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2024年固态电池行业研究报告

第一章行业概况

1.1简介

固态电池是一种电池科技。与现今普遍使用的锂离子电池和锂离子聚合物电池不同的是,固态电池是一种使用固体电极和固体电解质的电池。由于科学界认为锂离子电池已经到达极限,固态电池于近年被视为可以继承锂离子电池地位的电池。固态锂电池技术采用锂、钠制成的玻璃化合物为传导物质,取代以往锂电池的电解液,大大提升锂电池的能量密度。

图液态、固态电池结构对比

来源:资产信息网千际投行华金证券

和传统液态电池不同,固态电池有以下几大优势,使其在未来有望成为新一代高性能锂电池候选者。

首先,固态电池采用固态电解质,而液态电池则使用液态电解质。固态电解质通常由陶瓷、玻璃或聚合物材料构成,其固有的非液态特性使得固态电池在高温和机械应力下表现出更高的安全性。相比之下,液态电解质易燃,且在极端条件下容易引发电池起火或爆炸,安全性较低。

其次,固态电池具有更高的能量密度。由于固态电解质的使用,固态电池可以采用金属锂作为负极材料,这大幅提高了电池的能量密度,使其在同等体积或质量下能够储存更多的能量。而液态电池由于电解液的限制,其能量密度相对较低。

在循环寿命方面,固态电池同样表现优异。固态电解质与电极材料的界面更为稳定,减少了副反应的发生,从而延长了电池的使用寿命。液态电池的电解液与电极材料之间容易发生副反应,影响电池的循环寿命和性能稳定性。

固态电池的工作温度范围也更广泛。固态电解质不易冻结或蒸发,允许电池在更极端的温度条件下正常工作。而液态电池在极低或极高温度下,电解液可能会发生相态变化,影响电池的正常使用。

图全固态电池发展面临的核心科学问题

来源:资产信息网千际投行财信证券

尽管固态电池在安全性、能量密度和循环寿命等方面具有显著优势,但当前固态电池的广泛运用还存在难题。主要包括固态电解质在室温条件下的离子电导率不高、固态电解质与正负极之间界面阻抗比较大、全固态电解质成本较高等问题。因此,全固态电池的投用尚需时日。

1.2行业发展

固态电池的研究在中国始于20世纪90年代,最初集中在高校和科研机构,主要探索不同固态电解质材料的性能。进入21世纪,随着锂电池技术的普及,固态电池的研究受到更多关注,并逐渐进入产业化进程。

图中国固态电池行业发展历程

来源:资产信息网千际投行前瞻产业研究院

历来,产业发展,政策先行。自2010年以来,国家对新能源产业的重视推动了固态电池的快速发展。通过“十三五”规划和“十四五”规划等政策,国家大力支持新能源汽车储能技术的发展,固态电池成为重点支持对象,获得了大量科研经费和政策扶持。《中国制造2025》提出,2025年电池能量密度达到400Wh/kg,2030年电池能量密度达到500Wh/kg;《汽车产业中长期发展规划》提出,2025年动力电池系统比能量达到350Wh/kg。固态电池体系符合未来高能量密度趋势。《新能源汽车产业发展规划(2021—2035年)》、《工业和信息化部等六部门关于推动能源电子产业发展的指导意见》都明确提出加快固态电池的研发应用。比亚迪宁德时代等企业,以及中科院等科研机构,加大了对固态电池技术的投入,推动技术突破和产业化。在政策的扶持鼓励和企业的产研结合之下,2014年国内固态电池电池相关专利申请数量大幅上升,占总申请量的96.8%。

1.3行业现状

在过去三年,中国固态电池行业取得了显著进展。科研机构和企业在固态电解质材料、电池结构设计等方面获得了一系列国际领先的成果。部分企业如宁德时代,比亚迪,和国轩高科已经实现了固态电池的小规模试生产,2025年有望实现小批量量产。据高工锂电不完全统计,截止2023年底,国内半固态电池产能规划累计超过298GWh,落地产能接近15GWh;同期半固态电池出货突破GWh级别,有望在2024年实现5GWh级别出货。考虑到当前锂离子动力电池的复合增速与固态电池相对高成本的车型适配范围,预计2030年,量产全球锂离子可传播与转固态/半固态电池商业化产能有望初见规模,届时固态锂电池对应的续航里程或可达到液态锂电池的2-3倍,追平燃油车续航力。目前,各大行业内龙头企业将目光聚焦半固态电池落地推动工作上,以其作为液态电池向全固态电池的过渡方案。

图固态(半固态)电池产业化预估时间轴

来源:资产信息网千际投行华金证券

从股票市场表现上来说,在近一年内,固态电池在市场上的表现持续低于沪深300。与近年来大热的人工智能,芯片,虚拟现实等相比,固态电池在概念股板块的整体发展相对平缓。但由于行业具有发展潜力和广阔的应用前景,机构对于固态电池的持仓依然稳健。但是总体的营业收入以及利润在今年收经济大环境的影响下,在2024年第一季度出现了负增长。尤其是行业净利润出现了77.38%的大幅下滑,整体低于预测值。固态电池行业近一年整体走势相对低迷,之后的发展很大程度上取决于企业和相关科研机构在技术上的突破和进程。

千际投行认为,固态电池在安全性、能量密度、循环寿命及工作温度范围等方面展现出明显的优越性,尽管目前面临制造成本高、工艺复杂、科技发展等挑战,但其未来应用前景广阔,属于具备突破颠覆行业的技术方向,特别是在对电池性能要求较高的领域:如电动汽车、高能量密度储能系统等。长期来看,固态电池的持续研发和技术突破将有望引领电池技术的新一轮革新。

第二章产业链、商业模式及政策监管2.1产业链

固态电池作为电子产品的一类,其产业链和传统生产产业链一样分为上、中、下游,涵盖了从原材料开采、材料生产到电池组装和终端应用的全流程。

图固态电池产业链结构图及代表企业

来源:资产信息网千际投行华金证券

上游主要涵盖原材料及设备。原材料包括锂矿、镍矿和钴矿等关键矿产资源,这些资源是固态电池生产的基础。这些原材料进一步进入产业链上游中括正极材料、负极材料、电解质和隔膜的生产。这些材料的质量和性能直接影响固态电池的效率和安全性。生产设备如涂布机、搅拌机、注液机和辊压机等,也属于上游环节,这些设备用于电池材料的加工和制造。

中游主要集中在电池包的加工制造。这一环节包括电芯的生产和电池管理系统(BMS)的集成。电芯是固态电池的核心组件,其制造技术和工艺对电池的整体性能有着决定性影响。电池管理系统负责监控和管理电池的充放电过程,确保电池的安全和高效运行。能源管理系统(EMS)则用于优化电池组的整体性能,并实现能量的高效管理。此外,中游还涉及各种辅助材料的使用,这些材料在电池组装过程中起到关键作用。

下游则涉及固态电池的应用领域。新能源汽车是固态电池的重要市场,凭借其高能量密度和高安全性,固态电池在这一领域具有显著优势。消费电子领域也逐渐采用固态电池技术,包括智能手机和笔记本电脑等。储能系统是另一个重要应用领域,固态电池在电力储能系统中的应用前景广阔。此外,固态电池还被应用于电动垂直起降飞行器(eVTOL)、电动工具以及其他特殊应用领域,这些领域对电池的性能和安全性有着更高的要求。

2.2商业模式

固态电池由于技术暂未完善到可以确保高质量的安全量产,暂未被完全商业化,也没有大规模投入消费者市场,商业模式尚未完善。目前的固态电池预计将被广泛应用于新能源汽车以其eVTOL的生产,由车企和电池企业的紧密产研结合联动实现。

目前在我国,车企和电池相关企业普遍采用短期聚焦半固态电池技术,半固态先行放量投入市场,同时产业链中下游绑定共同研发,卡位下一代固态电池技术,预计2030年实现全固态商业化。在2024年,固态电池产业链内的企业研发和布局步伐进一步加快。2024年4月份,太蓝新能源成功制备车规级全固态电池,正在建设相关生产线,预计本年第四季度投入使用。本年,矿业巨头紫金矿业也正式入局固态电池行业,投资超5亿元建设紫金长沙新能源新材料实验基地。此基地于2024年6月24日开工,固态电池便是此基地的重要前沿技术研发项目之一。

在产研结合的大方向下,国内矿业巨头,能源企业,以及车企都在积极布局属于自己的固态电池技术,并同时推动半固态电池商业化。在固态电池这一被视为新能源汽车未来的行业内,虽然暂未有实质性可量化的商业数据及现象出现,但在技术上的竞争仍然激烈。

2.3技术发展

在国家鼓励发展的背景下,市场上涌现出一批创新能力强、技术水平高的企业,它们在技术研发、生产工艺改进和市场拓展方面取得了显著成效。从固态电池发明专利数量上看,长安汽车,宁德时代,和广汽集团在目前处于行业领先地位。

表国内固态电池发明专利数量排名

来源:资产信息网千际投行iFinD

目前,从半固态电池向全固态电池过渡的技术难关在于如何用固态电解质完全取代电解液。由此,固态电池才能真正实现高安全性、高能量密度、循环寿命性能长的优点。其中,固态电解质是关键。

图液态电池/半固态/全固态电池对比

来源:资产信息网千际投行东吴证券

根据电解质的种类,可分为聚合物、氧化物、硫化物三种路线。聚合物体系率先在欧洲商业化,优点为易于加工、生产工艺兼容、界面相容性好、机械性能好,缺点为常温离子电导率低、电化学窗口略窄、热稳定性和能量密度提升有限,因此制约了其大规模应用。

氧化物综合性能最好,优点为电化学窗口宽、热稳定性好、机械强度高,缺点为难以加工、界面相容性差、电导率一般。整体看,氧化物量产体系制备难度适中,较多新玩家和国内企业选取此路线。但是氧化物缺与正极材料兼容度差、对锂金属稳定性差、对氧气和水分敏感、存在潜在污染问题。

硫化物离子电导率最高,质地软易加工,可以通过挤压来增大界面接触,从而提升电池性能。但硫化物固态电解质存在成本高、电化学稳定性差、空气稳定性差(遇水产H2S)、生产工艺难度大等缺点,限制了其在高能量密度(高电压、锂金属)的电池应用,目前仍处于研发阶段,但后续发展潜力最大,工艺突破后,可能成为未来主流路线。

2.4政策监管

固态电池行业主要监管单位以国家市场监督管理总局为主,还包括工业和信息化部、国家卫生健康委员会、环境保护部、国家能源局等。

行业主要监管法律法规有《中华人民共和国环境保护法》《中华人民共和国专利法》《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》《中华人民共和国安全生产法》《危险化学品安全管理条例》《新能源汽车废旧动力蓄电池综合利用行业规范条件》和《中华人民共和国产品质量法》等。

自2020年起,我国首次将固态电池列为行业重点发展对象,并提出加快研发和产业化进程。此举标志着固态电池在国家能源和科技战略中的重要地位得到了确认。政府相关部门积极推动固态电池技术的创新和应用,鼓励科研机构和企业加大研发投入,力求在这一前沿领域取得突破。

图中国动力电池政策规划内容

来源:资产信息网千际投行政府官网

到2023年,国家进一步加强了对固态电池标准体系的研究,旨在为产业发展提供规范和指导。这一举措不仅有助于提升固态电池产品的质量和安全性,还将促进行业的健康有序发展。然而,尽管政策支持力度不断加大,目前我国尚未出台针对固态电池的补贴政策。固态电池行业的发展依然主要依靠市场驱动,市场需求成为推动技术进步和产业规模扩大的主要动力。

第三章财务、风险及竞争分析3.1财务分析和估值方法

我国固态电池行业尚处于概念性阶段,尚未实现大批量量产和商业化使用,处于加速研发阶段。半固态电池会在2024/2025年前逐步实现商业化,在动力电池的整体市场上逐渐形成一定规模,预计2025年左右,全固态电池将开始小规模搭载在实车上,而今年各大车企传来的好消息让这一未来变得不再遥远。

尽管市场前景在技术角度和应用前景上来看是一片叫好声,但是固态电池概念股在市场上的表现并为让许多坚定看好他的投资者感到满意。目前固态电池行业的盈利预测整体呈上升趋势。过往,在2023年由于国家加强了对固态电池行业的扶持,出台了新的政策,固体电池的营业收入预计迎来了一波飞跃。而2024年和2025年这两个行业预估的商业化元年也有较高的预测值,但是市场实际却远远低于预测。今年第一季度的营业收入低于预测值将近二分之一。由于行业未被产业化,仍在研发阶段,投入大于产出是必然现象,而未来的收入前景将取决于今年的技术突破进度。

图固态电池行业营业收入预测

来源:资产信息网千际投行iFinD

同样,市场对于固态电池的热情在下降,远不如概念刚面世时火爆。从过去一年的动态PE值可以看出,市场对于固态电池的预期逐步降低,可能是由于过去几年资金投入没有得到预期的突破和进展。各大机构和投资者比起投资,现阶段更倾向于持观望态度,等待科技的进一步动向。建议等到第三季度前后再做进一步的投资决断。

图固态电池动态P-E值(2023.6-2024.6)

来源:资产信息网千际投行iFinD

尽管固态电池有很大的发展潜力,但是其在技术层面存在的难题让他今年在国内市场走势一路下滑。和其他AI等新兴概念行业相比,固态电池的市场预期和盈利能力都处于较低水平。但由于他不可替代的优势和消费者对新能源的偏好,随着科学的进步,固态电池会迎来上涨。

不仅在国内,在国外固态电池也是近年来热门的科技发展方向。根据市场研究报告,2023年全球固态电池市场估值约为5亿美元,预计到2028年将达到30亿美元,复合年增长率(CAGR)为44.6%。这一增长主要受到电动汽车(EVs)、便携式电子设备和储能系统需求增加的推动。例如日本的丰田计划在未来几年内实现大规模商业化;美国的QuantumScape与大众等汽车制造商建立战略合作伙伴关系并专注于高能量密度和高安全性的固态电池技术,Solid Power致力于开发电动汽车的全固态电池,现已获得福特和宝马等公司的投资。

根据StockAnalysis的研究,在2020年,新能源和环保主义在美国风靡,在这一潮流的带动下固态电池公司的企业价值可高达300亿美元。但随着时间的增加,企业价值和市净率的下降可能表明资产减值或投资的回报不及预期,所以市场对QuantumScape先前过高的估值进行了修正。而且,由于欧美市场大部分消费者对于传统燃油车的偏爱以及国家政策,固态电池的应用前景在海外不如在国内广泛。在种种原因的驱动之下,QuantumScape的市场估值(Enterprise Value)和市净率(PB Ratio)都大幅下滑由此,在2021年QuantumScape的净值只有2020年的二分之一,之后的2022和2023年,市净率逐年降低但逐渐趋于稳定在1.94上下。

图QuantumScape近五年市场估值

来源:资产信息网千际投行StockAnalysis

3.2驱动因子

固态电池在近代的发展史并不久远,但其理论基础可以追溯到1831至1834年。迈克尔·法拉第发现了固态电解质硫化银和氟化铅(II),为固态离子研究奠定了基础。1950年代后期,电化学系统开始使用固体电解质,但能量密度和电池电压低、内阻高。1990年代,橡树岭国家实验室开发了一种新型固态电解质,用于薄膜锂离子电池。

2011年,Bolloré公司推出了配备30kWh锂金属聚合物(LMP)电池的BlueCar。2013年,科罗拉多大学博尔德分校开发出基于铁-硫化学物质的固态锂电池,提升了能量容量。2017年,约翰·古迪纳夫公布了使用玻璃电解质和碱金属阳极的固态电池。同年,丰田与松下深化合作,宝马、本田、现代和日产等也在开发固态电池。2018年,Solid Power获得2000万美元投资,建设全固态锂金属电池生产线。大众投资1亿美元于QuantumScape,中国青涛公司启动固态电池生产线。2020年,QuantumScape在纽交所上市,市值从30亿美元一路飞涨超过600亿美元。自此,固态电池行业正式进入大众视野,成为无数能源企业、车企、以及科研人员聚焦的重点发展方向。

观其在国内外的发展史,可以看出固态电池行业的发展受到以下多种驱动因子的推动,这些因子共同作用,促进了技术进步和市场需求的增长。

(1)技术创新和研发进展:固态电池技术的核心在于其高能量密度和高安全性,这使得它成为电动汽车、储能系统和消费电子等领域的理想选择。科研机构和企业在材料科学、生产工艺和电池结构设计方面的持续创新推动了技术的成熟和应用。例如,采用固态电解质代替传统的液态电解质可以显著提升电池的安全性和寿命。

(2)政策支持和行业标准:政府政策的支持是固态电池行业发展的重要驱动因子。中国在2020年将固态电池列为行业重点发展对象,并提出加快其研发和产业化进程。到2023年,进一步加强了固态电池标准体系的研究。尽管目前尚未出台专门的补贴政策,但政府的重视和政策引导为行业发展提供了有力支持。

(3)市场需求增长:电动汽车市场的快速增长是固态电池需求的重要驱动力。随着全球对环境保护和能源转型的关注度提升,各国纷纷出台政策推动新能源汽车的发展。固态电池由于其优越的性能和安全性,被认为是未来电动汽车电池的理想选择。此外,储能系统和消费电子产品对高性能电池的需求也在不断增加,进一步推动了固态电池市场的发展。

(4)资本投入和产业化进程:大量资本投入和产业化进程加速了固态电池技术的商业化。许多领先的电池制造商和科技公司纷纷加大对固态电池研发的投入,并开始布局生产线,进行小规模试生产。这些投入不仅推动了技术进步,也促进了生产成本的降低和规模化生产的实现。

(5)国际竞争和合作:国际竞争和合作是固态电池行业发展的另一个重要驱动因子。全球范围内的科技公司和电池制造商在固态电池技术上展开激烈竞争,同时也进行广泛合作,共同推动技术标准的制定和市场推广。跨国合作和技术交流有助于加速技术创新和市场应用。

(6)环保和可持续发展需求:随着全球对环保和可持续发展的重视,固态电池因其环保特性和可循环利用优势,逐渐成为市场关注的焦点。相较于传统电池,固态电池在生产和使用过程中对环境的影响较小,符合全球绿色发展的趋势。

综上所述,固态电池行业的发展受到技术创新、政策支持、市场需求、资本投入、国际竞争与合作以及环保需求等多方面因素的驱动。这些因子的共同作用将持续推动固态电池技术的进步和市场的扩展。

3.3风险分析

目前,由于固态电池全面商业化和大规模量产还未变成现实,没有稳定的商业收入,在投入不断加大的情况下,该概念板块2024年第一季度的净利润出现了负增长。综合来看,此行业在多层面上存在以下几个方面的风险:

(1)技术风险:根据2022-2023年的情况来看,固态电池技术攻关不及预期,下游应用进展低于预期:半固态电池技术仍不成熟,循环次数、倍率性能较差,同时未形成规模量产,成本价格较高,因此下游应用进展存在低于预期的风险。此外固态电池多数仍处于实验室阶段,商用化时间存在较大不确定性,从实验室走向市场仍有难度。但是进入2024年,固态电池的量产生产线已初具成效,多家公司齐头并进出现了技术突破。行业内龙头公司的技术进步如:太蓝新能源车规级全固态电池的成功制备以及宁德时代固态电池成熟度的大幅提高等,都使预期边际变化较大。但是具体的技术,落地,下游的应用,消费者市场的市场验证和反馈等关键因素仍需时间证明。

(2)上游原材料价格波动风险:固态电池产业链和技术尚未完全发展成熟,尤其在关键材料方面仍面临许多挑战。当前,固态电池所需的电解质和更高比能的正负极材料,常采用一些贵金属,如锆、锗、锂等。这些金属原材料的价格较高,并且价格波动较大,对产业链各环节产生重大影响。原材料价格的上涨不仅增加了生产成本,还可能导致下游产品价格的上升,从而影响市场需求。当价格上涨幅度较大时,下游需求可能会显著放缓,导致市场扩展受到抑制。这种价格波动对固态电池产业链的稳定性构成了风险,也对整体市场的发展前景带来了不确定性。因此,如何有效控制原材料成本和稳定供应,成为固态电池产业面临的关键问题之一。为了应对这一挑战,企业和研究机构需要加大对替代材料和新技术的研发力度,以降低对贵金属的依赖,确保产业链的可持续发展。

(3)新技术替代风险:电池技术日新月异,发展和迭代速度非常快。当前,半固态电池仍被视为向全固态电池过渡的阶段性方案。尽管半固态电池在一定程度上解决了部分技术难题,但企业在大规模扩产过程中,仍面临着技术升级的风险。一旦全固态电池技术成熟并实现商业化,大量现有的半固态电池生产线可能会被淘汰,造成巨大的资源浪费和经济损失。因此,多数企业在规划产能时表现出谨慎态度,实际产能可能无法达到预期水平。此外,电池领域的创新层出不穷,其他新型电池技术也在不断涌现。这些新技术可能在能量密度、安全性、成本等方面具有显著优势,对固态电池的市场地位构成威胁。例如,锂硫电池、锂空气电池等新技术正在快速发展,若这些技术实现突破并进入市场,固态电池的产业化进程将面临更大的不确定性和竞争压力。综上所述,固态电池产业不仅需要克服现有的技术和成本挑战,还需在不断变化的技术环境中保持竞争力,积极应对潜在的技术替代风险,以实现稳定和可持续的发展。

3.4竞争分析

近年来,固态电池市场正在迅速崛起,越来越多的企业和研究机构参与其中。这一趋势不仅限于传统的电池企业,还吸引了许多跨领域的投资者。固态电池因其安全性高、能量密度大、循环寿命长等优势,成为下一代电池技术的热门选择。

在中国,许多知名研究机构都在积极开展固态电池的研究工作,包括中国科学院化学研究所、中国科学院青岛生物能源与过程研究所、中国科学院宁波材料技术与工程研究所等。这些机构在固态电池的基础研究和技术开发方面取得了显著进展,推动了整个行业的发展

图中国固态电池企业竞争格局

来源:资产信息网千际投行前瞻产业研究院

电池企业方面,赣锋锂业和宁德时代等龙头企业也在加大固态电池的研发投入。赣锋锂业不仅在传统锂电池领域表现突出,在固态电池技术方面也取得了重要突破。宁德时代则通过其强大的技术实力和市场影响力,成为固态电池领域的重要参与者。

除了专业电池企业,其他领域的企业也看好固态电池的市场前景,纷纷跨界投资。例如,以汽车零部件为主的万向集团、新能源汽车制造商比亚迪,以及矿业巨头紫金矿业等公司,都在固态电池领域进行布局。这些企业的加入,不仅为固态电池产业带来了新的资金和资源,也推动了技术的多样化发展。

在固态电池技术路线方面,我国企业主要采用硫化物电解质技术和氧化物电解质技术两种路线。聚合物电解质技术路线的研究和应用相对较少。硫化物电解质技术路线的代表企业主要是宁德时代。宁德时代通过持续的技术创新和大规模生产,逐步在硫化物电解质固态电池领域占据了领先地位。该技术路线的固态电池具有导电性好、界面稳定等优势,适用于高能量密度电池的开发。

氧化物电解质技术路线的代表企业则包括赣锋锂业、清陶发展和辉能科技等。赣锋锂业在氧化物电解质固态电池领域进行了大量的研究和投入,取得了一系列技术突破。清陶发展和辉能科技则通过自主研发和国际合作,积极推进氧化物电解质固态电池的产业化进程。这一技术路线的固态电池具有高稳定性和安全性强的特点,适用于多种应用场景。

尽管固态电池技术在发展过程中面临诸多挑战,如生产成本高、技术难度大等,但随着技术的不断进步和产业链的逐步完善,固态电池的商业化进程正在加速。未来,随着更多企业和机构的参与,固态电池有望在新能源汽车、储能设备等领域得到广泛应用,为全球能源转型和可持续发展作出重要贡献。

目前各家企业竞争重点还在于技术研发和技术落地生产领域,企业主要集中在国家沿海地区经济发达省市,呈现一派欣欣向荣之势。

3.5中国重要参与企业

表中国上市公司固态电池业务排行榜(综合比较)

来源:资产信息网千际投行iFinD

中国上市公司中涉及到固态电池开发的公司如表2所示。宁德时代,上汽集团,和赛力斯凭借在各方面的高额数值指标占据行业前三,其中属宁德时代风头最盛。以下是关于业内龙头企业(包括未上市或投入概念股的公司)的介绍和其在固态电池领域的发展。

(1)宁德时代:宁德时代新能源科技股份有限公司成立于2011年,是国内率先具备国际竞争力的动力电池制造商之一,市值7165亿元, [60]专注于新能源汽车动力电池系统、储能系统的研发、生产和销售,致力于为全球新能源应用提供一流解决方案,核心技术包括在动力和储能电池领域,材料、电芯、电池系统、电池回收二次利用等全产业链研发及制造能力。

与日韩企业路线相似,宁德时代直接布局最具潜力的硫化物全固态电解质。宁德时代自13年起申请固态电池相关专利,具有多年技术储备,其中9项专利内容中含有硫化物固态电解质,专利内容包含基于硫化物的固态电解质、正极极片、固态电池、电池材料回收等方面。公司目前已有高能量密度的固态电池实验室样品,但距离实现商业化仍需5年以上以全固态锂金属电池为发展目标,不断提升能量密度与安全性。

针对高端市场,宁德时代将持续投入全固态锂金属等新材料技术的研发,以锂金属负极材料为发展方向,正极材料由传统三元向高压三元、无金属材料迭代升级,通过不断攻关工艺难题与关键技术,争取到2030年前后实现真正意义上的超长续航、安全及具成本竞争力的锂电池技术。

(2)比亚迪:比亚迪创立于1995年2月,总部位于广东省深圳市,旗下产业包括电子、汽车、新能源和轨道交通[168],在国内布局有深圳、西安、长沙、常州、抚州、合肥、济南和郑州八大生产基地[300]。截至2023年12月,比亚迪2023年累计销量302.44万辆,同比增长62.3%,超额完成了300万辆的年度销量目标。

公司于11年起申请固态电池相关专利,截止23年3月已申请50余项,获30余项专利授权,申请中专利10余项,专利储备丰富。公司技术路线包含聚合物、氧化物、硫化物和复合固态电解质,其中聚合物路线主要包括PEO和聚烯酸酯类,氧化物、硫化物和复合固态电解质路线研究范围广泛,多种路线同步进行,不断升级迭代。此外,公司不断优化正/负极材料,对三元正极包覆硫化物电解质、钼酸盐等以改善离子传输和循环性能;负极采用硅基核壳结构、锑/铋锂合金以提高离子/电子电导性和电化学性能争取到2030年前后实现真正意义上的超长续航、安全及具成本竞争力的锂电池技术。

(3)卫蓝新能源:卫蓝新能源于2016年成立,由中科院院士陈立泉、研究员李泓、原北汽总工俞会根共同创办,是中科院物理所固态电池唯一的产业化平台,承接所有相关专利,研发实力全面领先,获小米集团、蔚来资本、华为哈勃、天齐锂业、吉利控股等入股。公司主打半固态路线,采用聚合物+氧化物(LATP为主)复合路线,首创原位固态化等八大核心工艺,改善固-固界面接触,并与液态电池工艺基本兼容,铸造产品护城河。

同时,卫蓝新能源与蔚来、吉利等众多车企达成合作,23年下半年装车上线。20年8月,公司溧阳基地中试线投产(0.2gwh),针对无人机、 AGV等消费领域,能量密度达275Wh/kg,支持7C高功率放电。22年6月,公司湖州基底投产(2gwh),针对动力领域,能量密度达360Wh/kg,23年上半年开始规模量产,预计下半年搭载蔚来ET7的150kwh电池包上线,续航里程突破1000km,成本较为昂贵,仍需规模效应和研发突破,进一步降本。此外公司已开发铁锂储能电芯,具备本征安全属性,能量密度150Wh/kg,已开始示范应用(4MWh)。全固态电池方面,公司计划24、25年推出400、500Wh/kg产品,量产进度较为领先。

公司于11年起申请固态电池相关专利,截止23年3月已申请50余项,获30余项专利授权,申请中专利10余项,专利储备丰富。公司技术路线包含聚合物、氧化物、硫化物和复合固态电解质,其中聚合物路线主要包括PEO和聚烯酸酯类,氧化物、硫。

(4)赣锋锂业:赣锋锂业在2016年成立固态电池研发中心,在2017年与中科院宁波材料所许晓雄团队合作,共建固体电解质研究中心,并设立子公司浙江锋锂,建设第一代固态电池中试线。公司主打半固态电池,聚焦于氧化物厚膜路线(GARNET型、LISICON型),一代产品能量密度达260Wh/kg以上,二代产品达360Wh/kg以上。公司打造垂直整合业务模式,稳定自供锂化合物及金属锂等材料,已与德国大众、东风汽车、赛力斯、广汽埃安、曙光汽车等车企建立合作协议。

19年4月,公司与德国大众签订协议,在电池回收和固态电池等未来议题进行合作;19年7月,东风汽车与赣锋锂电开始合作开发一代固态电池系统,22年1月,搭载赣锋锂电第一代固态电池的东风E70示范运营车投入市场,实测续航426公里,搭载赣锋锂电第二代固态电池的东风汽车预计24年装车,续航预计超1000公里;22年8月,公司与广汽埃安签署协议,后者支持赣锋锂电固态电池开发工作,在综合技术、质量、成本具有市场竞争力的条件下,优先引入赣锋锂电新型电池方案;23年2月,赣锋锂电宣布搭载公司半固态电池的纯电动SUV赛力斯-SERES-5规划于23年上市。

3.6全球重要参与者

图海外固态电池产业布局情况

来源:资产信息网千际投行东吴证券

在全球范围内,固态电池的产业布局呈现出多样化和快速发展的趋势。美国以Quantum Scape和Solid Power等新兴科技公司为主,日韩地区则以传统电器公司为带头人。

(1) QuantumScape:脱胎于斯坦福大学,深度绑定大众集团。公司2010年创立,拥有超300项电池技术专利,成功开发唯一一款具有汽车OEM认证的锂金属固态电池,研发实力国际领先,创立至今获得超20亿美元投资,包括比尔盖茨、大众、马牌和上汽等机构,公司深度绑定大众,18年与其成立合资制造企业,20年获单笔增资2亿美金。

公司已与6家汽车OEM签订了QS-0电池合同,还与固定储能系统领导者Fluence签署QS-0电池使用协议。为固态电池的量产做准备。2020年6月,大众又追加投资2亿美元。

(2)Solid Power: SP 12年成立,与宝马、福特签订联合开发协议,并获美国空军、国家科学基金会支持。公司两款核心产品为高能量密度固态电池、硫化物固态电解质,前者潜在客户有SKI、丰田、现代、LG、松下与三星,后者含福特、宝马、SKI等,SP电池涵盖三种材料体系,1)NCM层状正极+硅基负极+硫化物电解质;2)NCM层状正极+金属锂负极+硫化物电解质;3)FeS2正极+金属锂负极+硫化物电解质。

(3)丰田汽车公司(Toyota Motor Corporation):2024财年收入45.095万亿日元,同比增长21.4%。是一家同时在东京证券交易所、名古屋证券交易所、纽约证券交易所和伦敦证券交易所上市的日本跨国汽车制造商,丰田集团成员。总部位于日本爱知县丰田市和东京都文京区。创始人为丰田喜一郎(1894-1952),现任社长为佐藤恒治。2020年度《财富》世界500强榜单位列第十名。

丰田于90年开始布局固态电池研究,08年与伊利卡合作研发,19年试制全固态电池样品亮相,次年展示固态电池原型车,并与松下成立合资企业共同研发,2000-22年初固态电池专利达1331项,远超第2(松下445项),其中硫化物电解质专利300余项。丰田计划到2030年投入1.5万亿日元用于开发动力电池及其电池供应链,预计在2025年前实现全固态电池小规模量产,并首先搭载于混动车型,2030年前推出全固态电池电动车型,实现持续的、稳定量的固态电池生产。

(4)三星:三星集团(英文:SAMSUNG、韩文:??)是韩国的跨国企业,业务涉及电子、金融、机械、化学等众多领域。三星集团成立于1938年,由李秉创窗欤是家族制企业,李氏家族世袭,旗下各个三星产业均为家族产业,并由家族中的其他成员管理。

公司13年引入固态电池技术,18年与LG、SKI投资相关研发项目,20年发表能量密度超400Wh/kg、单次续航里程超800公里、循环寿命1000+的硫化物全固态电池研究成果,当前已申请63项专利。SDI公司的ASB(全固态电池)采用高导电性硫化物型固态电解质、高镍NCA正极、新型负极和堆叠技术,展现优异电池性能表现。目前公司已在实验室内研发出2款固态电池原型,S-Line完成后有望大规模试生产,加速量产进程,现代汽车或将搭载其固态电池。

第四章未来展望

2024年,广汽埃安旗下昊铂品牌宣布将发布全固态电池,上汽集团超级智能轿车智己L6搭载行业首个量产上车的超快充固态电池1.0,vivo发布新品X Fold3系列搭载行业首发半固态蓝海电池等等一系列企业的重大固态电池商业化进程的出现让固态电池的前景被市场愈发看好。

根据目前技术突破来看,半固态/固态电池有望成为贯穿2024全年的主线,预期边际和之前相比变化较大。在此背景的驱动下,国内外众多车企和电池厂商均在加速布局,抢占先机,而这也进一步证明了技术创新和研发进展这一驱动因子对固体电池行业的重要性。在目前新能源汽车已经成为大部分消费者购车的首选时,巨灵数据认为,固态电池大规模商业化将为新能源汽车产业带来新的增长动力,未来市场空间广阔。

在车企行业,调查显示,蔚来、上汽、广汽等车企已发布固态电池方案并部分实现装车,其余车企有望持续跟进。海外电池厂商如LGES、三星SDI等亦加速推进固态电池布局,计划2027-2028年量产全固态电池。巨灵数据认为,固态电池具有能量密度高、安全性好、循环寿命长等优点,是动力电池技术发展的重要方向。随着技术不断成熟和成本降低,固态电池有望在未来5-10年内实现大规模商业化应用,成为新能源汽车市场的"新宠"。

随着全球新能源汽车产业的快速发展,动力电池需求持续增长。预计,到2025年新能源车产业链国内的供需关系有望实现新的均衡。与此同时,低空经济的兴起使得固态电池商业逻辑进一步强化,中期新能源车+eVTOL需求共振、打开固态远期市场空间。有机构测算,到2030年全球固态电池需求有望达到1000GWh以上,市场规模将超过1万亿元,发展前景广阔。有相关专家认为,谁能在固态电池关键技术和产业化方面率先取得突破,谁就能在未来的市场竞争中占据优势地位。

目前,对固态电池行业领域有兴趣的投资者可以进一步关注宁德时代,太蓝新能源,赣锋锂业、孚能科技、国轩高科等半固态技术领先电池厂商;国内车企在固态电池的商业化进程;以及贝特瑞等领先硅基负极厂商和相关固态电解质厂商。

千际投行认为,2024年有望成为半固态/固态电池装车元年,到2030年预计实现进一步的商业化及产业化。

作者:千际投行

封面:AI生成

原文标题:2024年固态电池行业研究报告

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