新材料系列报告（一）：固态电池潜力获验证，关注动力电池金属新需求

2024年01月12日有色金属 证券研究报告 新材料系列报告（一）：固态电池潜力获验证，关注动力电池金属新需求 投资评级领先大市-A维持评级 事件：PowerCo固态电池耐力测试结果出炉 首选股票目标价（元）评级 2024年1月4日，大众汽车的电池子公司PowerCo宣布，公司使用QuantumScape固态电池进行耐力测试，结果表明其可实现50万公里的超长寿命，并且几乎不会出现续航衰减。PowerCo表示，QuantumScape电池“实现了1000多次充电循环，容量仍超过95%”，有力证明了固态电池的潜力。 固态电池：能量密度、安全性领先的“下一代动力电池” 固态电池具有高能量密度、高安全性、体积小等优点，被视为突破电动汽车性能限制的终极解决方案。固态电池因电解质固态化，不含易燃易爆易挥发的成分，可消除电池漏液、锂枝晶生成等风险。固态电解质具备高稳定性，有助于延长电池循环使用寿命，拓宽电池适用的温度范围。 固态电池在材料、界面、技术、成本上仍面临较多挑战。材料方面，目前仍然缺乏高效的电解质材料，目前主流的氧化物、聚合物、硫化物电解质性能各有不同，技术分歧仍然存在。界面方面，固态电池的固态电解质与电极之间的固-固界面，物理接触下容易产生裂缝和气孔，限制界面处锂离子传输，化学接触下，界面处的（电）化学副反应导致界面稳定性下降，增大界面阻抗。成本方面，固态电池工艺复杂性上升，在电极、电解质、界面工程等方面生产工艺提升均有待突破，生产制造成本仍然居高不下。 覃晶晶分析师SAC执业证书编号：S1450522080001qinjj1@essence.com.cn 周古玥联系人SAC执业证书编号：S1450123050031zhougy@essence.com.cn 相关报告 美 元 指 数 反 弹 金 属 价 格 承压，PSL支持重启政策驱动积极2024-01-07降息预期升温叠加国内流动性宽松，金属震荡偏强2024-01-01资源为王：全球锂矿23年三季报更新2023-12-25几内亚供给扰动铝价走强，美元指数走弱提振金属价格2023-12-24降息预期渐浓，贵金属及工业金属企稳反弹2023-12-17999563349 在液态电池向全固态电池转型过渡期间，半固态电池成为折中方案。国内多家电池企业已达到量产状态。半固态电池保留了少量电解液，较传统液态电池能量密度更高，较固态电池制造工艺难度更小。2022年1月，批搭载赣锋锂电固态电池的东风E70电动车正式完成交付。卫蓝新能源预计2024年4月向蔚来批量供货半固态电池(电池容量150kWh)。清陶能源完成了与上汽联合开发的第一代半固态电池装车实验，预计将于2024年在上汽智己汽车平台上实现量产。蜂巢能源推出方形半固态电池，即二代果冻电池新品，该电池目前已经完成A样开发。 产业进展：海内外车企和电池企业积极布局 国内外车企，包括东风集团、广汽埃安、蔚来等已在固态电池及半固态电池搭载方面积极布局。全固态电池方面，广汽埃安预计2026年 将实现全固态电池量产搭载，其中昊铂将率先采用。半固态电池方面，上汽集团预计2024年起，半固态电池将在公司不同车型上实现量产应用。蔚来在2023年12月创始人李斌直播完成1044公里续航驾驶，测试车辆搭载蔚来150度半固态电池包，该款半固态电池由卫蓝新能源提供。 海外其他多家电池企业开展固态、半固态电池研发，并已与宝马、Stellantis实现合作。Solid Power已生产出首批固态电池A-1样品并交付给了宝马汽车，按规划预计第一辆采用全固态电池技术的BMW原型车，将在2025年前问世。Factorial Energy据称已成功运用锂金属阳极的100Ah电芯已向Stellantis送样。 固态电池关注标的：锆、锗、锂 固态电池市场空间广阔，固态电池氧化物电解质路线对锆、镧元素存在需求，硫化物电解质路线对锗存在需求。含锆复合氧化物和含锆复合氯化物做为新能源固态电解解质，表现出了良好的电化学性能，具有可靠的安全性和低成本优势。硫化物电解质路线中，锗元素是晶态硫化物的重要组成元素。硫化物电解质具有高离子传导性和高变形性，但也存在易氧化和界面稳定性较差等问题。晶态硫化物电解质主要类型包括硫银锗矿型（Argyrodite）、LGPS（锂锗磷硫）型，对锗元素有较大需求。建议关注：东方锆业、三祥新材、云南锗业、驰宏锌锗等。 固态电池在提升高能量密度的核心诉求下，负极材料有望自传统的石墨负极，转向更多采用硅碳负极、甚至转向金属锂负极。锂具备高容量和低电位优点，是最具潜力的负极材料之一。目前锂离子电池的负极材料多采用石墨，因其具备高导电率和高稳定性的优势，但石墨理论比容量较低。而金属锂具备高容量和低电位的优点，在全固态电池中，锂枝晶生长可被抑制，是最具潜力的负极材料之一。建议关注：赣锋锂业、天齐锂业等。 风险提示：宏观经济表现不及预期，金属价格大幅波动，需求不及预期 内容目录 1.事件：PowerCo固态电池耐力测试结果出炉.....................................42.固态电池：能量密度、安全性领先的“下一代动力电池”............................43.产业进展：海内外车企和电池企业积极布局.....................................54.固态电池关注标的：锆、锗、锂...............................................64.1.电解质：氧化物路线关注锆、硫化物路线关注锗...........................74.1.1.锆：氧化物路线的重要电解质原料...................................74.1.2.锗：硫化物路线电解质含锗........................................74.2.锂：具备潜力的负极材料...............................................85.风险提示...................................................................9 图表目录 图1.锂离子电池和固态电池对比................................................4 表1：固态电池不同技术路线对比...............................................5表2：国内电池企业固态、半固态电池进展.......................................5表3：部分车企固态电池搭载进展及远期规划.....................................6表4：海外电池企业固态电池研发进展...........................................6表5：液态电池和固态电池对比.................................................7表6：东方锆业锆资源（截至2023年8月）......................................7 1.事件：PowerCo固态电池耐力测试结果出炉 2024年1月4日，大众汽车的电池子公司PowerCo宣布，公司使用Quantum Scape固态电池进行耐力测试，结果表明其可实现50万公里的超长寿命，并且几乎不会出现续航衰减。PowerCo表示，Quantum Scape电池“实现了1000多次充电循环，容量仍超过95%”。PowerCo首席执行官Frank Blome表示：“这些测试结果令人振奋，有力地证明了固态电池的潜力。最终，这项技术可能带来续航里程长、充电超快、几乎不会衰减的电池。我们对固态电池充满信心，并将与合作伙伴QuantumScape一起全力推进量产。” 2.固态电池：能量密度、安全性领先的“下一代动力电池” 固态电池被称为最具潜力的“下一代动力电池”，具有高能量密度、高安全性、体积小等优点，被视为突破电动汽车性能限制的终极解决方案。与现今普遍使用的锂离子电池和锂离子聚合物电池相比，固态电池使用的是固体电极和固体电解质，一般功率密度较低，能量密度较高。传统锂电池在充放电过程中，存在生成锂枝晶刺破隔膜的风险，也存在电解液在高温下发生副反应、氧化分解、发生燃烧的风险。固态电池因电解质固态化，不含易燃易爆易挥发的成分，可消除电池漏液、锂枝晶生成等风险。固态电解质具备高稳定性，有助于延长电池循环使用寿命，拓宽电池适用的温度范围。 资料来源：《固态电池的开发现状及应用思考》，国投证券研究中心 作为固态电池的核心，固态电解质主流的技术路径有三种：聚合物、氧化物与硫化物。 -聚合物固态电池：易于加工，但热稳定性有限，电导率偏低。 -氧化物固态电池：具备较好的电化学稳定性和热稳定性，目前发展速度较快，但也存在界面接触较差，电解质片脆度高导致加工难度高的问题。Quantum Scape电池即属于氧化物固态电池。 -硫化物固态电池：电导率最高，质地软易于加工，发展潜力强，但原材料成本高，易氧化，产业化程度较低。 固态电池在材料、界面、技术、成本上仍面临较多挑战。材料方面，目前仍然缺乏高效的电解质材料，目前主流的氧化物、聚合物、硫化物电解质性能各有不同，技术分歧仍然存在。界面方面，固态电池的固态电解质与电极之间的固-固界面，物理接触下容易产生裂缝和气孔，限制界面处锂离子传输，化学接触下，界面处的（电）化学副反应导致界面稳定性下降，增大界面阻抗。成本方面，固态电池工艺复杂性上升，在电极、电解质、界面工程等方面生产工艺提升均有待突破，生产制造成本仍然居高不下。 在液态电池向全固态电池转型过渡期间，半固态电池成为折中方案，国内多家电池企业已达到量产状态。半固态电池保留了少量电解液，较传统液态电池能量密度更高，较固态电池制造工艺难度更小。2022年1月，批搭载赣锋锂电固态电池的东风E70电动车正式完成交付。卫蓝新能源预计2024年4月向蔚来批量供货半固态电池(电池容量为150 kWh)。清陶能源完成了与上汽联合开发的第一代半固态电池装车实验，预计将于2024年在上汽智己汽车平台上实现量产。蜂巢能源推出方形半固态电池，即二代果冻电池新品，该电池目前已，目前已经完成A样开发。 3.产业进展：海内外车企和电池企业积极布局 国内外车企，包括东风集团、广汽埃安、蔚来等已在固态电池及半固态电池搭载方面积极布局。全固态电池方面，广汽埃安预计2026年将实现全固态电池量产搭载，其中昊铂将率先采用。半固态电池方面，上汽集团预计2024年起，半固态电池将在公司不同车型上实现量产应用。蔚来在2023年12月创始人李斌直播完成1044公里续航驾驶，测试车辆搭载蔚来150度半固态电池包，该款半固态电池由卫蓝新能源提供。 海外其他多家电池企业开展固态、半固态电池研发，并已与宝马、Stellantis等实现合作。QuantumScape的固态电池，1月通过了德国大众公司的50万公里耐久性测试。SolidPower已生产出首批固态电池A-1样品并交付给了宝马汽车，按规划预计第一辆采用全固态电池技术的BMW原型车，将在2025年前问世。Factorial Energy据称已成功运用锂金属阳极的100Ah电芯已向Stellantis送样。 4.固态电池关注标的：锆、锗、锂 固态电池市场空间广阔，全产业链电解质材料、金属锂负极等环节有望受益。据SNEResearch的测算，2025年我国固态电池市场空间有望达30亿元，2030年有望达到200亿元。 -电解质：固态电池氧化物电解质路线对锆、镧元素存在需求，硫化物电解质路线对锗存在需求。 -负极：固态电池在提升高能量密度的核心诉求下，负极材料有望自传统的石墨负极，