电解质,选用氧化物、硫化物、聚合物等作为固态电解质,以薄膜的形式分割正负极,从而替代隔膜的作用,其中氧化物目前产业化进展较快,硫化物未来潜力最大,聚合物性能上限较低。【硫化物固态电解质】推荐标的:云图控股;受益标的:有研新材、恩捷股份、天齐锂业、厦钨新能、容百科技、天赐材料、光华科技、丰元股份、粤桂股份、司尔特、国城矿业等。【氧化物固态电解质】受益标的:国瓷材料、三祥新材、容百科技、璞泰来、上海洗霸等。【聚合物固态电解质】推荐标的:巨化股份、昊华科技;受益标的:奥克股份、东岳集团、联创科技、永和股份、东阳光等。

  2、碳基填料:MOF、COF可获得刚性多孔结构,同时还可以提高界面兼容性和增强离子电导率;碳纳米管、导电炭黑、石墨烯等碳基材料可以显著提高电池的循环稳定性,并降低过电位。推荐标的:【导电炭黑】黑猫股份;受益标的:【碳纳米管】天奈科技、道氏技术;【MOF】岳阳兴长;【COF】宝丽迪等。

  3、正极:固态电池正极材料以高镍三元体系为主,富锂锰基材料具有较高的能量密度以及较低的单位成本,被认为是最具前景的锂离子电池正极材料之一。【正极材料】受益标的:红星发展、湘潭电化、道氏技术、丰元股份、芳源股份等。

  4、负极:硅基负极的优势在于具有高比容量,但缺点在于体积易膨胀。传统锂电负极企业产业化推进较快,多数企业采用硅碳负极路线。【硅基负极】推荐标的:硅宝科技;受益标的:道氏技术、新安股份、石大胜华、鹿山新材等;【多孔碳】圣泉集团、元力股份、道氏技术、金博股份等。

  5、其他:可关注铝塑膜、粘结剂相关企业。【铝塑膜】受益标的:道明光学、佛塑科技、璞泰来、明冠新材等;【隔膜】推荐标的:长阳科技;【粘结剂】受益标的:回天新材等。

  风险提示:技术推进不及预期、原材料价格大幅下跌、终端需求跟进不及预期。

中心思想

本报告的核心观点是:固态锂电池技术正在快速发展,有望凭借其高能量密度、轻量化和高安全性的优势,逐步替代传统液态锂电池,并在特定领域率先实现应用。 这一趋势将驱动相关材料需求的持续增长,为相关企业带来新的发展机遇。报告重点分析了固态电解质(硫化物、氧化物、聚合物)、正极材料、负极材料(硅基负极、多孔碳)以及其他相关材料(铝塑膜、隔膜、粘结剂)的市场现状、技术发展趋势及投资机会,并对部分相关上市公司进行了分析和评级。

固态锂电池技术突破与市场前景

固态锂电池技术有望解决液态锂电池易燃易爆、能量密度受限等问题,成为未来电池技术发展的重要方向。虽然目前固态锂电池生产成本较高,充电速度较慢,循环性能和热管理方面也存在挑战,但随着技术的不断进步和产业链的成熟,其优势将逐渐显现,并在成本敏感性低的领域(如机器人、可穿戴设备、航天设备、无人机等)率先应用,之后逐步拓展至对成本敏感度高且对能量密度要求高的领域(如eVTOL、电动汽车等)。

全固态电池成为最终解决方案

报告指出,半固态电池虽然在一定程度上改善了液态锂电池的缺点,但并未从根本上解决安全问题。全固态电池才是最终的解决方案,其能量密度可达500Wh/kg以上,并具有更高的安全性。目前,氧化物和硫化物路径正成为固态电池主要研发突破方向,聚合物电解质由于性能上限限制,其发展相对滞后。

主要内容

固态锂电池技术及市场分析

本节详细阐述了固态锂电池的优势(高能量密度、轻量化、安全性好)和劣势(充电速度慢、循环性能差、发热量大、生产成本高),并分析了提高固态电池性能的关键——优化固态电解液性能。报告还对半固态电池和全固态电池进行了比较,指出全固态电池是最终解决方案,并预测了固态电池在不同领域的应用前景及时间表。 此外,报告还分析了中国政府对固态电池产业发展的政策支持,以及国内外主要电池企业在固态电池领域的布局和进展。

固态电解质技术路线及市场竞争

本小节深入探讨了三种主流固态电解质(硫化物、氧化物、聚合物)的特性、优缺点及发展前景。硫化物电解质具有最高的离子电导率,但成本较高且稳定性较差;氧化物电解质稳定性好,但离子电导率相对较低;聚合物电解质柔韧性好,但离子电导率最低。报告分析了各类型电解质的降本路径,并对相关企业进行了投资建议,包括推荐标的和受益标的。 此外,还介绍了复合固态电解质的概念,以及其他一些新兴的固态电解质技术路线。

硫化物固态电解质:高离子电导率与降本挑战

本小节重点关注硫化物固态电解质,分析了其高离子电导率的优势,以及硫化锂生产成本高昂的挑战。报告探讨了硫化锂的不同生产工艺(干法、有机锂盐法、无机锂盐法),并分析了降低硫化锂生产成本的路径,包括采用更廉价的原料和改进生产工艺。 同时,报告也分析了国内外主要企业在硫化锂产能布局方面的进展,并对相关企业进行了投资建议。

氧化物固态电解质:适中的离子电导率与商业化进展

本小节分析了氧化物固态电解质的特性,包括适中的离子电导率、良好的化学和热稳定性等。报告介绍了氧化物固态电解质的常见合成方法,并分析了国内外主要企业在氧化物固态电池和电解质方面的产能布局和商业化进展,并对相关企业进行了投资建议。

聚合物固态电解质:性能提升与应用前景

本小节分析了聚合物固态电解质的特性,包括良好的柔韧性和加工性能,以及离子电导率低的缺点。报告探讨了提高聚合物电解质性能的方法,例如添加锂盐或与无机电解质复合,并对相关企业进行了投资建议。

正极材料:高镍三元体系与富锂锰基材料

本节分析了固态电池正极材料的发展趋势,指出高镍三元体系和富锂锰基材料是未来发展方向。报告比较了不同正极材料的性能和成本,并对相关企业进行了投资建议,重点关注产品验证速度快和拥有上游锰基原料的企业。

负极材料:硅基负极与多孔碳

本节分析了固态电池负极材料,重点关注硅基负极材料。报告阐述了硅基负极的高比容量优势和体积膨胀的缺点,并介绍了不同硅基负极的制备方法(研磨法、硅氧路线、CVD气相沉积),以及多孔碳在硅基负极中的作用。报告对相关企业进行了投资建议,重点关注传统锂电负极企业和多孔碳生产企业。

其他相关材料:铝塑膜、隔膜、粘结剂

本节分析了铝塑膜、隔膜和粘结剂在固态电池中的应用,并对相关企业进行了投资建议。 铝塑膜因其柔韧性强,适合软包固态电池;半固态电池仍需隔膜;非极性粘结剂对提高固态电解质性能至关重要。

投资建议

本节总结了报告中对固态电池相关材料的投资建议,包括推荐标的和受益标的,并对这些公司的投资价值进行了简要分析。

风险提示

本节列出了投资固态电池相关材料可能面临的风险,包括技术推进不及预期、原材料价格大幅下跌和终端需求跟进不及预期等。

总结

本报告对固态锂电池及其相关材料市场进行了深入分析,指出全固态电池是未来发展趋势,并对固态电解质、正极材料、负极材料及其他相关材料的市场现状、技术发展趋势和投资机会进行了详细阐述。报告认为,固态电池技术突破和产业化进程的加快将驱动相关材料需求的持续增长,为相关企业带来新的发展机遇。 报告最后提供了具体的投资建议和风险提示,为投资者提供参考。 然而,投资者应充分了解固态电池技术仍处于发展阶段,存在诸多不确定性,并根据自身风险承受能力做出投资决策。

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