【行业研究】固态电池产业链及其相关上市公司梳理

文摘   2024-05-30 19:51   上海  

一、固态电池简介
传统锂离子电池主要由正负极材料、电解液和隔膜组成。正负极材料决定了电池的容量,电解液及隔膜作为传输锂离子的介质。固态电池与传统锂离子电池最大的不同在于电解质固态电池则是使用固体电解质,替代了传统锂离子电池的电解液和隔膜

依据电解质含液态电解质含量分类,锂电池可分为液态、半固态、准固态和全固态四大类,其中半固态、准固态和全固态三种目前都会被称为固态电池。
固态电池的迭代过程中,液态电解质含量将从20wt%降至0wt%(重量含量百分数),电池负极逐步替换成金属锂片,电池能量密度有望提升至500Wh/kg,电池工作温度范围扩大三倍以上。预计在2025年前后,半固态电池可以实现小规模量产,2030年前后或实现全固态电池的商业化应用。

二、液态电池和固态电池对比

全固态电池研究的关键在于找到和开发固体材料。以前,没有找到离子能在内部移动,使足够的电向电极流动的固体材料,找到后全固态电池的开发日益活跃。通过将电解质从液体变为固体,离子在电池内频繁移动,可以实现比锂离子电池容量大、功率高的电池

按照电解质材料的选择,目前固态电池可以分为聚合物、氧化物、硫化物3种体系电解质。其中,聚合物电解质属于有机电解质,氧化物与硫化

物属于无机陶瓷电解质。

聚合物固态电解质在室温下导电率低,能量上限不高,升温后离子电导率大幅提高但既消耗能量又增加成本,增大了商业化的难度。

氧化物固态电解质综合性能好,LiPON(锂磷氧氮)薄膜型全固态电池已小批量生产,非薄膜型已尝试打开消费电子市场。LLZO(石榴石型锂镧锆氧)型富锂电解质室温离子导电率为10-4S/cm(电导率单位:西门子/厘米)、电化学窗口宽、锂负极兼容性好,被认为是最有吸引力的固态电解质材料之一,制约其发展的重要因素是电解质和电极之间界面阻抗较大,界面反应造成电池容量衰减。

硫化物固态电解质电导率最高,研究难度最高,开发潜力最大,如何保持高稳定性是一大难题。LGPS电解质的离子电导率高达1.2x10-2S/cm,可与液态电解质相媲美。虽然硫化物电解质与锂电极的界面稳定性较差,但由于离子电导率极高、电化学稳定窗口较宽(5V以上),受到了众多企业的青睐,尤其是日韩企业投入了大量资金进行研究。缺点在于对正极的适配性差、对水/空气高敏感且反映有可能产生有毒物质、制造过程有毒性物质提升综合制造成本。

三、固态电池产业链

固态电池产业链上游为基础材料及设备,包括原材料矿产、电芯材料以及生产设备;中游为电池包加工制备,包括电池封装集成、电源管理系统方案设计;下游为应用领域,包括新能源汽车、消费电子、储能、电动工具等。
图片来源:中商情报网
四、相关上市公司(市值30亿以上)
多领域布局
容百科技(688005)(正极材料、固态电解质、固态电解质膜)
容百科技作为全市场覆盖的正极材料综合供应商,高镍及超高镍多产品序列研发技术行业领先。公司成功开发多款适用于/全固态电池的高镍/超高镍三元正极材料,其中半固态电池正极材料配套的电池产品已应用于终端客户 1000 公里超长续航车型,全固态电池的三元正极材料具备容量高、界面稳定、循环寿命长等特点,获得行业头部客户充分认可;公司已完成多种固态电解质材料的开发,包括硫化物固态电解质、氧化物固态电解质、卤化物固态电解质等,固态电解质材料的离子电导率和空气稳定性均达到行业领先水平;同时,公司成功开发湿法、干电极制备固态电解质膜技术。固态电解质与固体电解质膜已与海内外客户展开合作,并获得客户好评。公司的高电压镍锰二元材料、富锂锰基正极材料性能亦行业领先。

璞泰来(603659)(负极材料、膜材料、固态电解质)

璞泰来将基于锂电设备产业化的经验和技术积累,向干法电极、固态电池、钠电池设备、硅基和钙钛矿太阳能设备、氢能设备等领域拓展,助力产品创新和产业升级。

负极材料:在硅基材料领域,CVD 硅碳已通过多家下游客户测试,同时球形CVD硅碳产品性能居于行业领先水平,公司新型硅碳材料具有高容量、低膨胀和长循环等高性能表现,除应用于高端消费类锂离子电池以外,也可以做为半固态/固态电池的负极材料,目前已经开始小批量出货;公司对锂金属负极材料持续开展前瞻性研发,通过构建新型负极结构来解决锂金属负极的体积膨胀以及负极/固态电解质的界面问题。

膜材料及涂覆加工:公司与国内头部科研院所、电池厂商及终端车厂合作开发半固态电解质用复合涂层隔膜材料,形成了自身特色的创新产品及知识产权,丰富并强化了隔膜涂覆领域的竞争优势。

固态电解质:公司积极布局固态电池材料的研发,2022年着手固态电解质材料的研发,现已完成固态电解质LATP(磷酸铝钛锂)和LLZO(锂镧锆氧)的中试,产品离子电导率达10-3S/cm,产品粒度可控,已在四川基地建成年产200吨固态电解质中试产线。公司与研究机构合作开发的低温烧结固态电解质进展顺利,目前已在低于传统烧结温度的条件下制备出高致密度、高电导率的 LATP 电解质片,相对致密度和离子电导率分别达94%10-4S/cm对低温烧结制备的 LATP 固态电解质片进行退火处理后,陶瓷片的相对致密度和离子电导率分别达99.6%10-3S/cm,经组装锂对称电池和磷酸铁锂半电池测试,性能均优于传统高温热烧结所制备的LATP固态电解质片。

当升科技(300073)(正极材料、固态电解质)
当升科技作为全球锂电正极材料龙头企业,自主研发超高镍多元、无钴、固态锂电、钠电、新型富锂锰基等多款先进正极材料司研发的双相复合固态锂电正极材料、固态电解质产品,解决了正极与电解质固固界面难题,技术指标在行业内处于领先水平已与业内领先的国际、国内固态电池大客户建立了紧密战略合作关系,在业内率先获得批量装车应用

厦钨新能(688778)

正极材料方面:厦钨新能聚焦于正极材料与固态电解质的匹配问题,在卤化物和硫化物全固态电池均实现初期量产。公司通过深入研究固态电解质的离子传导机制,成功提高了正极材料与固态电解质的相容性,开发出适配于新型卤化物全固态电池的高电压钴酸锂及高电压三元材料;积极配合国内外客户开发适用于硫化物全固态的高镍单晶正极材料,在低应变掺杂和均匀化离子导体包覆技术上取得重大突破, 实现百公斤级样品供货;同时,公司与日韩客户合作开发硫化物全固态多晶正极材料,结合高镍多晶材料特性,通过湿法化学方法实现表面固态电解质的均匀包覆,取得良好效果。

固态电解质方:公司通过结构改善,成功开发出第二代低残碱、高比表的锂镧锆氧LLZO,应用在正极材料包覆、正负极添加剂;公司开发出磷酸钛铝锂LATP粉体和浆料等两种规格体系,应用在正极材料包覆、隔膜涂覆,有效改善安全性。

珠海冠宇(688772)

固态电解质膜、固态电池正极材料:目前珠海冠宇已自主开发出兼具高室温离子电导率、高离子迁移数和宽电化学窗口的新型固态电解质膜关键材料。公司同时开发了固态电池专用正极材料,有效解决了固态电池正极与电解质界面兼容性差的问题,并运用该固态电解质膜和专用正极材料制备出了能量密度高达350Wh/kg的固态电池样品。通过持续研发改进,目前公司的固态电池样品已具备了良好的安全性能及循环寿命。

正极材料

格林美(002340)

2023年度,格林美突破了固态锂电用富锂锰基前驱体材料技术与固态锂电用 9 系超高镍前驱体技术。格林美确定了发展钠电材料、固态锂电正极材料与磷酸锰铁锂材料 3大新兴业务的战略定位。

长远锂科(688779)

长远锂科半固态电池正极材料着力推动客户导入公司已量产三元、磷酸铁锂产品;全固态电池正极材料积极推进新产品开发,塑造未来产品先发优势。

丰元股份(002805)

目前国内正极材料出货量最大的两种正极材料为磷酸铁锂和三元材料,丰元股份产品覆盖了上述两种主流正极材料。公司具备丰富的产品结构及多产品批量产能,公司磷酸铁锂产品种类丰富,多型号应用广泛,此外公司有磷酸锰铁锂、单晶三元正极材料、钠离子电池正极材料等产品。在产品技术储备方面, 公司对三元9系正极材料、固态电池正极材料、无钴化电池正极材料等众多产品进行研发布局,满足下游多方位需求。

负极材料

上海洗霸(603200)

上海洗霸依托在化学、化工、材料等领域的技术储备和专业人才以及与外部科研机构的合作,逐步开展了以新能源锂离子电池固态电解质粉体、近零膨胀硅碳(介孔碳基、硅碳复合等)负极材料为代表的先进材料相关业务,已完成多批次、多形态固态电解质、新型负极材料的试生产、客户送样和产品验证,并获得初期少量订单。

公司牵头建设的吨到十吨级/年锂离子固态电池粉体先进材料产线初步试产成功,正在进行产线工艺和材料优化。硅碳负极(近零膨胀)年十吨级产线已于2024年初完成安装与调试并多次试生产,试生产产品的性能与品质测试结果处于国内先进水平,合格样品已送国内消费电池大厂进行测试与电池产品制造及验证阶段。采用复旦大学赵东元院士团队获得国家自然科学奖一等奖的原创介孔技术的硅碳负极均孔碳基材料产线也于2024年初实现生产,产品测试与验证均达到预期目标,后续放大产线已开始进行非标设计,目前进展符合预期;公司松江基地固态电池电解质粉体2500平方米甲类厂房建设进程快速推进,已于2024年2月结构封顶,预计2024年二季度完成基础设施建设并尽快进入设备安装调试阶段。根据规划,一期达产后将实现年产50吨级氧化物电解质粉体产量

杉杉股份(600884)

杉杉股份硬碳负极产品的容量、高温和加工性能领先,自主设计的千吨级硬碳产线建成投产,已实现在钠电、锂电(含半固态电池)和超级电容领域的批量应用。

固态电解质

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。其中,锂镧锆氧(LLZO)、锂镧锆钛氧(LLZTO)等氧化物固态电解质对公司二氧化锆产品构成新的潜在需求。

三祥新材(603663)

三祥新材以自产氧化锆为原料,进行了固态电解质粉体的合成试验,主要包括 LLZO、LLZTO 等系列含锆氧化物固态电解质粉体材料,氧化物电解质正在送样供下游客户组装成固态电池进行相关性能测试,2023年度已提交申报3篇固态电解质相关的发明专利,目前处于实审阶段;氯化物电解质开发方面,2023年度,公司已建设环境温度及湿度可调控的锆基氯化物材料制备工艺小试开发线,制备出适用于氯化物电解质合成所需的锆基氯化物材料,并提供给下游客户及相关科研院所进行氯化物电解质合成及组装固态电池验证,整体性能表现优良。后续会根据氯化物电解质市场需求,对公司锆基氯化物材料制备工艺生产线进行规模建设。

东方锆业(002167)

东方锆业深耕锆行业近三十年,是一家专注于锆系制品的研发、生产和销售的国家火炬计划重点高新技术企业。公司产品涵盖九大系列一百多个品种,广泛应用于生物陶瓷、电子陶瓷、 结构陶瓷、色釉料、高温耐火材料及核能等行业,特别是在新能源电池材料、光伏、人造宝石、陶瓷基刹车片、种植牙及光通讯器件等领域市场占有率稳步提升。

中国宝安(000009)

中国宝安控股的贝特瑞开发有半固态和全固态电解质技术,可以提供高安全兼顾高能量密度电池材料解决方案。

国瓷材料(300285)

国瓷材料已完成由氧化锆合成的锆酸基固态电解质在内的多种氧化物电解质材料的研发,可满足客户批量和定制化需求。

盟固利(301487)

公司目前主要研发、生产、销售钴酸锂和三元正极材料,同时积极自主研发、布局下一代电池材料,包括了富锂锰基、固态电解质、钠电、磷酸锰铁锂等,并且部分材料已开展了相关技术和专利布局。

有研新材(600206)

有研新材在动力电池用固态电解质材料、电子装联材料方面取得技术突破,已向国内外客户批量供货。

南都电源(300068)

南都电源在固态电池方面攻克了固态电解质与界面浸润剂等关键材料和工艺技术,稳固导锂网络,均匀离子沉积,电解液占比降低30%。

电解液添加剂

瑞泰新材(301238)

瑞泰新材锂离子电池电解液添加剂产品主要为锂盐类新型添加剂,在质量和技术层面处于领先水平;其中双三氟甲基磺酰亚胺锂(LITFSI)已批量应用于固态锂离子电池等新型电池中,全球仅少数几家企业能生产该产品,公司已与国内外多家固态电池企业开展合作

华盛锂电(688353)

华盛锂电专注于锂电池电解液添加剂的研发、生产和销售。2023年,公司积极拓展研发方向,布局未来锂电新材料,如固态、半固态电池材料新领域。双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiTFSI)已经取得突破性进展,制备出合格样品,该产品可用于三元或高镍二次电池、锂硫电池、聚合物固态电池等作为主电解质锂盐或者添加剂。

膜材料

恩捷股份(002812

在半固态电池领域,恩捷股份已与北京卫蓝和天目先导成立了合资公司江苏三合,进行半固态电解质涂层隔膜及多种高端涂层隔膜的研发、生产,该项目一期厂房已基本建设完成,2条高性能涂布膜生产产线已进入试生产环节。

亿纬锂能(300014)

亿纬锂能布局有半固态电话和固态电池的研发,半固态电池基于 50Ah 的软包电池,可实现 400Wh/Kg,超过 1,000 次的循环寿命,使用温度可拓展到-20℃-80℃,目前已完成设计定型。固态电池领域,公司已开展聚合物类固态电池的研究,目前已初步实现了室温下的稳定运行。

固态电池设备

先导智能(300450)

公司是少数能够提供固态电池生产整线解决方案的制造商之一,相关技术处于世界领先水平。在固态电池领域,先导智能能够根据客户需求提供固态电池整线设备,目前已获得多家国际知名企业固态电池关键设备订单。2023年,公司成功交付了锂电行业的若干重要项目,锂电领域包括首条350PPM全极耳21圆柱电池整线、150PPM46圆柱电池整线、全固态电池整线以及刀片电池整线。

海目星(388559)

海目星参与了固态电池设备的开发,对关键技术和关键工艺取得了进展性突破,并实现了国内固态及准固态电池中试产线的多种设备和产线的交付及生产,其中有部分设备已经实现了480 瓦时/KG的电池量产及销售。

巨一科技(688162)

巨一科技深耕于智能装备和新能源汽车电机电控零部件领域,为客户提供智能装备和新能源汽车电机电控零部件产品,已成为智能装备和新能源汽车电机电控零部件的主流供应商,实现了智能装备走向世界,电机电控全国领先。 

在动力电池/电芯智能装备领域,公司开发了电芯、模组、PACK 以及储能装备的智能制造解决方案,公司已服务的客户包含宁德时代、国轩高科、亿纬锂能、欣旺达、万向等电池生产企业,以及特斯拉、北京奔驰、沃尔沃、上汽通用、大众安徽、蔚来汽车等整车企业,产品应用范围覆盖锂离子动力电池、氢燃料电池以及半固态电池等。

孚能科技(688567)

孚能科技是综合能源解决方案供应商,主要从事动力电池及电池系统的研发、生产和销售。公司聚焦于先进大软包叠片电池的电芯、模组和电池包,已成为全球三元软包动力电池的领军企业之一。公司通过持续技术创新建成通用度高、兼容性强的柔性制造平台,具备三元、铁锂、钠离子等多类型电池的交付能力,具有固态电池研发和半固态电池量产能力。

投资或参股固态电池相关公司

蓝海华腾(300484)

高能时代(珠海)新能源科技有限公司是一家以研发制造高比能高安全的全固态锂电池为核心的创新型高科技企业,总部位于中国珠海,汇聚中日顶级全固态电池研发人才,专注高安全长续航全固态锂电池产业化开发,致力于为客户提供高安全及高能量密度的产品及解决方案。2023年,蓝海华腾对高能时代投资1,200万元。

科森科技(603626)

清陶(昆山)能源发展股份有限公司主要从事固态、半固态锂电池 相关技术和产品的研发和生产。科森科技有参股清陶能源。

其他

中伟股份(300919)

中伟股份开发与固态电池健链的前驱体制造技术,解决基于固态电池所用前驱体在结构和强度等方面的特定要求

天奈科技(688116)

在锂电池市场,公司的碳纳米管相关产品能适配并应用在新电池(如 固态电池、4680大圆柱电池、磷酸锰铁锂电池等)体系中,带动碳纳米管导电浆料市场应用占比提升。


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