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固态电池概念股(硫化物固态电池概念股)

2023-08-07 03:13分类:资金仓位 阅读:

金龙羽(002882)03月16日在投资者关系平台上答复了投资者关心的问题。

投资者:你好,董秘。请问贵公司固态电池未来会应用在那些方向,现在固态电池研发进展如何?

第一章、固态电池是新一代高性能锂电池候选者

1.1 百尺竿头更进一步,固态电池前景广阔

固态电池分为半固态、准固态、全固态三种类型。半固态(Half solid)液体电解质质量百 分比<10%,准固态(Nearly solid)液体电解质质量百分比<5%,全固态(All Solid)不含 有任何液体电解质。目前国内产业化进程较快的基本为半固态电池,全固态电池的产业化尚 需时日。 固态电池的两大优势:高能量密度+高安全性。1、高能量密度:全固态电池电化学窗口可 达 5V 以上,高于液态锂电池(4.2V),可以匹配高能正极和金属锂负极,大幅提升理论能 量密度。此外,固态电池可简化封装、冷却系统,在有限空间进一步缩减电池重量,体积能 量密度较液态锂电池石墨负极提升 70%以上。当前液态锂电池能量密度已经逐渐逼近上限 (350Wh/kg),而固态电池能量密度有望达到 500Wh/kg 甚至更高。2、高安全性:固态电 池将液态电解质替换为固态电解质,大大降低了电池热失控的风险。热稳定性通常指聚合物 抵抗热分解的能力,不同成分的固态电解质耐热极限差异较大(400 度-1800 度不等),但 均显著高于液态电池不超过 60 度的最高工作温度。半固态、准固态电池仍存在一定的可燃 风险,但安全性优于液态锂电池。很多无机固体电解质材料不可燃(如氧化物固态电解质热稳定性高达 1000 度)、无腐蚀、不挥发且不存在漏液问题。

1.2 固态电池三种路线,各有优劣

聚合物、氧化物、硫化物是固态电池主流的路线,三种路线各有优劣。对于固态电池来说, 其电池正极的材料与路线和液态锂电池并没有很大的区别,不同的技术路线主要由不同的电 解质进行区分。按照电解质不同,固态电池路径可分为三类:聚合物、氧化物(薄膜或非薄 膜)、硫化物,三大体系各有优劣。 1、聚合物:聚合物的优点是易加工,与现有的液态电解液的生产设备、工艺都比较兼容, 机械性能好。其缺点 1)电导率太低,需要加热到 60 度高温才能正常工作;2)稳定性较差, 不能适配高电压的正极材料,且在高温下也会发生起火燃烧的现象;3)电化学窗口窄,电 位差太大时(>4V)电解质易被电解。 2、硫化物:电导率最高,并且电化学稳定窗口较宽(5V 以上),最具有发展潜力。其缺点 主要为 1)热动力稳定性较差,热反应起始温度范围为 400−500°C;2)制备工艺比较复杂, 且容易与空气中的水、氧气反应产生硫化氢剧毒气体。 3、氧化物:具有较好的导电性和稳定性,离子电导率比聚合物更高,热稳定性高达 1000 度,机械稳定性和电化学稳定性非常好。其缺点为 1)相对于硫化物电导率偏低;2)存在 刚性界面接触问题。

1.3 技术和成本,固态电池的难题

目前固态电池的成本高于传统锂离子电池,且产品良率较低。根据 Schnell, Joscha 等人 2020 年在《Energy Technology》上发表文章的测算,在使用金属锂负极之前,以硫化物作 为电解质、以石墨作为负极的固态电池成本为 158.8$KWh-1,使用石墨负极的传统锂电池总 成本为 118.7$KWh-1。另外,目前半固态电池的产品良率较低,实际上总成本相对较高。

第二章、固态电池给现有电池产业链带来的变化

2.1 生产工艺情况

全固态锂电池与传统锂离子电池生产工艺有一定区别。目前主流的电池制备工艺有叠片工 艺和卷绕工艺,全固态锂电池对现有电池制备工艺可以部分兼容,但在部分环节也需要进行 一定的调整。1)正、负极材料的制备可以兼容液态锂电池的现有工艺流程,电极极片制备保持现有工艺不变;2)电解质溶液采用溶胶-凝胶混合物,需要烘烤蒸发溶剂,得到固体电 解质薄膜,需要增加电解质涂覆、紫外照射烘烤工艺;3)由于没有电解液,不需要注液工 序;4、)如果采用硫化物固态电解质路线,由于硫化物电解质易与水分、氧气发生反应,对 生产环境要求较高,最好能在充满惰性气体的全封闭室内进行生产。

2.2 材料体系变化

1、正极材料体系:目前市场主流的磷酸铁锂、NCM811、NCA 等正极体系理论上均可用于 全固态锂电池。后期可能开发高镍层状氧化物、富锂锰基正极等。 2、负极材料体系:由于固体电解质具备致密性和高稳定性,以及足够高的机械强度,能够 有效阻挡锂枝晶的穿透,能量密度更高的金属锂负极有望应用。 3、电解质体系:全固态电池中,液态电解质将被完全取代。固态电解质是全固态锂电池的 核心部件,其进展直接影响全固态锂电池产业化的进程,目前固态电解质的研究重要集中在 聚合物、氧化物和硫化物三类。

1)聚合物固态电解质,由聚合物基体(如聚酯、聚醚和聚胺等)和锂盐(如 LiClO4、LiAsF6、 LiPF6 等)构成,自从 1973 年 WRIGHTPV 在碱金属盐复合物中发现离子导电性后,聚合 物材料由于其质量较轻、弹性较好、机械加工性能优良的固态电化学特性而受到广泛关注。 它也是最早实现实际应用的固体电解质,早在 2011 年法国公司博洛雷就开始向巴黎投送 Autolib 电动汽车,该车就是采用基于聚合物固态电解质的全固态锂电池系统。 2)氧化物固态电解质,按照物质结构可以分为晶态和非晶态两类,其中晶态电解质包括钙 钛矿型、反钙钛矿型、石榴石型、NASICON 型、LISICON 型等,非晶态氧化物的研究热点 是用在薄膜电池中的 LiPON 型电解质和部分晶化的非晶态材料。 锂镧锆氧有望成为主要的氧化物固态电解质。氧化物固态电解质是目前的主流技术应用最为 广泛的有以下三种:1)钙钛矿型:代表材料为 LLTO(锂镧钛氧,Li0.33La0.56TiO3);2)石 榴石型:代表材料为 LLZO (锂镧锆氧, Li7La3Zr2O12);3)NASICON 型:代表材料为 LATP (磷酸钛铝锂,Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3)。氧化物固态电解质材料中 LLZO 离子电导率最高,能 够达到 10-3。因此我们认为,在固态电池产业化的过程中, LLZO 有望成为主要的固态电 解质的选择。

3)硫化物固体电解质,由氧化物固体电解质衍生而来,电解质的氧化物机体中氧元素被硫 元素所取代。硫化物晶态固体电解质最为典型的是 Thio-LISICON,由东京工业大学 KANNO 教授最先在 Li2S-GeS2-P2S 体系中发现,室温离子电导率最高达 2.2x10-3S/cm,且电子电 导率可忽略。电解液的离子电导率约为 10-2 S/cm,硫化物电解质的电导率有所接近。硫化 物玻璃固体电解质通常由 P2S5、SiS2、B2S3等网络形成体以及网络改性体 Li2S 组成,体系 主要包括 Li2S-P2S5、Li2S-SiS2、Li2S-B2S3。组成变化范围宽,室温离子电导率高,同时具 有热稳定高、安全性能好、电化学稳定窗口宽的特点,在高功率以及高低温固态电池方面优 势突出,是具备潜力的固态电池电解质材料。 4、隔膜:隔膜的功能是隔绝锂电池正负极材料,防止电池短路。固体电解质具备电子绝缘 性和离子导电性,可以逐步替代现有体系下的隔膜。

第三章、固态电池的产业化之路

3.1 产业发展,政策先行

3.2 固态电池科研成果突飞猛进

2014 年后国内固态电池相关专利申请数量大幅上升。从国家知识产权局“高级检索”栏目 以“固态电池”为关键词进行查找,共出现 1358 项专利。近十年,国内关于固态电池的专 利申请保持上升势头,年均复合增长率高达 40.74%,从 2013 年的 10 项专利申请到 2021 年的 305 项专利申请,2014 年之后国内固态电池相关专利申请量占总申请量的 96.8%。

国内固态电池专利申请在数量上与国外有所差距。1)国内情况:根据前文从国家知识产权 局的查询,国内固态电池相关专利申请前十名的申请人有四家是中国本土企业,韩国五家, 日本一家,其中韩国的现代自动车株式会社以 59 项专利成为国内固态电池相关专利申请第一。2)全球情况:根据日本经济新闻与专利调查公司 Patent Result 合作进行的一项调查, 从 2000 年至 2022 年 3 月为止全球已公开的固态电池专利件数中,第一名是握有 1331 件 专利的丰田汽车,第二名的 Panasonic HD 则有 445 件,第三名出光兴产则有 272 件。日 本企业独占前三名,十强中有六家是日本企业,其余则皆韩国企业。

3.3 产能扩张迅猛,产业化加速

1、东风:2018 年起,东风公司成立固态电池项目组,开展固态电池、固态电池系统技术研 究。2019 年 7 月,第一代固态电池系统开发完成。2020 年 6 月,成功开发第一代固态电池 系统的整车。2022 年 1 月,由东风公司与赣锋锂业合作开发高比能固态电池成功在东风 E70 搭载。截至 2022 年 12 月,东风公司已完成小批量固态电池整车开发、试制及运营,50 台 搭载固态电池的东风风神 E70 已开展示范运营,运营里程超 50 万公里。2022 年 12 月 30 日到 2023 年 1 月 8 日举行的广州车展上,东风汽车表示,目前正在研发第二代固态电池, 预计将在 2024 年上半年实现量产搭载,届时整车续航里程可达 1000 公里以上。

2、蔚来:2023 年 2 月,蔚来联合创始人、总裁秦力洪表示,蔚来 150kWh 电池包预计 2023 年暑期上线。蔚来 150kWh 固态电池于 2021 年初发布,从固液电解质、负极、正极材料到 制造工艺,进行全面创新,突破了原位固化,高性能硅碳负极和纳米级包覆、超高镍正极等 多项核心技术,实现 360Wh/kg 的超高能量密度。全新的蔚来 ES8 续航可达到 850km,ES6 续航可达到 900km,而 ET7 续航里程突破 1000km。

3、赛力斯:赛力斯董事长张正萍在布鲁塞尔车展上表示,赛力斯旗下 SERES 5 纯电版车 型将分别搭载 90kWh 半固态电池和 80kWh 磷酸铁锂电池,最大续航里程 530km,并于 2023 年 3 月开启交付,进军欧洲市场。2 月 7 日,赣锋锂业控股子公司赣锋锂电在其官方微信公 众号上宣布,搭载赣锋锂电三元固液混合锂离子电池的纯电动 SUV 赛力斯-SERES-5 规划 于 2023 年上市。

第四章、产业链重点公司

4.1 卫蓝新能源

公司具有较为明确的固态电池产能规划。1)溧阳:2020 年 7 月,溧阳 1 亿瓦时固态电池 产线投产。2)湖州:2022 年 11 月 22 日,卫蓝湖州基地第一颗半固态动力电芯正式下线, 同日,总投资 139 亿元的年产 20GWh 固态电池项目在湖州顺利签约。3)淄博:2022 年 2 月,公司在山东淄博 100GWh 固态锂电池项目正式开工,总投资 400 亿元,其中一期投资 102 亿元,年产混合固液电解质电池和全固态电池 20GWh。 公司与蔚来汽车深度合作。2021 年 7 月至 2022 年 3 月,蔚来高级副总裁曾澍湘出任卫蓝 新能源董事。2022 年 3 月 27 日,在中国电动汽车百人会论坛上,卫蓝新能源首席科学家、创始人李泓透露,卫蓝新能源正在与蔚来汽车合作。蔚来联合创始人、总裁秦力洪表示,蔚 来 150kWh 电池包预计 2023 年暑期上线。

4.2 赣锋锂业(有色)

公司重视固态电池相关技术研发,与中科院宁波所深度合作,聘请许晓雄博士为公司董事、 首席科学家。2016 年,公司成立固态电池研发中心,并建设全自动聚合物锂电池生产线, 兼顾固态技术的研发和商业化。2017 年,许晓雄博士担任公司首席科学家(许晓雄博士是 科技部“十二五”新能源领域“全固态锂离子储能电池”项目负责人)。 公司重视固态电池产品的持续研发与性能提升。赣锋锂业第一代混合固液电解质电池产品采 用 NCM 三元正极材料体系,能量密度达 235-280Wh/kg。第二代固态锂电池采用高镍三元 正极、固态隔膜和含金属锂负极材料,能量密度已经超过 350Wh/kg,循环寿命接近 400 次。 另外,能量密度超过 420Wh/kg 的金属锂负极的固态电芯已在特殊领域开始应用。

公司固态电池相关产能加速扩张。随着公司在第一代、第二代固态电池技术方面趋于成熟, 2022 年开始,公司加大了在固态电池领域的投资。目前,公司已建成以及拟建设固态电池 产能如下:1)江西新余生产基地 2GWh 固态电池产能;2)重庆两江新区的重庆赣锋锂电 科技有限公司年产 20GWh 新型锂电池研发及生产基地项目,产品包括第二代固态锂电池; 3)2023 年 1 月,赣锋锂电与重庆市涪陵区人民政府、三峡水利、东方鑫源共同签署投资协 议,由赣锋锂电控股,在重庆市涪陵高新区投资建设年产 24GWh 动力电池项目,产品规划 包括固态电池;4)2023 年 1 月,公司在东莞市投资建设年产 10GWh 新型锂电池及储能总 部项目,产品包括半固态电芯。 公司与下游车企深度合作,推动固态电池产业化。公司与多家车企达成战略合作协议,共同 开发固态电池,推动固态电池装车运行。2019 年 4 月,公司与德国大众签订了战略合作备 忘录,在电池回收和固态电池等未来议题上进行合作。2022 年 1 月,首批搭载赣锋固态电 池的东风 E70 电动车正式完成交付。2022 年 8 月,公司与广汽埃安签署战略合作协议,广 汽埃安支持赣锋锂电在新型电池领域(如固态电池)开发工作,优先引入赣锋锂电新型电池方案。2023 年 2 月,赣锋锂电宣布公司与赛力斯集团将围绕固态电池装车应用展开深度合 作,搭载赣锋锂电三元固液混合锂离子电池的纯电动 SUV 赛力斯-SERES-5 计划于 2023 年上市。

4.3 清陶能源

公司具有多元产品结构。公司的产品不仅包括固态锂电池,还包括许多相关的材料和设备。 1)固态锂电池:主要包括各种规格的电芯产品,两款电动汽车动力电池电芯 Long VDA 电 芯和 Short VDA 电芯循环寿命均突破 2000 次;动力电池产品,涵盖 590、390、355 等多 个模组;不同用途的数码电池产品(如消费电子类和通信电子类);特种储能产品。2)新材 料:主要包括固态电解质材料(分为氧化物固态电解质粉体和复合固态电解质膜);复合隔 膜材料,包括纳米陶瓷纤维膜、离子导体膜、陶瓷颗粒膜等多种产品;凹土新材料。3)自 动化设备:主要包括锂电池自动化设备(主要为各种涂布机);非标定制化设备。 目前,清陶能源已经研发生产出三代电池。第一代半固态电池在已经量产的基础上持续优化,360Wh/kg 车规级半固态电池产品循环寿命超过 1200 次,300Wh/kg 车规级 4C 快充固态电 池项目完成客户验收,240Wh/kg 半固态电池产品循环寿命超过 5000 次。第二代固态电池 产品能量密度可达 400-500Wh/kg,已进入中试准备阶段。第三段全固态电池产品能量密度 >500Wh/kg,正在全力推进突破工艺设备创新,完成可量产性及可靠性论证。

公司深入各个领域进行市场开拓。2020 年 7 月,搭载清陶固态电池系统的纯电动样车在北 汽新能源完成调试,成功下线,这是国内首次公开的可行驶的固态电池样车。2022 年 7 月, 公司与上汽集团共建“固态电池联合实验室”,并已在魔方电池系统匹配、轻量化节能降耗、 动力电池及系统安全评价等方面形成创新成果。2022 年 11 月,与北汽福田联合开发的首套 量产商用车固态电池系统完成调试、正式下线。2022 年 8-12 月,清陶能源固态能量舱产品 成功交付昆山市第一人民医院新院区(昆山东部医疗中心)和苏州昆山奥体中心(昆山足球 场)项目等。

公司在固态电池相关产能布局方面扩张加速。根据我们统计,目前公司固态电池已建、在建 和拟建的产能合计达到 35GWh。1)江西宜春年产 10GWh 固态锂电池生产基地:总投资 55 亿元,项目一期投资 5.5 亿元,建设年产 1GWh 固态锂电池生产基地,已于 2020 年 7 月投产;二期将进一步增加投资,扩大产能,目前项目正在建设中。2)江苏昆山 10GWh 固态动力电池项目:主要面向新能源汽车领域,总投资 50 亿元,2022 年 2 月开工建设, 预计 2023 年 5 月完成土建施工,2023 年年内投产。3)四川成都年产 15GWh 动力固态电池储能产业基地项目:2023 年 2 月 14 日,在“投资四川·成都都市圈全球投资推介会”上, 清陶能源动力固态电池储能产业基地正式签约落地成都郫都区,项目计划投资 100 亿元, 分两期建设,首条生产线设计产能 1GWh,目前正在调试,预计近期首批半固态电池将在郫 都工厂正式下线。

4.4 上海洗霸

上海洗霸核心业务包括水处理技术整体解决方案;全场景消毒与净化健康服务;气候科学技 术研究与开发。上海洗霸与中科院系统、985 著名高校科学家团队积极拓展第二业务曲线, 包括锂离子固态电池粉体及储能电池制造工艺、介孔碳、硅碳负极、钠离子电池负极等新能 源、新材料、新工艺领域。 公司锂离子固态电池项目近期取得积极进展。2023 年 1 月 17 日,公司发布 2023 年度非公 开发行股票预案,将投入 4.7 亿元募集资金用于生产基地建设项目,1.3 亿元募集资金用于 研发基地建设项目,生产基地建设内容包含固态电池电解质厂房,研发基地未来研发方向包 括新材料领域。2023 年 1 月 28 日,公司官网公告,公司与中国科学院硅酸盐所张涛研究 员团队合作建设的锂离子电池固态电解质粉体先进材料吨级至拾吨级工业化标准产线已于 本月中旬一次性试产成功,产品经硅酸盐所测试,各项指标均达到设计标准,现已进入产线 工艺优化阶段。

4.5 当升科技

公司较早开始固态电池正极材料的研发。早在 2019 年,公司就加快了对固态锂电等未来下 一代正极材料产品的相关研发工作, 完成了第一代固态电池体系建立及配套关键材料研究, 所研发正极材料固态电池体系中的部分充放电性能接近液态锂电池水平。目前,公司在固态 锂电正极材料领域加强战略布局,产品已实现装车。 公司加快与固态电池头部企业建立战略合作。目前,公司固态锂电产品已完成产品开发,固 态锂电材料成功导入赣锋锂电、卫蓝新能源、清陶能源、辉能科技等固态电池客户,并实现 批量销售,奠定了公司在全球固态电池市场的优势地位。2021 年 12 月,公司与卫蓝新能源 签订战略合作协议,加强在固态锂电材料领域的战略合作,实现批量销售,并获得了卫蓝新 能源总量不低于 2.5 万吨固态锂电材料的意向订单;2022 年 4 月,公司与力神电池签订战 略合作协议,在固态锂离子电池及其关键材料等锂电前沿技术领域加强合作;2022 年 7 月, 公司与清陶能源签订战略合作协议,决定在固态及半固态电池技术开发、固态锂电正极材料 产品供货等方面建立战略合作伙伴关系,清陶承诺 2022-2025 年向公司采购总量不低于 3 万吨固态锂电正极材料。

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