 重要提示：通过本订阅号发布的观点和信息仅供中信建投证券股份有限公司（下称“中信建投”）客户中符合《证券期货投资者适当性管理办法》规定的机构类专业投资者参考。因本订阅号暂时无法设置访问限制，若您并非中信建投客户中的机构类专业投资者，为控制投资风险，请您请取消关注，请勿订阅、接收或使用本订阅号中的任何信息。对由此给您造成的不便表示诚挚歉意，感谢您的理解与配合！  我们认为，动力电池的技术发展方向在经历为时总计约5年的“能量密度为王”时代之后，已开始逐步转向“N专多能”的均衡实用时代；消费电池的单体带电量、倍率性能等还将有所提升；储能电池对成本、寿命的要求仍将持续。 从电池单体能量密度计算式E=U/[1/Qc+1/Qa+minact]出发，综合考虑成组效率，我们估计，现有体系下的动力电池包质量能量密度约200Wh/kg或稍多，体积能量密度约300Wh/L或稍多，深充深放倍率3C基本就是极限。 总而言之，技术-工程层面的优化难以使得电池及新能源汽车再一次经历“脱胎换骨”级别的改变，相当于此前锂离子电池战胜铅酸、镍镉、镍氢电池级别的改变。只有科学层面的创新才可能让电池及新能源汽车的常规使用性能走向下一次跨越。  投资建议 当前的锂离子电池在较长一段时间之内仍然是动力、消费、储能电池的首选。建议投资者关注电池核心环节的全球动力电池龙头企业及材料、结构件、电气部件企业：容百科技、当升科技、长远锂科、厦门钨业、德方纳米、湘潭电化；中科电气、凯金能源；天赐材料、新宙邦；恩捷股份；科达利；宏发股份。  电池循环机理：负极（及过渡层）砥柱中流 电池循环前，负极（及过渡层）形貌规整，元素分布均匀；首次充电后，致密的锂层在过渡层后形成，少量锂和银结合为银锂合金，并分布于过渡层及锂层内；放电后，锂层完全消失，而金属锂回归正极。多次循环后，银在复合负极中的位置向负极集流体富集，而这种富集会进一步有利于电池（充电时形成、放电时消失的锂金属负极微观结构和循环性能的保持）。各种体材料及界面得到深度优化。  电池循环性能：容量较高，寿命可用 电池的能量密度测算为900Wh/L以上，高于松下为特斯拉提供的21700圆柱电池单体（~700Wh/L）。固定60oC、4.25V充电截止电压和0.1C充电倍率，电池的放电容量在200mAh以上；固定0.5C充放倍率、2.5-4.25V充放深度、60oC循环温度的条件下，电池稳定循环约1000次，库仑效率超过99.8%，容量保持率超过80%。电池对温度敏感，固定0.1C的较低充放倍率，电池在45oC保持了较高的放电容量，但25oC时容量衰减就比较严重。随着温度的进一步降低，电池容量也继续降低。室温及以下的温度不利于性能释放。  总结与评论：科学创新性强，工程应用性还需进一步的工作 银-碳负极（过渡层）基本解决了负极和固体电解质界面的问题，以及负极本身的问题。碳材料用于稳定负极-固体电解质界面，银用于稳定过渡层-锂“周期性负极”界面并且改善锂“周期性负极”的体材料性能。精巧的材料体系和结构设计为电池的有效循环提供了保障。当然，硫系固体电解质和正极的相容性也为电池能量密度的发挥带来了积极作用。 研究工作电池的体积能量密度更高，安全性更高，倍率虽有一定劣势但并非不可为消费者接受，，循环寿命也可满足基本需求。但是，室温性能、倍率性能和较高成本（估计纳米银颗粒成本0.24元/Wh以上）影响了规模化应用前景，后续仍需要大量工作。  我们认为，固态电池最终将成为锂离子电池家族中的关键组成部分之一。其和液态锂离子电池有望优势互补，分别应用于符合对应需求痛点的场合：固态电池的高安全性、相对高能量密度有望工业化、商业化实现；而液态锂离子电池的高倍率性能、高循环寿命、低成本优势有望保持。 投资建议 当前的锂离子电池在较长一段时间之内仍然是动力、消费、储能电池的首选。建议投资者关注电池核心环节的全球动力电池龙头企业及材料、结构件、电气部件企业：容百科技、当升科技、长远锂科、厦门钨业、德方纳米、湘潭电化；中科电气、凯金能源；天赐材料、新宙邦；恩捷股份；科达利；宏发股份。 澳大利亚莫纳什大学、比利时列日大学等高校及研究机构的多名学者在顶级期刊Science Advances上发表论文，制备了对体积膨胀具有高容忍度、循环寿命相对很高的硫系正极材料。该正极材料具有超过1200mAh/g的容量，在较低倍率下可循环超过200次。 由于硫正极、硅负极等高容量、高地壳丰度的材料除电化学原理之外还存在循环过程中体积变化明显、结构破坏严重等问题，研究者构建了以胶状硫、碳材料和羧甲基纤维素组成的复合正极材料体系。 电池材料体系构建：刚柔并济的硫系正极 研究工作使用的正极材料为70%胶状硫、20%碳材料和10%羧甲基纤维素，不同样品的制备方式不同。研究者认为，只有干法混合、后续润湿，才可以获得高黏度、有电化学活性的正极。  电池循环性能与机理：活性物质-导电剂-粘结剂各居其位 对于干法混合-去离子水润湿的样品，其0.1C倍率下的放电容量高达1400mAh/g；即使加大活性物质载量40%，仍有超过1200mAh/g的放电容量；而对比样品容量出现明显退降，同等条件下放电容量在约800mAh/g以内。更高倍率、更长循环的测试结果表明，样品在0.2C倍率循环条件下库仑效率仍高于99%，200次循环后的容量剩余约为900mAh/g。  研究者认为，胶态硫对于研究工作的重要性很高。使用微米级晶态硫则材料的微观均匀性因循环过程中晶粒的不断粗化而遭到破坏。另外，纤维素粘结剂对研究工作的重要性也很高。相比于传统PVDF（聚偏氟乙烯）粘结剂，通过干法混合的纤维素即使后续被润湿部分溶解，仍可以较好地保持其粘结性能。 总结与评论：200次循环的高载量硫系正极，优秀的起点 研究者通过干法混合的方式制得了活性材料-导电剂-结构框架材料各得其所的硫系正极，很大程度上兼顾了高容量正极的力学性能和电化学性能。但是距离动力电池应用仍有倍率性能、循环寿命方面差距；而且体积能量密度、自放电性能尚不清楚。另外从全电池的角度看，过量锂负极的使用可能也有潜在的不利影响。锂硫电池的实用化尤其是动力电池化仍需要大量工作。  投资建议 当前的锂离子电池在较长一段时间之内仍然是动力、消费、储能电池的首选。建议投资者关注电池核心环节的全球动力电池龙头企业及材料、结构件、电气部件企业：容百科技、当升科技、长远锂科、厦门钨业、德方纳米、湘潭电化；中科电气、凯金能源；天赐材料、新宙邦；恩捷股份；科达利；宏发股份。 韩国汉阳大学的Un-Hyuck Kim、Chong S. Yoon和Yang-Kook Sun是NCMA四元正极材料的研究先驱。自2016年以来，其NCMA四元正极材料不断取得研究进展，关键的镍含量从60%（2016年）逐步提升至76%（2017年）和89%（2019年）。研究者归纳，镍钴锰铝酸锂-NCMA正极材料有可能体现出更优越的性能：同等镍含量下的容量类似，但是其长时间循环的容量保持率、热稳定性、高温循环的容量保持率、电荷转移阻抗、微裂纹抵抗能力等性能表现均更好。 电池材料体系构建：前驱体镍钴锰，煅烧引入锂铝 研究工作使用的正极材料通过前驱体引入镍、钴（和锰），并通过添加氢氧化物煅烧引入锂（和铝）。获得的正极均为形貌均匀、粒径约5微米或稍多的团聚态颗粒。  电池循环机理与性能：“保持”的力量 在电池循环过程中，NCM、NCA、NCMA的若干区别导致了最终的性能差异。循环过程中，NCMA正极的晶格变形更小，断裂强度更高，有害的岩盐相形成更少，阻抗增加更少。最终，在不同充放深度、充放倍率、充放温度和循环次数条件下，高镍NCMA正极材料的容量保持率显著高于参比NCM和NCA（该NCA铝含量较低或为一处瑕疵），普遍达约85%或更高。另外NCMA的热稳定性也更高。 总结与评论：距离实用化或为期不远，尚需和现有体系巅峰对决 我们认为，研究者的工作或证明，NCMA材料距离实用化已相当接近。材料体系方面，前驱体-正极工艺相对成熟，并未选用昂贵的基材或昂贵的制备方法。性能比较方面，较贴近实用化的测试数据也有较详尽披露。如研究者的工作被进一步证实，亦即少量铝掺杂会对高镍动力电池正极产生较明显的积极作用，则产业界对高镍NCMA的热情可能超预期；如NCMA四元正极材料对现有体系的优化程度有限但成本可比甚至更低，则也有可能成为得到较广泛应用的正极材料技术路线之一。同时，不同材料体系组成、结构形貌方面的进一步工作也有待开展。 投资建议 NCMA四元材料体系已有若干公司进行布局。建议投资者关注LG化学（和通用合资进行高镍NCMA研发）、蜂巢能源（同时进行四元、无钴两条技术路线研发）、容百科技（认为NCM和NCA可能最终融合为NCMA）、格林美（NCMA前驱体正在客户验证）等公司的技术进展。 特斯拉动力电池材料相关技术研发团队成员HY Li、J Li、JR Dahn等人申请了主要创新点为两段式锂化烧结合成单晶NCA（镍钴铝酸锂）三元正极材料的技术专利。专利题名为Method for Synthesizing Nickel-Cobalt-Aluminum Electrodes，专利公开号为WO2020/082019A1，公开日为2020年4月23日。 专利主要创新点：两段式锂化烧结合成单晶NCA正极 研究者披露，其采用两段式锂化烧结合成单晶NCA正极。具体过程为：使用约4微米平均粒径的氢氧化镍钴铝前驱体，首次锂化过程的温度范围为800oC到950oC，时间为1-24h；以氢氧化锂为锂源，锂-其他金属的摩尔比小于1，获得贫锂的首次锂化正极材料，锂化程度可调；第二次锂化过程的温度范围为650oC到760oC，时间为1-24h；通过额外的氢氧化锂进行补锂。 正极材料性能：暂时差强人意 研究者认为，两段式锂化合成的正极的锂镍混排程度均比较低（区别在温度和锂-其他金属摩尔比）。研究工作使用的纽扣电池搭载正极为高镍单晶NCA，成分LiNi0.88Co0.09Al0.03O2。测试倍率为C/5，截止电压为3.0/4.2V，温度为30oC。虽然测试条件较温和，但采用不同的电解液的电池正极其初始容量相比于镍含量而言较低（175-195mAh/g），容量衰减速度也较快（100次循环衰减约10%以上）。仅从专利给出的测试数据而言，该正极材料距离征服整车厂商和消费者仍有距离。 总结与评论：“两段式烧结”有前景，单晶正极适合长寿命电池 特斯拉研究单晶NCA电池正极材料（以及长寿命电解液，也有相应专利、学术文献），以及宁德时代研究高压单晶NCM正极材料等，标志着一个确定性很高的技术方向，即正极容量/电压-寿命整体优化、权衡，通过正极元素整体配比、正极粒径分布和成分分布调控，寻找最佳的一个或几个正极性能设计点，满足消费者的主流需求/分层需求，尤其是对长寿命电池/整车的需求。当前特斯拉在NCA单晶方面的研究尚处于起步阶段，但是其两段式锂化工艺有相当程度的优化空间。温度-时间的精细控制可能是优化材料性能的关键。单晶NCM正极材料同样可以有较高的性能表现，具有技术实力/技术储备的电池/材料企业龙头有望受益。长寿命电池和低钴材料体系的兼容性较差，如消费者对纯电动车型长寿命的需求超预期，则利好钴资源。 投资建议 建议投资者关注我国动力电池龙头，以及单晶NCM正极供应商长远锂科、振华新材；建议关注钴资源企业洛阳钼业、华友钴业等（相应标的由中信建投证券研究发展部有色团队覆盖）。 电极循环性能与形貌表征：岿然不动 比较循环性能，单晶NCM811正极的容量最高，而且在1000余次循环之后保持了接近210mAh/g的容量，相关结果远好于其NCA单晶专利的结果，极大概率好于Maxwell干法工艺制得的正极的结果（Maxwell甚至未给出高镍正极的循环性能，同样可参见研究报告《特斯拉：电池风云》）；单晶化对使用端的作用明显：镍含量相对较高的NCM523正极更适合作为长寿命电池的首选；NCM811在提供较高容量同时，寿命也有了较好表现；NCM622正极表现居中。 从单晶正极材料的显微形貌看，所有材料均未几乎出现微裂纹及裂纹扩展，仅在晶粒表面出现了部分平行条纹。研究者同时表示，未循环的电池正极材料也会出现平行条纹，所以事实上单晶层状结构三元正极已经可以解决正极材料产生微裂纹、影响循环寿命和容量、能量保持的问题。 总结与评论：期待规模化应用，期待光辉未来 我们认为，研究者的工作或证明，单晶层状结构三元正极可以兼顾容量、寿命，并且倍率性能也基本不构成应用瓶颈。尤其对于高镍三元NCM811而言，单晶化或是其应用得以继续拓展，乃至成为市场主流的关键性因素；对NCM523而言，单晶化也可以使其保持很长的循环寿命，有助于实现新能源汽车和燃油汽车的“同寿同权”。目前单晶NCM正极进展快于NCA进展，后续两者并行发展应用的可能性高；正极材料的单晶化或是可实现性和实际效果均较高的一条材料升级/优化路径。 投资建议 从单晶正极及对应电池的布局出发，建议投资者关注我国动力电池龙头，以及单晶NCM正极供应商长远锂科、当升科技、振华新材；从正极成分出发，实现完全无钴的可能性很低，建议投资者关注钴资源企业洛阳钼业、华友钴业等（相应标的由中信建投证券研究发展部有色团队覆盖）。 研究者设计锂离子-锂金属“混合电池” 加拿大达尔豪斯大学的研究者Cameron Martin, Matthew Genovese, A.J. Louli, Rochelle Weber, J.R.Dahn（即特斯拉电池专家Dahn）等人设计了正（NCM）负（石墨）极容量比1:0.6，低SOC下体现常规锂离子电池特征、高SOC下体现锂金属电池特征的锂离子-锂金属“混合电池”，研究成果Cycling Lithium Metal on Graphite to Form Hybrid Lithium-Ion/LithiumMetal Cells 2020年发表在Joule上。Dahn的研究成果一定程度上代表了特斯拉对动力电池及电池材料的方向性认识。 电池材料体系构建：单晶NCM523正极，少量石墨负极基体 研究工作使用的正极材料为单晶NCM523（Dahn在他的多项工作中选择此正极），负极材料为石墨薄层，n/p为0.6，负极容量更低；试用了多种溶剂-锂盐的电解液组合；电池物理形态为小软包电池，容量约220（深）/140（浅）mAh。研究者描述，充电至4.4V时，这种混合电池比负极石墨足量的电池薄约20%，轻约15%；再考虑到更高的充电截止电压，实际的体积能量密度和质量能量密度可以分别提升25%和20%。 电极循环性能与形貌表征：电池领域的“混合动力” 在4.4V的截止电压下，使用LDBF电解液体系的电池体现了最高的循环性能，160次循环后电池容量衰减至160mAh；加压、慢充对衰减有一定程度抑制作用（如和常规电池比较，相当于前80-120次深度循环的容量有优势），库仑效率最高约99.6%。混合工况下循环，电池容量降低速度明显减缓。 总结与评论：小技巧与小惊喜 我们认为，研究者的工作最大的意义在于优化电解液配方，使得负极析锂这一通常意义上不利于电池寿命的循环行为变得相当程度上均匀可控；而石墨负极除了作为锂嵌入基体之外还可以作为锂沉积载体，为锂金属电池的体系构建提供了有益的思路。提升电池容量的本质是做好活性物质、搭配好辅助组元。小技巧有助于开拓思路、分析机理，但极大概率不足以造成颠覆。 投资建议 我们认为，当前的锂离子电池技术在较长一段时间之内仍然是动力电池、消费电池、储能电池的首选技术。建议投资者关注电池核心环节的全球动力电池龙头企业及材料、结构件、电气部件企业：容百科技、当升科技、长远锂科、厦门钨业、德方纳米、湘潭电化；中科电气、凯金能源；天赐材料、新宙邦；恩捷股份；科达利；宏发股份。 研究者综述钠离子电池进展 我国研究者容晓晖、陆雅翔、胡勇胜等总结了钠离子电池的研究与应用进展，以钠离子电池：从基础研究到工程化探索 为标题发表在储能科学与技术上（2020年第9卷，第2期）。钠离子电池可作为锂离子电池在大规模储能领域的重要补充技术，具有重要的经济价值和战略意义。 材料体系构建：低成本电极材料是核心 鉴于钠离子电池的核心定位是性价比，其材料体系的低成本属性就分外重要。 正极方面，和锂离子电池正极不同，钠离子电池的高价态过渡金属选择多为铜、铁、镍、锰等，也有锂掺杂手段使用。充放截止电压多在2.5-4.2V范围，比容量在70-130mAh/g之间。 负极方面，和在锂离子电池中的行为不同，石墨在含有碳酸酯电解液的钠离子电池中的可逆比容量却不足 50 mAh/g，不足以作为质优价廉的负极材料。相比之下各类无定型碳材料的可逆比容量在200-400mAh/g，甚至还有进一步的提升空间。 电池性能比较：仰威铁锂，俯挫铅酸 研究者比较了铅酸、铁锂和钠离子电池的综合性能。根据其分析，钠离子电池的能量密度、循环寿命相比于铁锂稍差，但是成本具备一定优势（约1/3），低温容量保持率更高，耐过放能力强。和铅酸电池相比，则除考虑回收的成本无优势外，其他方面的技术指标实现全面大幅超越。 总结与评论：图人间烟火，瞻柳暗花明 我们认为，钠离子电池的研究工作具备相当重要的意义。其材料体系构建力图以廉价易得的原料、简单方便的工艺为导向，获取大幅超越铅酸、在某些方面和锂电相比具备优势的性能。 我们也认为，研究者数据分析对钠离子电池稍有过誉。对标的磷酸铁锂参数方面，现在铁锂单位能量的原料成本也在走低，且循环寿命可高至5000次以上；电池系统方面，磷酸铁锂单体容量相比于钠离子电池有数量级的领先优势，这使得钠离子电池在成组方面可能存在劣势；研究者提到了钠离子电池相对较高的内阻，那么电池的温度管控难度可能较高，能量循环效率也较差。 综合各方面因素，我们推测，如进展顺利，钠离子电池有望大幅度取代铅酸电池，甚至部分替代锂离子电池。如用于上汽通用五菱的五菱宏光MINI EV（工况续航120/170km，电池系统能量密度100Wh/kg，起售价2.98万元），或可实现综合性能持平、成本降低1000-1500元的效果；如用于5G基站备用电源，其弱点几乎完全被规避，而且优势得以发挥。我们估计，钠离子电池有潜力用于储能电站、备用电源、电动自行车、低速乃至稍高性能指标电动车。 投资建议 鉴于尚无钠离子电池相关上市公司标的，而且综合性能仍然是磷酸铁锂占优，叠加特斯拉Model 3磷酸铁锂版车型即将上市等影响，建议各位投资者关注我国动力电池龙头、动力电池和整车先驱比亚迪（由汽车组覆盖）、磷酸铁锂正极龙头德方纳米、湘潭电化。 研究者系统分析电池“理论性能边界” 我国研究者Wenzhuo Cao、Jienan Zhang、Hong Li等分析了高质量能量密度/体积能量密度的动力电池材料理论上可能选用何种体系，以Batteries with high theoretical energy densities 为标题2020年发表在Energy Storage Materials上。 材料体系模拟：从1683个氧化还原反应，到几十个“潜力”电池体系 研究者从反应吉布斯自由能出发，系统筛选了多达1683个氧化还原反应作为电池候选体系。 此后，以理论质量能量密度在1000Wh/kg进行首轮淘汰；对非气态正极（单独考虑氧气、空气等）以理论体积能量密度800Wh/L进行第二轮淘汰；以反应电压大于1.50V进行第三轮淘汰；以成本、环境影响等进行第四轮、第五轮淘汰。最终，研究者获得了51个“潜力”电池体系。 路径与前瞻：锂不失为优选，铝可能是奇兵 研究者归纳：同时考虑质量、体积能量密度，锂-水、锂-硫、铝-水、镁-水、镁-硫、锂-氟化铜、锂-氟化铁、锂-二氧化锰、锂-三氧化钼等体系的综合潜力最高。研究者同时认为，电解液-混合固液电解质-全固态电解质逐步进化是高能量密度电池实现过程中的助力。 总结与评论：不需要退路，只有勇往直前一条路 我们认为，仅从性能角度出发，锂仍是绝大多数场合的优选，铝也有部分可能以“机械可充”（更换铝板）等方式在部分不需要高功率密度的场合发挥作用。我们还认为，当前的液态锂离子电池提供了“合格”的保底高性能电池选项。仅从能量密度占优，综合性能可接受的标准出发，高镍+硅碳体系可能是下一个成熟概率较高的体系；考虑综合性能与成本，三元、磷酸铁锂电池相当程度上都仍位列长期选择之中。 电池科技的创新是一个长期过程。作为技术革命的骄子、能源革命的宠儿，置身于漫长的赛道之中，高性能电池已经是、在相当长的一段时间之内仍将是底层科技、高端制造的共同旗帜。 投资建议 不积跬步，无以至千里。动力电池龙头企业及部分头部供应商具备强大的研发能力，有望长期受益于对研发的重视。建议投资者关注电池核心环节的全球动力电池龙头企业及材料、结构件、电气部件企业：容百科技、当升科技、德方纳米、湘潭电化；天赐材料、新宙邦；恩捷股份；科达利；宏发股份等。 证券研究报告名称：《电池科技前瞻系列报告之一：巨匠扛鼎，后继不竭》 对外发布时间：2020年3月20日 报告发布机构：中信建投证券股份有限公司 本报告分析师： 杨藻 执业证书编号：S1440520010003 研究助理：张亦弛、张鹏 证券研究报告名称：《电池科技前瞻系列报告之二：三星长寿命高能量密度固态电池》 对外发布时间：2020年3月20日 报告发布机构：中信建投证券股份有限公司 本报告分析师： 杨藻 执业证书编号：S1440520010003 研究助理：张亦弛、张鹏 证券研究报告名称：《电池科技前瞻系列报告之三：高容量/活性物质载量硫系正极》 对外发布时间：2020年4月7日 报告发布机构：中信建投证券股份有限公司 本报告分析师： 杨藻 执业证书编号：S1440520010003 研究助理：张亦弛、张鹏 证券研究报告名称：《电池科技前瞻系列报告之四：君臣佐使，NCMA》 对外发布时间：2020年4月9日 报告发布机构：中信建投证券股份有限公司 本报告分析师： 杨藻 执业证书编号：S1440520010003 研究助理：张亦弛、张鹏 证券研究报告名称：《电池科技前瞻系列报告之五：单晶NCA正极，特斯拉的努力》 对外发布时间：2020年4月28日 报告发布机构：中信建投证券股份有限公司 本报告分析师： 杨藻 执业证书编号：S1440520010003 研究助理：张亦弛、张鹏 证券研究报告名称：《电池科技前瞻系列报告之六：数风流人物，单晶NCM正极家族》 对外发布时间：2020年5月7日 报告发布机构：中信建投证券股份有限公司 本报告分析师： 杨藻 执业证书编号：S1440520010003 研究助理：张亦弛、张鹏 证券研究报告名称：《电池科技前瞻系列报告之七：负极锂沉积，蹊径“锂混合”》 对外发布时间：2020年5月15日 报告发布机构：中信建投证券股份有限公司 本报告分析师： 杨 藻 执业证书编号：S1440520010003 张亦弛 执业证书编号：S1440520040001 证券研究报告名称：《电池科技前瞻系列报告之八：钠离子电池，人间烟火，柳暗花明》 对外发布时间：2020年5月8日 报告发布机构：中信建投证券股份有限公司 本报告分析师： 杨 藻 执业证书编号：S1440520010003 张亦弛 执业证书编号：S1440520040001 证券研究报告名称：《电池科技前瞻系列报告之九：踏浪航远，云之彼端》 对外发布时间：2020年7月8日 报告发布机构：中信建投证券股份有限公司 本报告分析师： 杨 藻 执业证书编号：S1440520010003 张亦弛 执业证书编号：S1440520040001 |
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