固态电池系列报告三：卤化物或为下一代固态电池突破方向

固态电池系列报告三：卤化物或为下一代固态电池突破方向 |报告要点 目前全固态电池量产进度加快，卤化物固态电解质因其高离子电导率、良好的形变能力和优异的电化学氧化稳定性，成为当下新的研究热点。目前国内外有布局卤化物路线的企业主要包括宁德时代、比亚迪、亿纬锂能、国轩高科、上汽清陶、吉利、一汽、湖南恩捷、松下、LG新能源、TDK等。目前，通过水介质合成法生成的含锆氯化物固态电解质由于兼顾低成本和高离子电导率优势，有望成为商业化量产首选，卤化物复合固态电解质产业化进程加快。 |分析师及联系人 张磊SAC：S0590524110005 瞿学迁 电力设备 固态电池系列报告三：卤化物或为下一代固态电池突破方向 卤化物固态电解质成当下新研究热点 投资建议：强于大市（维持）上次建议：强于大市 现有氧化物、硫化物固态电解质量产还存在技术难点：氧化物的刚性结构导致电极界面接触不良；硫化物湿度稳定性差，且其抗氧化稳定性不足。卤化物固态电解质因具有高离子电导率、良好形变能力和优异电化学氧化稳定性等优势，成为目前新研究热点。卤化物固态电解质合成方法有固相、液相和气相合成法。液相法中的水介质合成法不仅环境友好且成本低廉，被认为是商业化应用的最佳选择之一。 卤化物固态电解质技术难题迎新突破 卤化物路线主要有以下问题：1.湿度稳定性问题；2.负极/卤化物电解质界面问题。改善卤化物固态电解质湿度稳定性问题的方法主要有：1.化学掺杂，如掺杂In3+可使含氯卤化物在3%-5%湿度暴露下离子电导率保持85%，不掺杂则仅保持0.8%；2.涂覆保护层，如涂覆Al2O3可将含氯卤化物水吸收率降低至未涂覆的1/4。抑制负极与电解质界面反应的方法主要包括：1.界面改性,如将β-Li3N作为改性层可将界面阻抗降低94%；2.制备复合固态电解质，如复合PBO可降低界面阻抗97%。 含锆卤化物兼顾低成本和高离子电导率优势 相关报告 卤化物固态电解质成本高昂是目前多数企业发展卤化物路线的经济性痛点。卤化物想要达到较高离子电导率（＞1mS/cm），几乎均需使用稀土或铟基氯化物等原料进行合成，含有稀土金属元素的卤化物电解质的成本相对较高，原材料成本大多在$190/kg以上。2023年中国科技大学马骋教授团队推出Li1.75ZrCl4.75O0.5氯氧化物 固 态 电 解 质， 常温 下 离 子电 导 率 提 升 至2.42×10-3S/cm，原 材 料 成 本仅为$11.60/kg，兼顾低成本和高离子电导率优势，卤化物固态电解质商业化进程加快。 1、《电力设备：双碳支撑新能源高景气，高性能锂电趋势利好龙头》2025.03.072、《电力设备：新能源上网电量全面入市，有 望 推 动 高 质 量 风 光 储 产 品 需 求 提 升 》2025.02.11 卤化物复合固态电解质量产进程加速 松下在卤化物固态电解质领域处于领先地位，2012-2022年申请专利数达74项。国内如宁德时代、比亚迪、亿纬锂能、上汽清陶、吉利、一汽、容百科技、湖南恩捷等加速研发进度：宁德时代2024年4月申请卤化物固态电解质新专利，积极布局卤化物固态电解质；容百科技卤化物电解质在国内外多家整车及电芯客户测试中均呈现性能领先；比亚迪60Ah卤化物复合全固态成功下线，计划2027年示范装车，2030规模化量产；亿纬锂能采用卤化物复合固态，预计2028年推出400Wh/kg全固态电池；上汽清陶计划2025年底投产0.5GWh卤化物复合固态电解质,2026Q1量产，2027Q1装车；湖南恩捷计划2026-2027年实现千吨级硫卤化物固态电解质量产；国轩高科已实现卤化物样品电池制备。 投资建议：关注前瞻布局卤化物路线企业 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。卤化物单一固态电解质及卤化物复合固态电解质因其高离子电导率、良好的形变能力和优异的电化学氧化稳定性被多数企业视为新重点研发路线。我们推荐积极布局卤化物产业路线并取得相关进展的宁德时代、亿纬锂能、容百科技。 风险提示：技术推进不及预期；政策变动风险；需求不及预期。 扫码查看更多 投资聚焦 核心逻辑 目前全固态电池量产进度加快，卤化物固态电解质因其高离子电导率、良好的形变能力和优异的电化学氧化稳定性，成为当下新的研究热点。目前国内外布局卤化物路线的企业主要包括宁德时代、比亚迪、亿纬锂能、国轩高科、上汽清陶、吉利、一汽、容百科技、湖南恩捷、松下、LG新能源、TDK等。松下在卤化物固态电解质领域处于领先地位，国内厂商加速研发进度，2023-2025年间推出一系列卤化物固态电解质新专利，技术和经济性难题均有新突破。2023年中国科技大学马骋教授团队推出Li1.75ZrCl4.75O0.5氯氧化物固态电解质，常温下离子电导率提升至2.42×10-3S/cm，原材料成本仅为$11.60/kg，兼顾低成本和高离子电导率优势。目前，通过水介质合成法生成的含锆氯化物固态电解质成为研究的重点，卤化物固态电解质产业化进程加快。 投资看点 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。卤化物单一固态电解质及卤化物复合固态电解质因其高离子电导率、良好的形变能力和优异的电化学氧化稳定性被多数企业视为新重点研发路线。我们推荐积极布局卤化物产业路线并取得相关进展的宁德时代、亿纬锂能、容百科技。 正文目录 1.卤化物固态电解质成新研究热点......................................51.1卤化物固态电解质优势明显....................................51.2水介质合成法有望成为商业化量产首选...........................72.卤化物固态电解质降本增效空间大....................................92.1卤化物固态电解质技术难题迎新突破............................92.2含锆卤化物兼顾低成本和高离子电导率优势......................123.卤化物固态电解质产业化进程加快...................................133.1松下专利领跑，中国厂商加速研发进度..........................133.2卤化物复合固态电解质量产进程加速...........................184.投资建议：关注前瞻布局卤化物路线企业.............................195.风险提示.........................................................19 图表目录 图表1：硫化物、氧化物和卤化物固态电解质的性能对比图..................5图表2：卤化物固态电解质发展历程......................................6图表3：不同种类卤化物固态电解质的结构................................6图表4：卤化物固态电解质的分类........................................6图表5：卤化物固态电解质的合成方法....................................7图表6：卤化物固态电解质制备过程......................................8图表7：卤化物固态电解质制备方法......................................9图表8：Li3Y1-xInxCl₆与Li₃YCl₆在潮湿情况下变化.........................10图表9：Li3Y1-xInxCl₆与Li₃YCl₆在潮湿情况下离子电导率变化...............10图表10：在Li₃InCl₆固态电解质表面涂覆Al₂O₃的过程.....................10图表11：有无β-Li₃N界面改性层的Li2ZrCl6|Li电池界面阻抗变化情况......11图表12：固态高分子电解质薄膜的制备..................................11图表13：有/无覆盖PBO固态高分子电解质的Li3InCl6固态电解质片界面电阻.11图表14：氯化物价格..................................................12图表15：元素地壳丰度................................................12图表16：卤化物固态电解质的成本比较..................................12图表17：氯化物价格..................................................13图表18：元素地壳丰度................................................13图表19：卤化物固态电解质专利申请数量排行（2012-2022年）............13图表20：整车厂的卤化物固态电解质专利情况一览........................15图表21：电池厂的卤化物固态电解质专利情况一览........................16图表22：材料厂与研究院的卤化物固态电解质专利情况....................17图表23：海外厂商的卤化物固态电解质专利情况..........................17图表24：各企业卤化物固态电解质的最新进展............................19 1.卤化物固态电解质成新研究热点 1.1卤化物固态电解质优势明显 可实现量产的固态电解质需满足高离子电导率、低成本和空气稳定性好。目前固态电解质研究需在性能与成本中找到平衡，既要满足室温下高于10-3S/cm的离子电导率，保障足够的空气稳定性，又须将成本控制在$50/kg以内。 卤化物固态电解质成当前新研究热点。现有氧化物、硫化物固态电解质研究均面临技术难点：氧化物虽具有良好的电化学氧化稳定性，但其刚性结构导致电极界面接触不良，需通过高温工艺或浸润液态电解质进行组装；硫化物虽具备高离子电导率和优异的形变能力，但对环境湿度敏感，易发生有害水解反应而导致电导率急剧下降，且其抗氧化稳定性不足，限制了高电压正极的应用。卤化物固态电解质具有高离子电导率、良好的形变能力和优异的电化学氧化稳定性等重要特性，成为目前新研究热点。 卤化物固态电解质研究历史悠久，技术积淀深厚。卤化物材料的演进历程最早可追溯至1930年，当时研究人员首次发现卤化锂（LiX，X=F,Cl,Br,I）具有锂离子传导特性。此后，LiI固态电解质在1960年代末被开发应用于薄膜型全固态电池,该阶段开发的卤化物固态电解质在室温离子电导率方面表现不佳（<10-5S/cm），但它对于理解卤化物中的Li+扩散机制和丰富卤化物的结构原型具有重要意义。直到2018年，具有优异离子电导率和电化学稳定性的Li3YCl6（LYC）和Li3YBr6（LYB）卤化物固态电解质出现，再次掀起了卤化物固态电解质相关的新一轮研究浪潮。 资料来源：《低成本卤化物固态电解质的研究与开发》何天贤等，国联民生证券研究所 含金属元素的卤化物固态电解质可分为具有第3族金属元素、第13族金属元素和含二价金属的卤化物固态电解质三类。卤化物固态电解质的结构式为LiaMXb（M为金属元素，X=F、Cl、Br、I）。根据M元素的不同，卤化物固态电解质可分为三类：具有第3族金属元素（M=Sc、Y、La-Lu）的卤化物电解质；具有第13族金属（M=Al、Ga、In）的卤化物电解质；其他含二价金属元素（