锂离子电池及关键材料技术发展与研判：动力与储能齐飞，群雄启航新征程

动力与储能齐飞，群雄启航新征程——锂离子电池及关键材料技术发展与研判2022年9月28日证券研究报告证券分析师陈骁证券投资咨询资格：S1060516070001CHE NXIAO397@PINGAN.COM.CN张之尧一般证券业务资格：S1060122070042Z HANGZHIYAO757@PINGAN.COM.CN皮秀证券投资咨询资格：S1060517070004PI XIU809@PINGAN.COM.CN 2摘要※•电池行业：呈现高技术壁垒和规模经济。磷酸铁锂电池成本低、寿命长、安全性好，适合于商用车、中低端乘用车、储能等领域。三元电池比容量高、快充性优、耐低温性好，适合于中高端乘用车。动力电池行业高速发展，磷酸铁锂电池重回主导，高比能量、高安全、长寿命、快充是主要方向。储能电池市场高速增长，大型储能是主要应用市场，电芯以280Ah以上方形为主，向更大容量、低成本、长寿命和高安全方向发展；户储以100Ah以下小电芯为主，圆柱、软包、方壳封装形式均有。•电池材料：三元正极和隔膜材料呈现高技术壁垒，磷酸铁锂、负极材料、铜箔、电解液呈现较强的规模经济。正极、负极、电解液、铜箔、隔膜是锂电池主要直接材料成本。目前三元材料和负极材料2025年前产能需求紧张，磷酸铁锂、电解液、锂电铜箔到2025年存在产能结构性过剩风险。技术上，磷酸锰铁锂材料蓄势待发，高镍、低钴、单晶等三元材料技术持续迭代，硅基材料适合圆柱动力电池，电解液新型锂盐LiFSI将实现快速增长，涂覆隔膜、三层共挤干法隔膜技术快速发展。PET铜箔有望实现产业化。•新型电池技术：钠离子电池正在构建产业链，利好具有深厚技术实力的新兴企业；固态电池未来前景良好，需要强有力的资金支持和技术积累。•投资机遇：1）动力电池呈现高技术壁垒、品牌效益和规模经济，建议关注具有技术积累和新扩产能的中创新航、国轩高科、亿纬锂能；储能电池注重企业品牌渠道和成本，建议关注深耕储能和新扩产能的鹏辉能源、派能科技。2）电池材料方向，三元正极和隔膜呈现高技术壁垒，磷酸铁锂、负极、电解液、锂电铜箔呈现较强的规模经济。三元正极高镍、低钴/无钴、单晶、高电压、四元等技术迭代，建议关注三元高镍出货量较高的容百科技、华友钴业（天津巴莫）。涂覆隔膜、三层共挤干法隔膜发展迅速，建议关注该技术领先的恩捷股份、星源材质。建议关注快速扩产的磷酸铁锂龙头企业湖南裕能、德方纳米、万润新能；目前国内人造石墨负极产能偏紧，建议关注产能一体化发展和大力新扩产能的贝特瑞、璞泰来。电解液产业链一体化布局降本增效明显，建议关注材料一体化布局程度较高的天赐材料、新宙邦。锂电铜箔方向建议关注在极薄化方向实现供货的龙电华鑫、诺德股份。3）钠离子电池方向建议关注钠离子技术积累较高的中科海钠（非上市）。固态电池方向建议关注攻关硫化物/氧化物技术路线的卫蓝新能源（非上市）、蜂巢能源（非上市）。•风险提示：1）疫情导致产业链需求不及预期风险。2）技术路线变化风险。3）原材料价格波动风险。4）市场竞争加剧风险。 CONTENT目录锂离子电池：铁锂和三元各有所长，降本增效是关键1.1 总体概况：铁锂和三元各有优势，方形综合性能最优1.2 动力电池：高比能量/高安全/长寿命/快充是主要方向1.3储能电池：磷酸铁锂低成本、长寿命，是国内主流路线电池材料：新型材料有效提升电池性能2.1总体概况：以五大关键材料为主，资源供应端是机会2.2 正极材料：磷酸锰铁锂蓄势待发，高镍/低钴/单晶快速发展2.3 负极材料：硅基材料提升电池容量，适合圆柱电池2.4 电解液：新型锂盐有望快速增长，添加剂开发和配方是关键2.5 锂电铜箔：PET铜箔提升综合性能，加速实现产业化2.6 隔膜：新型隔膜基材和湿法涂覆是重点研发方向新型电池技术：性能优越有效降本，有望抢滩动力和储能应用3.1 钠离子电池：有望入局储能和入门级电动车市场3.2 固态电池：车规级硫化物及氧化物固态电池有望率先应用投资建议与风险提示 4总体概况：锂离子电池卓越性能使其成为最佳的储能载体1.1•锂离子电池是指以锂为能量载体的二次电池（充电电池），充电时锂离子从正极脱出，经过电解液和隔膜，嵌入负极，放电发生相反过程，又称摇椅式电池。•锂是常温下电荷/质量比最高的固体物质，使锂离子电池成为能量密度最高的储能单元。同时，锂离子电池还具有寿命长（循环寿命超过2000次）、额定电压高（3.2-3.7V）、功率承受能力高（三元电池可达到3C充放电能力）、自放电率低、高低温适应性强、绿色环保等优点。•锂离子电池发展始于消费领域，目前在动力和储能领域快速发展。锂离子电池结构锂离子电池产业链全景图锂离子电池铅酸电池镍氢电池单体比能量（Wh/kg）•三元可以260•磷酸铁锂170左右•30左右•70左右循环寿命（室温）•三元电池2000次•磷酸铁锂电池5000次•普通版500-800次•铅炭电池4000次•1000次日历寿命（室温）•8年以上•普通版2年左右•铅炭电池15年•10年以上三种二次电池性能对比数据来源: GGII, 亿欧智库，平安证券研究所数据来源: GGII, 亿欧智库，平安证券研究所 5总体概况：磷酸铁锂电池成本、寿命、安全性较优，三元锂电池比容量、快充、耐低温较好1.1•锂离子电池按照正极材料不同分为磷酸铁锂电池和三元锂电池。磷酸铁锂材料生产资源丰富，成本、循环寿命和热稳定性优于三元材料，适合于商用车、中低端乘用车、储能等领域。三元锂电池理论比容量（能量密度）比磷酸铁锂高60%，充电倍率更高，低温性能好，适合于中高端乘用车等领域。磷酸（锰）铁锂电池和三元锂电池性能对比数据来源: GGII, 亿欧智库，平安证券研究所类型磷酸铁锂（LFP）磷酸锰铁锂（LMFP）镍钴锂三元（NCM）镍钴铝三元（NCA）结构橄榄石橄榄石层状层状正极材料资源LiFePO4LiMnxFe1-xPO4LiNixCoyMn1-x-yO2LiNixCoyAl1-x-yO2正极材料资源磷铁资源丰富磷铁资源丰富钴资源贫乏钴资源贫乏正极合成工艺较难较难较难难理论比容量（mAh/g）170-275-实际比容量（mAh/g）130-150-150-220150-220电压平台（V）3.24.13.73.7循环寿命（次）4000-6000-2000-30002000-3000充电速度较慢较慢快快安全性能优优良良倍率性能一般较优优优综合成本低较低高高优点安全性好，循环寿命厂，成本低安全性好，比容量高，成本低比容量高；倍率性好缺点能力密度低，低温性能差；存在两个电压平台安全性低，循环寿命短应用领域商用车、中低端乘用车、储能等中高端乘用车等 6总体概况：方形电池综合性能最优，软包电池能量密度最高，圆形电池一致性较高1.1•锂离子电池按照封装工艺不同分为方形电池、软包电池和圆柱电池。•方形电池优点是封装可靠度较高、结构简单、单体能量密度较高、系统成组效率较高、稳定性相对较好，缺点是型号多，工艺难统一，单体差异性较大，使系统寿命低于单体寿命。•软包电池采用铝塑膜包装，优点是能量密度较高，电池内组小、循环寿命长，缺点是高端铝塑膜依赖进口、生产效率低、成品率不高。•圆柱电池硬壳封装可靠度较高，优点是电池一致性较高，工艺成熟，成本较低，电池产品良率、散热性能较好，但缺点是成组后散热设计难度大，系统能量密度较低。三种锂离子电池优缺点分析电池类型方形电池圆柱电池软包电池优点封装可靠度高；安全性高；系统能量效率高；能量密度较高；结构较为简单，扩容相对方便；单体容量大，系统构成相对简单，稳定性好；续航能力突出散热性能提升，能量密度提升，温升降低，倍率性能提升尺寸变化灵活；能量密度高；重量轻；内阻小缺点型号多，工艺难统一，单体差异性较大；在大规模应用中，存在系统寿命远低于单体寿命的问题注液效率低；成组效率低导致电池包能量密度不高，生产工艺难度大机械强度差；封口工艺难；成组结构复杂；设计难度大；成本性、一致性、安全性表现一般锂离子电池按封装工艺不同分类数据来源：GGII，钜大锂电, 平安证券研究所锂离子电池方形电池软包电池圆柱电池封装材料：铝壳/钢壳铝塑膜钢壳/铝壳数据来源: GGII, 亿欧智库，平安证券研究所 7动力电池：行业高速发展，磷酸铁锂电池重回市场主导地位1.2•中国动力电池装机量保持高速增长势态，到2025年年均复合增长率达到49%。受中国新能源汽车快速增长拉动，中国动力电池装机量2022年上半年达到110.1GWh，同比增长109.8%，预计2022年装机量超过280GWh，2025年将超过750GWh。•磷酸铁锂动力电池重回主导地位。近三年内，随着政策补贴力度下降，磷酸铁锂在成本、安全方面的优势逐渐显现，市场装机快速上升，市场占比逐年提升，2021年实现对三元电池装机量的反超，2022年上半动力电池份额增至到55%。数据来源: 中国汽车动力电池产业创新联盟，亿欧智库，平安证券研究所58%66%61%48%45%39%33%38%52%55%0%20%40%60%80%100%20182019202020212022H1三元磷酸铁锂其他数据来源: 亿欧智库，GGII, 平安证券研究所2 019-2025年中国动力电池装机量及预测（GWh）2 018-2022H1年中国动力电池产品结构装机量占比变化62.2 63.6 154.5 282.4 430.0 602.0 755.0 9%2%143%83%52%40%25%0%25%50%75%100%125%150%02004006008002019202020212022E2023E2024E2025E动力电池装机量增长率 8动力电池：企业竞争呈现一超一强多雄，头部企业进入快速扩张期1.2•企业竞争呈现一超一强多雄格局。一超是指宁德时代，占据国内近一半市场份额。一强指比亚迪，凭借刀片电池和汽车制造一体化布局快速扩张，增速较快，占据约23%市场份额，2020年-2022年H1市占率快速上升。多雄指中创新航、国轩高科、孚能科技、蜂巢能源等，2020年-2022年H1市占率呈稳步上升趋势。•头部企业进入快速扩张期。据不完全统计，截至2021年底，国内6家头部企业在建产能合计超1.5TWh，是已有产能的2.7倍，产能扩张迅速。93.7248.67.12.92.401002003004005006002021装机量2021年底产能在建产能宁德时代比亚迪中创新航国轩高科孚能科技蜂巢能源数据来源：GGII，Wind，平安证券研究所数据来源：GGII, 起点锂电大数据，平安证券研究所注：2021年时代上汽装机量并入宁德时代48.4%52.5%50.0%14.5%16.8%22.9%5.9%6.1%7.1%4.7%4.6%4.9%6.7%4.5%3.2%1.1%1.7%1.7%1.7%1.7%0.7%1.2%1.4%0.9%1.80%1.6%0.8%16.9%8.4%5.6%0%25%50%75%100%2020年2021年2022年H1其他亿纬锂能欣旺达多氟多蜂巢能源孚能科技LGES国轩高科中创新航比亚迪宁德时代2 020年-2022年H1国内动力电池企业装机量占比变化2 021年6家头部动力电池企业装机量、产能、在建产能对比（GWh，不完全统计） 9动力电池：高比能量、高安全、长寿命、快充是主要方向1.2•高比能量方面，三元软包电池单体能量密度最高到达300Wh/kg。目前三元方壳电池单体比能量已接近300Wh/kg，系统能量密度达到255Wh/kg。磷酸铁锂刀片（方形）电池能量密度接近170Wh/kg，系统能量密度超过140Wh/kg。三元软包电池比能量已达到300Wh/kg，系统能量密度达到接近220Wh/kg。•高安全方面，现阶段主要通过使用本体安全、过程安全、消防安全三种方式提升电芯安全性能。本体安全主要依靠难燃和不燃电解液、高熔点隔膜和正极材料改性和包覆来提高电池的本体安全。资料来源：孚能科技，平安证券研究所动力电池单体结构体系能量密度发展历程动力电池安全防控技术技术分类详细介绍本体安全•难燃和