中金：建议关注固态电池产业链从0到1环节投资机遇

　　中金公司研报指出，近日，宁德时代发布凝聚态电池，单体能量密度最高可达500Wh/kg，可覆盖车规级到载人航空等场景应用，车规级版本将于年内具备量产条件。我们观察到固态/半固态电池呈现加速发展态势，年内预计有多个车企品牌搭载半固态电池率先量产，建议关注固态电池产业链从0到1环节投资机遇。

　　中金 | 电池材料前瞻（四）：强性能高安全，固态走向产业化

　　近日，宁德时代发布凝聚态电池，单体能量密度最高可达500Wh/kg，可覆盖车规级到载人航空等场景应用，车规级版本将于年内具备量产条件。我们观察到固态/半固态电池呈现加速发展态势，年内预计有多个车企品牌搭载半固态电池率先量产，建议关注固态电池产业链从0到1环节投资机遇。

　　技术路线三足鼎立，固态电池前景可期

　　固态电池技术路线有哪些

　　固态电解质是固态电池的核心材料，其综合性质决定电池发展的技术路线。按照化学组成分类，主流固态电解质材料大致可分为聚合物、氧化物、硫化物三类。三类电解质在材料基础性能层面有巨大差异。一般而言，固态电池技术路线是选择三类电解质中任意一种作为基础的核心电解质，以优势互补的方式配合其他固态电解质或液态电解液作为补充，最终组装成为全固态/准固态电池。

图表1：固态电解质决定技术路线并影响最终电池形态

　　资料来源：中金公司研究部

　　为什么固态电池具有前景

　　固态电池可兼顾高安全性、高比容量，远期可实现较液态电池更低制造成本。固态电池可兼顾高安全性和高比容量电极材料，是实现更高能量密度的必要路径，同时由于更高的理论模组空间利用率、更简化的电池组装工序，其具备较液态电池更低的理论成本。

　　从安全性看，固态电解质材料热稳定性好、不易燃烧且固态电池无电解液泄露风险，具有更好的安全性。

　　从能量密度看，固态电池与锂金属负极兼容性好，模组空间利用率高、配组灵活，有望进一步提升能量密度。

　　固态电池：材料到工艺协同创新

　　材料体系有哪些变化

　　氧化物：锂镧锆氧、锂镧钛氧、磷酸钛铝锂各有所长

　　现有氧化物电解质均为多元金属氧化物，按分子结构分类主要包括钠超离子导体型（NASICON）、钙钛矿型（Perovskite）、石榴石型（Garnet）三类，分别以磷酸钛铝锂（LATP）、锂镧钛氧（LLTO）和锂镧锆氧（LLZO）为代表。

　　氧化物整体本征安全性好、化学稳定性较好、制造成本相对较低，但加工性能差、电导率低、电化学窗口较窄，实际使用中可作为核心电解质层或正负极的包覆材料。

　　1）就电化学性能而言，LLZO电化学窗口宽稳定性好但电导率略低，LATP和LLTO电导率高但抗还原性差，不同材料适用于正负极的不同位点：

图表2：氧化物电解质性能对比

　　资料来源：Rusong Chen《Approaching Practically Accessible Solid-State Batteries: Stability Issues Related to Solid Electrolytes and Interfaces》（2020），中金公司研究部

　　2）就加工难度而言，LLTO烧结温度较高，削弱其电导率优势。LLTO的合成需要高于1300℃的烧结温度，而LATP和LLZO仅需要700-1000℃和860-1000℃。LLTO的高烧结温度易导致锂挥发，同时副反应导致较高晶界阻抗，在实际生产中削弱了材料体系本身电导率相对高的优势。

　　3）就供应和经济性而言，LLZO中锆矿产量在外且价格较高。LLZO一般由氧化锆、氧化镧和氢氧化锂烧结制成，因此锆矿是不可或缺的原材料。全球锆矿储量前三的国家分别是澳大利亚、南非和莫桑比克，其中澳大利亚和南非近五年稳定占据全球近60%的锆矿产量，每年68-91万吨。由于锆矿的稀缺，二氧化锆价格近年来居高不下，目前国内锆矿公司陆续投资国外矿山，有助于缓解供应链问题。

图表3：2022年全球锆矿产量情况

　　资料来源：Wind，中金公司研究部

图表4：二氧化锆价格

　　资料来源：Wind，中金公司研究部

图表5：截至2023年3月三种氧化物电解质原材料成本对比

　　资料来源：Wind，中金公司研究部

　　聚合物：可与锂盐复合提升导电性，加工性能优势明显