固态电池产业链深度拆解

凡人sypls 2023-02-19 发布于江苏

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2.上游产业链拆解

跟锂电池产业链一样，见文章《锂电池全产业链最强解读》详解。

未来的发展趋势是半固态电池——类固态电池——全固态电池。

上游产业链主要是电池原材料，包括正极、负极、固态电解质、粘结剂、其他材料。

根据中金公司的市场调研，半固态与全固态电池的综合成本是现有锂电池的200%-300%。

2.1正极材料

正极为高镍多元材料、富锂锰基材料。如今固态电池的厂家主要有清陶能源、卫蓝新能源、赣锋锂业、国轩高科、孚能科技、QuantumScape、丰田、辉能科技等等。

那就从这些固态电池厂家的技术路线来看看正极材料的趋势。

清陶能源：

第一代电池：半固态，正极三元高镍，负极碳硅负极，电解质中液体含量5—10%，氧化物电解质为主，添加了聚合物形成复合电解质（IPC），工艺上：纳米固态电解质涂覆以及固态电解质层成型——所谓的隔膜。能量密度目前360wh/kg,最高420wh/kg

第二代电池：类固态，正极三元高镍，镍锰，负极含锂的复合负极，电解质中液体含量小于5%，基于第一代氧化物与聚合物的复合IPC电解质中添加卤化物及硫化物。工艺上隔膜，类隔膜完全消失。能量密度400-500wh/kg

第三代电池：全固态，正极无锂缺锂材料，负极金属锂或含锂合金，固态电解质沿用IPC电解质体系。能量密度超过500wh/kg

卫蓝新能源：

①正极为高镍多元材料、富锂锰基材料。

②负极材料大概为硅碳负极材料

③隔膜仍然存在（合作商：恩捷股份）

④粘合剂采用PVDF（股市标：联创股份、新阳光等，老面孔）

⑤电解质大概率为LATP（磷酸钛铝锂）

作为现在市场上领头的两大固态电池厂商，正极都采用的是三元高镍。预计未来趋势：高镍三元/磷酸铁锂→高镍→无钴

高镍三元相关厂商：容百科技、当升科技、振华科技、华友钴业、杉杉股份、中伟股份、厦钨新能、丰元股份、贝特瑞、格林美、长远锂科等

锰矿相关厂商：红星发展、湘潭电化、南方锰业

容百科技：

与卫蓝新能源合作，将为卫蓝新能源高镍三元正极材料第一供应商。公司投建新能源技术研究院将聚焦于正极新产品的技术和应用研究、电池的拆解和国收、钠电正极材料及磷酸盐系材料、固态电池材料及其他新能源体系等新产业应用研究。

项目分三期建设，其中，一期主要建设综合检测中心，拟建设多条小试线、电化学检测平台及配套设施，预计于2024年底建成，二期以开拓二次电池新产业为主，拟建设5条覆盖多种新材料、新电化学体系的小试线及配套设施，三期拟建创新解化基地及配套设施(包含离子电池、固态电池等)，预计2029年底建成。

当升科技：

现有有效产能4.4万吨，江苏四期2万吨产能和常州二期5万吨产能在建，其中常州二期5万吨预计将在2022年三季度投产，同时公司定增规划5万吨高镍和2万吨3C产能建设，叠加欧洲10万吨产能规划，公司未来产能规划超过20万吨，且其中大部分皆为高镍三元产能。

给卫蓝+清陶协议的出货量2.5~3万吨的供货量。

与清陶签订战略合作协议，拟在2022~2025年向当升科技采购总量不低于3万吨固态锂电正极材料

2.2负极方向：

相关企业：博迁新材、多氟多、翔丰华、硅宝科技

固态电池负极材料的趋势依然是石墨负极——硅碳负极——金属锂负极（尚早）。

由于固态电解质本身比电解液+隔膜要更重，正极体系并没有变化，因此要实现质量能量密度的超越，只有通过使用锂金属负极。

所以其实预计锂电池发展路径为：高镍三元/磷酸铁锂→高镍+硅碳→无钴+硅碳/NCMA四元+硅碳→固态电池（金属锂负极）。

固态电池的小规模商业化量产要看到2025年之后，普及仍需等待10年左右。

现在这个阶段主要就是往硅基负极发展，金属锂负极还早。

硅碳负极不管是锂电池的发展趋势还是固态电池的发展路线都是绕不开的一环，是最为确定的一环增量。

具体硅碳负极文章见《锂电池下半场翻倍机会：硅碳负极超级详解》。

国外硅基负极厂商主要有日本昭和电工材料、信越化学，韩国大洲电子，美国Amprius、Group14、Sila Nano、Enevate，加拿大NEO Battery，以色列StoreDot等。

硅基负极主要就是石墨负极中掺杂纳米硅粉，纳米硅粉主要有球磨法、CVD和PVD。CVD工艺代表是多氟多，PVD工艺代表是博迁新材。

市场球磨法的成本售价40-50万一吨的水平。PVD法比球磨法的优点：

第一个负极的比容高，选择高比容的，第一可以提高续航里程，球磨的硅在原有的基础上提高里程20％左右，纯硅可以提高到 80％以上。第二负极电池重量上来，单体电池的正极可以做一些微调，正极要比负极贵的多，硅比容上来，负极的应用比例也下来了，电池厂是考虑整个电池的成本和能效。

纳米硅基本上是掺8％，随着未来的稳定性提高，逐步掺比15、20 这样向上发展。

硅碳负极不管是锂电池的发展趋势还是固态电池的发展路线都是绕不开的一环，是最为确定的一环增量。

今天其中的翔丰华大涨15%，其余的龙头博迁新材、多氟多都没有大涨，存在补涨可能性。

2.3固态电解质

固态电池有聚合物、氧化物和硫化物三类技术路线。

欧美企业偏好氧化物和聚合物体系，而丰田、三星为首的日韩企业则更热衷于硫化物体系。其中，氧化物性能最为均衡且发展速度较快，硫化物潜力最大。

固态电池使用固体电极和固体电解质。固态电池的核心是固态电解质，主要分为三种：聚合物、氧化物与硫化物。国内清陶能源、卫蓝新能源、赣锋锂业，美股上市公司QuantumScape，均以氧化物固态电解质体系为主(按重量占比）

离子导电率：硫化物>氧化物>聚合物。

聚合物路线：

PEO固态聚合物、聚碳酸酯体系、聚丸氧基体系与聚合物锂单离子导体基体系，其主要提升空间在混合多种材料、更新材料等方式发展。

珈伟新能：本来它是聚合物电池的龙头。但根据公司战略规划，公司以大力发展新能源电力业务为主，锂电池相关业务已经不再生产。

氧化物路线：

主要包含薄膜型，非薄膜型，主要发展方向是参杂同种异价元素。

LiPON（锂磷氧氮）薄膜型、非薄膜型（钙钛矿型、石榴石型、NASICON型、LiPON型）、LLZO（石榴石型锂镧锆氧）、锂镧锆钛氧LLZTO。

如果极片与固态电解质之间接触不好，并且极片内部没有足够的锂离子扩散通道，锂离子迁移将受到影响，降低了电池的容量。所以一般利用固态电解质包覆到正负极活性材料，确保材料颗粒间锂离子通道畅通性。所以正负极还要涂覆LLZO。

东方锆业/三祥新材：因为固态电解质三大体系（氧化物、硫化物、聚合物），其中现在最常用的就是氧化物体系，氧化物中最常见的是LLZO（石榴石型锂镧锆氧）。

硫化物路线：

主要分为Thio-LiSIN型、LiGPS型与Li-aegyrodite型。

固态电解质在传导锂离子的同时，也起到了隔膜作用，可以阻止电子传输，替代了传统锂离子电池中的液体电解质和隔膜。欧美企业偏好氧化物和聚合物体系，而丰田、三星为首的日韩企业则更热衷于硫化物体系。其中，氧化物性能最为均衡且发展速度较快，硫化物潜力最大。

固态电解质的详解其实主要看中游的固态电池厂商的选择，见下面中游产业链详解。总的来说，如今主流是氧化物电解质，但是硫化物更有潜力。

LiGPS锂锗磷硫：

云南锗业：全球已经探明锗资源的储量8600吨，其中美国锗资源储量3870吨,占全球储量的45%，居于首位；中国第二，储量3500吨，占全球储量的41%，其中云南锗业占900吨，占中国储量的26%。

驰宏锌锗：同样位于云南，拥有铅锌、钼等金属矿山，其中自有铅锌矿中伴生锗、银、金、铋、镉、锑等多种有价金属。公司保有铅锌资源量超3200万吨，已探明锗资源储量超过600吨。

2.4粘结剂

固态电解质粘结剂包括PVDF和氢化丁睛橡胶(HNBR)。

氢化丁睛橡胶(HNBR)是由丁晴橡胶(NBR)经过催化加氢制得的新型弹性体。在锂电领域可用作粘结剂、分散剂、固态电解质等，有望替代部分PVDF市场。

阿朗新科产能11000吨/年，采用均相溶液加氢法；日本瑞翁产能12500吨/年，采用非均相溶液加氢法；赞南科技产能1000吨/年，采用均相溶液加氢法；道恩股份现有1000吨/年氢化丁腈橡胶生产能力，另有2000吨/年产能正在建设中，公司采用均相溶液加氢法。

HNBR：道恩股份

PVDF产能如下图：

2.5隔膜

固态电池的隔膜是会被固态电解质一同取代掉的。仍有厂家进行研发：

山东章鼓：公司增资的喀什安德致力于新型半固态、固态电解质膜的开发和应用，目前已经完成半固态、固态电解质膜前期验证性开发，并对使用新型电解质膜的锂电池进行了测试。

目前生产固态电池膜的生产线，对于锂离子，钠离子，锌离子电池的固态膜均为共线生产，目前的产能为每天1000平方米固态膜，且已经有少量订单。

豪鹏科技：目前已完成电极界面成膜、过充项目、固态锂电池的研究成果输出

恩捷股份：已与北京卫蓝、溧阳天目先导成立合资公司江苏三合，进行半固态电池隔膜的研发和生产。

美联新材：子公司已覆盖动力电池、储能电池、3C数码电池、半固态电池所需的湿法隔膜。

2.6铝塑膜

铝塑膜产品可以用于固态电池和半固态电池。

2.7其他相关材料

瑞泰新材：部分产品已作为固态电解质或添加剂进入固态电池客户供应链。公司的部分新型锂盐产品在固态锂离子电池等新型电池中已形成批量销售。

利民股份：子公司卓邦新能源科技有限公司拟投资建设的新能源项目包含双氟电解质LiFSI、六氟磷酸锂、功能添加剂、电解液。可应用于锂电池、钠电池、固态电池。

温州宏丰：生产的新能源电池用复合材料可应用于固态电池上。公司的钾电池精密结构件用复合材料应用于三元钾电池，已配套于国内知名的新能源汽车电池相关的广家。

宝明科技：锂电复合铜箔可应用于固态电池

莱尔科技：公司将加大研发投入，开发用于固态电池的改性集流体和应用于高镍三元电池的高安全性改性集流体，增强公司的技术实力。

3.中游游产业链拆解

中游产业链主要就是固态电池厂商，如今固态电池的厂家主要有清陶能源、卫蓝新能源、赣锋锂业、国轩高科、孚能科技、QuantumScape、丰田、辉能科技等等。下面进行详细介绍进展：

3.1清陶能源

技术路线：

第一代进展：已经准备上车

第二代电池：类固态，正极三元高镍，镍锰，负极含锂的复合负极，电解质中液体含量小于5%，基于第一代氧化物与聚合物的复合IPC电解质中添加卤化物及硫化物。工艺上隔膜，类隔膜完全消失。能量密度400-500wh/kg。

第二代进展：实际完成了小试，正在进入中试阶段一代电池，这一代电池是为了解决能量密度在400-500Wh/Kg的体系问题，从标志性液含量的角度来说是小于5%的，主要的正极材料，包括了高镍和镍锰二元层状的正极材料。

第三代电池：全固态，正极无锂缺锂材料，负极金属锂或含锂合金，固态电解质沿用IPC电解质体系。能量密度超过500wh/kg。

第三代进展：没有任何一滴液体的添加，目前已经完成了实验室阶段的验证，正在进行产线的设计和工艺开发相关的工作。

清陶产能：

已有1.7GWh，同时10gwh固态电池项目已经开工，目前估值超过200亿。车企上汽已经是第二次参投，北汽则是第三次参投。

2022年2月份，总投资50亿元的清陶新能源固态锂电池产业化项目在昆山开发区破土动工，产能规划10GWh，达产后预计新增年产值100亿元

1）达产：宜春清陶动力固态锂电池项目（一期）投资5.5亿元，21年达产，年产能1GWh。

2）在建：昆山清陶新能源固态锂电池产业化项目22年2月开工，预计23年5月完成土建施工，23年年内投产，建筑面积约28万平方米，总投资50亿元，达产后预计新增产值100亿元，新增产能10GWh。

3.2卫蓝新能源

技术路线：

①正极为高镍多元材料、富锂锰基材料。

②负极材料大概为硅碳负极材料（见上游产业链分析）

③隔膜仍然存在（合作商：恩捷股份）

④粘合剂采用PVDF（见上游产业链分析）

⑤电解质开发了LATP（磷酸钛铝锂）包覆LCO（钴酸锂）的体系，这里面PEO（聚环氧乙烷材料）也表现出来可以在3-4.2V良好的循环；固态LATP包覆LCO体系可以实现3-4.6V比较好的循环特性。

产能：

目前公司已经规划了北京房山、江苏溧阳、浙江湖州和山东淄博4大生产基地。

1）山东淄博基地：22年2月开工建设，项目一期投资102亿元，规划年产能20GWh。

2）浙江湖州基地：21年10月启动湖州基地车规级固态动力电芯产业化工程项目建设，产能2GWh，22年6月全面建成投产，22年11月基地正式下线第一颗固态动力电芯；22年11月湖州基地签约20GWh固态电池项目，总投资139亿，项目达产后预计实现年销售收入200亿元。

3）房山基地：规划产能8GWh，预计23年建成。

4）江苏溧阳基地：21年7月已建成0.2GWh产能（中试线）

近期合作：

1）卫蓝新能源承诺2022-2025年期间向当升科技采购总量不低于25000吨固态锂电材料；双方一致同意在高镍多元材料、富锂锰基材料、钴酸锂、磷酸铁锂、磷酸锰铁锂等锂电前沿技术领域加强交流与合作。

卫蓝新能源的车规级的固态电芯已经下线，大概率2023年初要装车。配套蔚来ET7。

2）与容百科技合作，将容百科技作为高镍三元正极材料第一供应商

3）恩捷股份：与卫蓝新能源、天目先导签订了《战略合作框架协议》，三方在面向未来研发新技术、新产品、新工艺及实现合作目标方向上达成战略伙伴关系，共同设立固态电解质涂层隔膜公司，合作研发及生产涂层隔膜及特种定制涂层隔膜

4）天目先导：溧阳天目先导电池材料科技有限公司成立于2017年，是一家专注于锂离子电池新型高端纳米硅碳负极材料研发、生产和销售的国家高新技术企业，核心技术领导人正是陈立泉和李泓.

3.3赣锋锂业

技术路线：

中科院宁波材料所许晓雄团队。

赣锋锂电的固态电池采用氧化物厚膜技术路线。

第一代混合固液电解质电池产品以三元为正极，采用柔性固态电解质，以石墨为负极，能量密度达235～280Wh/kg，业已实现装车应用。

第二代固态锂电池采用三元正极、固态隔膜和含金属锂负极材料，目前该产品能量密度超过350Wh/kg，循环寿命接近400次。

产能：

2022年8月，公司公告将赣锋锂电在江西新余高新技术产业开发区的年产5GWh新型锂电池项目建设规模提高到年产10GWh，项目总投资为不超过62亿元，计划在2023年10月全部工程竣工投产。

赣锋还将在重庆两江新区的年产10GWh新型锂电池科技产业园及先进电池研究院项目建设规模提高到年产20GWh。

产能基地规划：

1）重庆两江新区基地：21公司年报披露在重庆建设年产10GWh锂电池产业园和先进电池研究院项目（研究院针对固态电池），22年7月该基地开工建设；22年8月公司公告披露该项目产能扩大至20GWh，预计24年内投产，项目产品包括第二代固态电池、磷酸铁锂电池等。

2）江西基地：一期规划产能5GWh，22年1月投产，22年8月公司公告披露该项目产能扩大至10GWh，其中新增5GWh 年产能包括新型锂电池项目和高比能固液混合锂动力电池研发产业化项目，预计23年内投产。

3）东莞基地：公司23年1月公告称将在东莞市投资建设年产 10GWh新型锂电池及储能总部项目，项目建设内容包括磷酸铁锂、半固态电芯、轻型动力电池、户外便携储能电源、户用储能、工商业储能系统等研发基地及生产线。

4）重庆涪陵高新区基地：公司23年1月公告称，将于重庆涪陵建设年产 24GWh动力电池项目，产品规划包括磷酸铁锂电池、三元锂电和固态电池、BMS电源管理系统开发、电池研发及测试中心等

近期合作：

2022年5月：今年预计逐步释放2GWh产能的半固态电池的第一代产品，目前已在东风E70上实现装车，实测续航超过400公里。目前赣锋的第一代单体能量密度实际上跟目前液态电解质的三元锂电池在同一水平(260Wh/kg)，安全性有所提高。

2022年8月：公司与广汽埃安签署战略合作协议，与辽宁曙光汽车集团签署战略合作协议。

3.4国轩高科

近期进展：

2023.1：国轩高科高安全半固态电池，单体能量密度达360Wh/kg，配套车型的电池包电量达160KWh，续航里程超过1000km，匹配客户需求预计2023年批量交付。

另外，国轩高科单体能量密度400Wh/kg的三元半固态电池也已经有了实验室原型样品。

3.5孚能科技

已有半固态产品实现量产装车。专注于三元软包技术路线的孚能科技为东风岚图追光的半固态电池提供了电芯和模组.

半固态电池：

第一代产品：引入半固态凝胶电解质，显著降低针刺过程电池温度，可通过100%SOC刺穿测试。此外循环寿命显著提升（常温循环可达2000次，容量保持率85%以上，同等条件下普通液态电池循环1200次，容量保持率只在80%左右）。

第二代产品：将对固态电解质材料和电解质膜进行优化，优化的电解质膜成膜性好，200℃无明显的热收缩，遇火只冒烟不起火，能通过电芯针刺实验，同时电池能量密度、高低温、倍率性能、循环寿命等性能不受影响。公司还计划推出第三代半固态电池产品，但具体性能未透露。

3.6辉能科技

技术路线：

第一代类固态电池：沿用液态电池正负极，同时正极从NCM622升级到NCM811，负极从石墨转向高SiOX含量（14%以上）的石墨复合物。

第二代固态电池：减少活性材料的使用量，正极为HNCA/HNMC，负极为金属锂或纯硅。目前其PLCB和BLCB固态电池均为第一代产品。

近期进展：

正考虑投资80亿美元新建超级工厂，2023年年初完成选址。

中国台湾辉能科技是发布第一代固态氧化物的基础电解质技术平台，创造出柔性具基本导电性的电解质。全球首创“固态陶瓷电解质”的锂电池，改用抗压的固态陶瓷电解质取代隔离层和电解液，安全性有保障且固态锂电池不会起火或爆炸，PLCB 的能量密度已高于大部分现有电动车电池，成功提升优良率及产能且降低制造成本。目前产品应用的领域是微型电子、消费电子领域、3C产品等。

项目内容包括建设2GWh、5GWh固态锂陶瓷电池芯产业化项目，并将考虑与车企合资建置产线等。项目全部建成达产后预计将实现年销售产值300亿元以上。

南都电源已与辉能科技达成固态锂电池合作共识，共同推进固态锂电产业化；参股新源动力，布局燃料电池行业。

战略合作：

1）与奔驰：22年1月，梅赛德斯-奔驰与辉能科技签署了共同开发下一代电池的技术合作协议，奔驰投资金额达数百万欧元。首款搭载全新的固态电池车型预计将在未来几年推出，并将逐渐在未来五年搭载在一系列乘用车当中。

2）与FEV：22年6月，FEV宣布与辉能科技签订合作意向书，将基于辉能科技独家的固态电池技术，结合双方的专业知识携手开发固态电池能源储存方案。（FEV集团是一家独立的国际领先、拥有自主整车及动力总成软硬件开发能力的服务供货商，总部位于德国亚琛）