硫化物固态电池产业化提速

证券研究报告硫化物固态电池产业化提速证券研究报告请务必阅读报告末页的重要声明目前全固态电池产业化进程加速，硫化物固态电池因其高离子电导率、低杨氏模量特性被视|分析师及联系人|分析师及联系人请务必阅读报告末页的重要声明硫化物固态电池产业化提速 业绩阶段性承压，景气度有望好转》硫化物全固态电池被视为重点研发路线硫化物全固态电池以及卤化物全固态电池。氧化物电解质界面接触较差、离子电导率较低；聚合物电解质离子电导率及电化学窗口窄；卤化物电解质力学性能较硫化物路线技术难点迎突破硫化物路线主要有以下问题：1.正极/硫化物电解质界面问题；2.负极/硫化物电解质界面问题；3.硫化物电解质稳定性问题。抑制正极与电解质界面反应的方法金负极。解决硫化物电解质机械稳定性以及空气稳定性方法主要有：对硫化物固硫化物固态电池降本空间潜力大硫化物固态电解质成本高昂是目前多数企业发展硫化物路线的经济性痛点。其中原材料成本占最大比重，降低硫化锂成本或选择替代材料成为降本的主要研究方向。中科大马骋教授开发了氧硫化磷锂替代硫化锂，保留了硫化物固态电解质独我们认为全固态电池凭借其高能量密度与高安全性的优势，后续产业化有望加速发展。硫化物固态电池因其高离子电导率、低杨氏模量特性被多数企业视为重点研发路线。我们推荐积极布局硫化物产业路线并取得相关进展的宁德时代、亿纬请务必阅读报告末页的重要声明请务必阅读报告末页的重要声明4/20 5 2.硫化物固态电池未来可期 9 3.硫化物固态电池降本增效成发展趋势 3.1硫化物路线技术难点迎突破 3.2硫化物固态电池降本空间潜力大 4.投资建议：关注前瞻布局硫化物路线的企业 5 6 6 6 6 7 7 8 8 8 9 9 9 请务必阅读报告末页的重要声明5/20行业重要发展方向。相较于传统液态电池，全固态电池具有以下优势1）能度上限高，最大程度实现电车超长续航问题2）电化学反应速度更快，在高电流快充时能保持低温运行且不影响电池寿命，充电速度更快3）使用固态电解质没资料来源：《为全固态锂电池“正名”》布硫化物固态电解质新专利申请《掺杂硫化物请务必阅读报告末页的重要声明量密度提升52%以上，质量能量密度提了50%以上，实现超1000公里的续航能力。请务必阅读报告末页的重要声明7006005004003002001000614.1361.8192.787.633.913.311.120232024E2025E2026E2027E2028E2029E2030E2502001501005002002001268962432920232024E2025E2026E2027E2028E2029E2030E1.2硫化物全固态电池被视为重点研发路线化生产过渡的关键阶段，各国企业均在研发上取得不断突破。Quantu50万公里耐久性测试；SolidPow年实现全固态电池在电动汽车上的商业化应用；日产计划2024年建设一条用于量产固态电池商业化。全固态是下一代电池技术发展主要路径。半固态电池体系与液态电池生产工艺请务必阅读报告末页的重要声明资料来源：《Solid-statelithiumbatteries-全固态电池基于电解质体系的不同可分为聚合物全固态电池、氧化物卤化物电解质电化学窗口范围较大，界面接触较好，界面接触加工成本电化学窗口加工成本界面接触加工成本电化学窗口加工成本请务必阅读报告末页的重要声明9/20界面接触加工成本电化学窗口加工成本界面接触加工成本电化学窗口加工成本硫化物因其高离子电导率、低杨氏模量特性被多数企业视为重点研发路线。在二是电化学稳定性较差及对空气敏感。资料来源：《硫化物全固态电池的研究及应用》2.硫化物固态电池未来可期硫化物因其优异的离子电导率已成为固态电解质中的佼佼者。硫化物固体电解通道更宽，有利于锂离子的移动，因此硫化物固态电解质具有高离子电导率特性。请务必阅读报告末页的重要声明电解质的材料体系，Nazar证明了通过成分的离子传输能力。2023年东京工业大学合design》ChanghongWang，国联证券璃态硫化物电解质的优势在于材料中没有晶体通道，传导路径是各向同性的,同时,可有效提高硫化物玻璃态电解质离子电导率；玻璃陶瓷态硫化物电解质离子电导率）；请务必阅读报告末页的重要声明电解质结晶形态25℃离子电导率/S·cm-,60LiS-40PS玻璃态3.2×10⁻6玻璃态1.3×10⁻4玻璃陶瓷态1.8×10⁻3Li7P2.8Mn0.1S10.7I0.3玻璃陶瓷态5.6×10⁻3Li10GePS晶态1.2×10⁻2Li10SiPS晶态2.3×10⁻3Li6PS5Cl晶态1.9×10⁻3Li7Ge3PS12晶态1.1×10⁻4LiP0.4GeS5I晶态5.4×10⁻3β-Li3PS-Li7LaZrO晶态2.4×10⁻4资料来源：《全固态锂离子电池用硫化物电解质研究进展》材料成本高，预计未来聚焦中高端产品路线；LPSC类型简称化学式代表材料电导率优势劣势Li-P-S型LPSLiPS4,LiP2S610⁻3S/cm电化学窗口宽（5V）、热稳定性好、成本低离子电导率相对低、空气中不稳定Argyrodite型LPSCl/LPSILiPSXLiPSCl,LiPSI10⁻2-10⁻3S/cm离子电导率高、热稳定性好、成本低电化学窗口<2.2V、空气中不稳定LGPS型LGPSLixMPxSx(M=Ge,Sn,Si,Al)LiGePS10⁻2S/cm离子电导率最高、电化学窗口宽锂金属不稳定、成本较高硫化物固态电解质的常见制备方法主要有高温淬冷法、高能球磨法、液相法以相法通过在液体中制备固体电解质,可以缩短反应时间,制得的材料均一性也更好。请务必阅读报告末页的重要声明项目高温淬冷法液相法高能球磨法气相合成法原料LiS/PS/GeSLiS/PS/GeSLiS/PS/GeSLiCO,SnO+CS成本中较低高低制备温度高温加热加热室温工艺复杂简单适中简单制备特性压实密度高结晶可控均匀度高空气稳定适合应用非晶态薄膜小规模大规模之间存在3-18个月，因此2023年与2024年实际专利申请数量大于公开数量。其中固态电池电解质专利前十名申请人情况一览排名申请人专利数量占总比例1丰田汽车公司129715.27%2LG新能源株式会社韩国7038.28%3村田制造株式会社3163.72%4现代自动车株式会社韩国3083.63%5三星SDI株式会社韩国1752.06%6本田技研工业株式会社1661.95%7松下新能源株式会社1451.71%8蜂巢能源科技股份有限公司1311.54%9通用汽车环球科技运作有限责任公司美国1031.21%TDK集团931.09%请务必阅读报告末页的重要声明固态电池电解质专利前五名申请国家分别情况一览排名申请专利数量/件129872美国1507314554韩国7905加拿大41全球多家企业选择硫化物作为未来全固态电池关键材料。中国企业目标是在等电池企业均选择布局硫化物固态电池，三星集团计划2027年全面投产全固态，实现量产和装车应用。美国SolidPower、Qua地区企业单体能量密度（Wh/kg）产品进展宁德时代500有望在2027年实现固态电池的小批量生产比亚迪4002027年将小批量生产固态电池亿纬锂能5002022年12月已完成技术定型，进入装车验证状态；产品循环寿命超过1000次，使用温度可拓展到-20℃-80℃国轩高科3502023年5月通过新国标安全测试并进入产业化阶段，预计23年内实现量产装车；配套车型的电池包电量达160kWh，续航里程超过1000km江苏清陶368已与北汽开展中试合作北京卫蓝360计划在2027年实现全固态电池的量产。恩力动力350成功开发出能量密度达350Wh/kg的全固态电池，并计划在2024财年内提升至400Wh/kg，2026财年内实现1000次循环寿命。天赐新材410固态电解质处于中试阶段，计划在2025年进行中试产线建设，并做小批量生产应用。新宙邦400已有硫化物体系的固态电解质产品，并正与下游客户合作推进产业化应用。蜂巢能源400成功研发出国内首批20Ah级硫系全固态原型电芯恩捷股份-已实现硫化物固态电解质的吨级生产，并成功建成百吨级中试生产线，硫化物固态电解质产品和全固态电解质膜产品均处于送样阶段。容百科技 - 预计2027年实现批量生产请务必阅读报告末页的重要声明松下新能源-2023年12月首次公开产品，预计2029年前量产日立造船-在日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)的支持下，于2025年实现全固态电池的小批量生产能力Toyota&Panasonic4502027至2028年使全固态电池进入实用化阶段2023年2月宣布产品研发成功，预计2025年开始试生产韩国SKon-计划2026实现早期原型，2028实现商业化LG新能源900Wh/L预计2026年量产三星SDI900Wh/L2022年试点工厂建设，2023年20Ah原型电池研发成果，2025年电池量产美国SolidPower3902022年完成试生产线安装，预计2023年年底之前将第一批电池单体交付测试，2026年实现量产QuantumScape3722023年10月已进入A样测试阶段FactorialEnergy4502021年发布产品，2022年与奔驰、Stellantis、现代等签署了联合开发协议，2023年200MWh固态电池工厂正式开工建设，电池产品进入A样送样阶段3.硫化物固态电池降本增效成发展趋势请务必阅读报告末页的重要声明1,8001,6001,4001,2001,00080060040020001566951840811840744580567580稳定性安全性能量密度离子电导率成本效率循环性3.1硫化物路线技术难点迎突破硫化物固态电解质性能突破关键在于解决正/负极与固态电解质界面问题以及固界面上的离子传输电荷。为提供有效的离子和电物固态电解质界面问题2）负极/硫化物固态电解质界面问题3）硫化物电解资料来源：《Challengesandopportun请务必阅读报告末页的重要声明硫化物固态电解质与正极的界面问题主要包括:产生界面电解质之间的界面相容性差导致的较大界面阻抗以及正极材料和电解质材料在充放电过程中的体积膨胀系数差距较大,在经历多次循环以后,在电解质与正极界面会形界面反应的方法主要包括1）电解质改性2）正极制备工艺优化3）正极锂金属因高理论比容量、低电化学电位和低密度被认为是锂离子电池的理想负极。相较于液态电解质,固态电解质对锂金属具有更好稳定性,因此可使用固态电解质与锂金属负极匹配从而提高安全性。硫化物固态电解质与锂金属的界面问题主要包括:热力学稳定界面层、混合传导界面层、亚稳态固体内部本身存在的缺陷和具有多晶界结构,全固态电解质并不能完全抑制锂枝晶的生长。此外,锂枝晶生长也可能是由电解质膜与固体电解质相界面(SEI)膜之间离子电分2）制备人工SEI膜3）制备锂合金负极。请务必阅读报告末页的重要声明有水分敏感性,样品表面遇水会迅速变化,而材料的变化对全固态电解质本身机械性此外，硫化物固态电解质在空气中的化学稳定性较差。常规水分发生水解反应并产生H2S气体,控制不当会导致硫化物电解质变性,进而导致材料离子传输能力下降,电池性能降低甚至产生安全问题。相面改性来构建保护层结构,也可保护硫化物固3.2硫化物固态电池降本空间潜力大硫化物固态电解质成本高昂是目前多数企业发展硫化物路线的经济性痛点。硫选择替代材料成为降本的主要研究方向。目前相关研究团队已找到一些降低硫化锂成本方法，比如中科大马骋教授开发了一种不以硫化锂作为原料的硫化物固态电解质——氧硫化磷锂，这种固态电解质以成本低廉的水合氢氧化锂和硫化磷作为原材料请务必阅读报告末页的重要声明注：SSE指硫化物固态电解质，BOM成25,00020,00015,00010,0005,000020000980039002020502002024E2025E2026E2027E2028E2029E2030E12010080604020010660298.40.40.40.72024E2025E2026E2027E2028E2029E2030E请务必阅读报告末页的重要声明