证券研究报告本报告仅供华金证券客户中的专业投资者参考请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明eVTOL商业化临近，固态电池迎来新机遇低空经济系列报告之固态电池电力设备及新能源行业/行业深度报告领先大市-A（维持）分析师：张文臣 S0910523020004 申文雯 S0910523110001 周 涛 S09105230500012024年4月3日 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 2核心观点u 固态/半固态电池技术是突破锂离子电池能量密度上限的关键路径。目前，由于液态电解质的浓度梯度问题与低电压平台局限，电容量较高的正负极材料与目前的液态电解质无法适配；固态电池使用的固态电解质，具有较高的化学稳定性，绕开了液态电解质的浓度梯度问题，同时对锂金属负极的锂枝晶的形成及硅的膨胀起抑制作用，其较高的电化学平台对富锂锰基等新型正极材料的应用提供了理论使用可行性。u 固态电池的电解质是核心环节，主要有聚合物、硫化物和氧化物三种。氧化物电解质商业化进程较快，硫化物潜力较大。氧化物固态电池的性能与成本相对综合，硫化物导电性最强潜力最大。欧美国家以自主研发固态电池技术的创业型公司为主，主要技术路线为氧化物与硫化物。日韩以传统车企与电池企业合作开发为主，主要技术路线为硫化物。中国企业与科研机构或院校合作，产业化进程较快，大部分国内企业主要为氧化物、部分为硫化物，聚合物较少。u 固态/半固态电池技术快速进步，eVtol助推产业化落地。目前，丰田、QuantumScape、Solid Power、清陶能源等研发固态电池主流厂商的小规模量产（试产）的目标多定在2025年-2028年区间。预计2030年，量产全球锂离子固态/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。2024年以来，国内加快eVtol商业化落地，对高能量密度、高功率、高安全性的电池需求紧迫，且对成本不敏感，固态电池完美契合该市场需求，产业化进程有望提前。u 我们建议关注：宁德时代、三祥新材、赣锋锂能、国轩高科、当升科技和容百科技等。u 风险提示：技术突破不及预期；产业化进程不及预期；原材料价格波动风险；其他不可抗因素等。请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 3目录固态电池能量密度高、安全性能显著固态电池技术路线及生产工艺eVtol助力固态电池产业化推荐标的投资建议010204030506风险提示 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 4资料来源：ACS Energy Lett.、中国科学院、徐晓雄等全固态理电池技术的研究现状与展望、华金证券研究所1.1 固态电池使用固态电解质替代电解液和隔膜液态、固态电池结构对比 固态电池发展历程u 突破能量密度上限和解决安全隐患，固态电池成为下一代锂电池重要技术路线。传统锂离子电池采用液态电解质，容易引发安全隐患，同时能量密度的瓶颈为350Wh/kg，无法满足行业更高要求。为解决安全隐患并提高能量密度上限，全球范围内的科学家都在积极研发固态锂离子电池。u 固态电池是一种使用固态电解质的电池，用固态电解质替代了传统锂电池的电解液和隔膜。固态电池在高能量密度、高安全性等方面优势明显，其理论能量密度上限为500+Wh/kg。固态电池的正极可沿用磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂、三元等，有望以高镍多元、富锂锰基材料为主；负极的发展初期以硅系负极材料为主，再过渡到纳米硅碳负极，最后发展到锂金属负极材料；包装材料一般采用铝塑膜。请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 5资料来源：许晓雄等为全固态锂电池“正名”、起点锂电、华金证券研究所1.2 高安全性与高能量密度兼备，固态/半固态电池前景坚定液态、固态、半固态锂电池对比电池类型 能量密度上限 隔膜 目前生产成本 电解质化学窗口上限 对锂金属负极兼容性 液体含量安全性（热稳定，抗针刺）液态锂电池 较低(300Wh/kg)需要 较低 较窄(10%热极限140-180，针刺即燃半固态锂电池 中等(400Wh/kg)需要 中等 中等 抑制锂结晶力度弱 180固态锂电池 较高(500Wh/kg）不需要 较高 较高(5V)抑制锂结晶力度强 0热稳定300,免疫针刺甚至剪切u 液态电池：液态电池的主要材料是正负极、隔膜和电解液。u 半固态电池：半固态锂电池是固液混合电解质电池，是液态到固态电池的过渡产物，可以被目前的液态电池生产线兼容，通常液体含量10%为半固态与液态划分临界点，仍旧需要隔膜。u 固态电池：全固态电池的电解质采用全固体材料，不需要隔膜。其固态电解质能够匹配电容量更大的正负极材料，实现更高的电池能量密度。而且固态电池安全性突出，可以抵抗热失控和穿刺等挤压力。请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 6资料来源：能源学人、起点锂电、北极星储能网、新能源Leader、电池中国网、华金证券研究所1.3 固态电池优势一：能量密度提升（正极材料升级）各正极材料属性对比富锰基正极材料充放电曲线(2.5-4.6V充放电，0.025C，AA电池)高电压充放电容量高，大于250mAh/g主流固态电池正极材料理论容量（mAh/g）实际容量（mAh/g）循环性能 成本 电压平台磷酸铁锂 170 140150 高 较低 3.4高镍三元 280 200 中 较高 3.5富锂锰基 300 未商业化 较差 较低 4.5u 正极材料向无钴靠拢，富锂锰基潜力巨大。对比液态电池，固态电池可容纳新的电极材料，譬如富锂锰基。常规电压下的富锂锰基材料在目前所有商业化的正极材料里，循环稳定性最好，45下充放电1700周容量保持率88%。但是，因为目前难以解决电压衰减、循环寿命低等问题，产业化进程受限。请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 7 资料来源：钜大锂电、彪捷等锂离子电池合金负极材料研究进展、许晓雄等为全固态锂电池“正名”、华金证券研究所1.3 固态电池优势一：能量密度提升（负极材料升级）负极材料属性对比 传统锂电池和硫化物固态锂电池的电芯设计对比主流固态电池负极材料比容量(mAh/g)优点 缺点石墨 372技术成熟，成本低，高循环稳定性理论容量较低硅碳负极 3590 高比容量，原材料丰富，技术进步快循环过程中体积膨胀问题难以解决，工艺复杂，成本较高锂金属 3860高比容量，低电压平台体积膨胀容易引起电极材料的破裂和损坏；活性高易化学反应，安全隐患大。传统锂电池的石墨负极和硅碳负极硫化物固态电池的石墨负极和锂金属负极u 负极方面，固态电池比传统锂电池更容易适配锂金属负极和硅碳负极，因为固态电解质由固态材料构成，具有较高的化学稳定性，对锂金属负极的锂枝晶的形成及硅的膨胀起抑制作用。u 采用锂金属负极能量密度最高、接近400Wh/kg。右图中，正极均采用100m厚的NCM811，4种不同电芯比较下，采用锂金属负极材料的固态电池能量密度最高。资料来源：Joscha Schnell等Solid versus LiquidA Bottom-Up Calculation Model to Analyze the Manufacturing Cost of Future High-Energy Batteries 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 8资料来源：GGII、搜狐网、钜大锂电、华金证券研究所1.3 固态电池优势一：能量密度提升（内部串联）(a)使用液体电解质的传统堆叠式锂离子电池(b)双极堆叠式全固态锂电池的示意图u 电芯内部串联能有效提升固态电池电压，提高体积能量密度。传统锂电池承载电压超过5V后会出现易分解甚至爆炸的情况，因此只能外部串联。固态锂陶瓷电池能在电池内部形成串联，使单颗电池芯的额定电压从7.4V，最大串联叠加至60V，在单体电池电压上远高于传统动力电池，且不需要焊接集流体，体积能量密度有望进一步提升。请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 91.4 固态电池优势二：安全性优势显著不同体系电池在不同温度下的焓变 锂离子电池和全固态电池安全图LLZNO代表固态电解质，iPF6代表电解液，AG代表人造石墨，Li代表金属锂，KB为科琴黑ALIB代表全固态电池，LIB代表传统锂电池资料来源：新能源Leader、华金证券研究所u 相比液态电池，固态电池具有较高的化学和热稳定性，能够有效抑制锂电池中发生热失控或燃烧的风险，电池在被刺破时仍可安全运行，不会泄漏或爆炸。根据丰田研发实验室的报告，通过对比研究NCA/NCM锂电池和铌掺杂锂镧锆氧（LLZNO）全固态电池的产热特性，丰田发现全固态电池产热量只有传统锂电池的25-30%，因此具有显著的安全性优势。考虑其放热量依然存在，还需进一步降低放热量，以实现真正意义的“安全”。请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 10资料来源：电子工程专辑、IT之家、智车派、腾讯新闻、华金证券研究所1.5 固态电池优势三：固态电池低温性能出色非晶态SE ASSB在-10的循环性能 智己L6日内瓦车展首秀u 固态电解质(SEs)在宽温度范围内保持固态，不完全丧失离子传导功能，是其潜在优势之一。近期，智己汽车宣布，全球首款搭载“超快充固态电池”智己L6将于5月正式上市，该电池由上汽集团与清陶能源联合研发制造，可实现1000km以上超长续航，且低温性能出色。液态电池的电解液在低温下粘度大幅增加，锂离子迁移速度显著降低，因此冬季性能较差。相比之下，固态电解质在低温下电导率也会降低，但受温度影响幅度较小，即使在-30环境下，放电容量保持率也能达到90%以上，低温续航更好。u 非晶态SE是实现致密固态电解质隔膜的希望材料，使用这种SE的固态电池在-10下仍然可以展示出长循环寿命。请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 11资料来源：周静颖等全固态电池的研究进展与挑战、钜大锂电、深水科技、华金证券研究所1.6 固态电池挑战一：离子电导率低LLZO基电解质的RT离子电导率()和烧结进展不同电解质性能对比u 固态电解质中离子间相互作用强，因此离子电导率低。u 解决方案：从材料、工艺等方面进行改进。研究发现，基于石榴石型Li7La3Zr2O12（LLZO）的固态电解质表现出了高迁移数和高离子电导率。同时，采用特殊的烧结方法，如放电等离子烧结，可以生产出密度更大的LLZO颗粒，以最大限度地提高相对密度和高离子电导率。请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 12资料来源：周静颖等全固态电池的研究进展与挑战、财联社、澎湃新闻、华金证券研究所1.7 固态电池挑战二：量产难度大全固态电池发展面临的核心科学问题u 受技术和成本制约，固态电池量产难度大。技术上，当前固态电池工艺尚未成熟，其发展亟需解决三个核心科学问题，即固态电解质的离子输运机制、锂枝晶生长机制和多场耦合下的失效失控机制。成本上，部分材料售价昂贵，阻碍固态电池的量产。u 解决方案：作为液态电池和固态电池的折中产品，半固态电池有望率先量产。半固态电池兼容现有传统锂电池的工艺设备，且兼具安全性、能量密度和经济性，因而有望率先进入产业化阶段。请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 13资料来源：快科技、蜂巢能源、TrendForce集邦咨询、wind、华金证券研究所1.8 固态电池挑战三：成本高石墨负极液态、硅碳负极液态、石墨负极固态、锂金属负极固态的制造成本的预估模型（产能：6GWh/year)四类电池的材料和材料及加工成本预估模型（6GWh/year)u 成本：负极材料成本偏差最大，尤其是硅碳负极所需涂覆的额外电解质导致成本高昂，锂金属负极成本虽然较低但技术上仍存在锂枝晶反应等难关。目前固态电池已商业化销售实例少，以蔚来2023年7月上线的150kWh电池包信息测算，其半固态电池成本约为1.7-2.2元/Wh，远高于同期车用方形三元电芯、铁锂电芯均价0.73、0.65元/Wh。截止2024年4月3日，方形三元电芯、铁锂电芯均价已降至0.465、0.375元/Wh，液态锂电池均价持续下降，固态电池降本方面仍面临不小挑战。u 降本潜力：在除材料外的层面，固态电池的成本优势凸显。据SolidPower计算，固态电池制作过程中省去了注液、化成、排气等工艺和步骤可以节约成本34%;而固态电池的高安全性，在PACK层面同样可节约相应9%的成本;而且，高安全性减少了被召回维修的概率，同样减少了潜在的维修成本。资料来源：Joscha Schnell等Solid versus LiquidA Bottom-Up Calculation Model to Analyze the Manufacturing Cost of Future High-Energy Batteries 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 14目录固态电池能量密度高、安全性能显著固态电池技术路线及生产工艺eVtol助力固态电池产业化推荐标的投资建议010204030506风险提示 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 15资料来源：Alex M.Bates等Are solid-state batteries safer than lithium-ion batteries?、华金证券研究所整理2.1 固态电池有聚合物、氧化物、硫化物三种技术路线固态电解质类别对比电解质 离子电导率 界面相容性 机械性能 电化学窗口 成本经济性聚合物 低(约107 S/cm)较高 较高（黏弹性好）较低（绝大多数5V)较高硫化物 高(103101 S/cm)较低较低（硫化物硬度较低，存在一定程度可变性，需通过外加压力来提升界面物理接触）中等(大部分5v)中等u 根据固态电解质的不同，目前固态电池有聚合物、氧化物、硫化物三种技术路线。u 聚合物：聚合物固态电解质以欧美企业技术最为成熟，商业化难度较小，未来有望率先实现大规模量产，但是其电导率低、能量密度低。u 氧化物：氧化物固态电解质综合性能好。u 硫化物：硫化物固态电解质的电导率最高，延展性更好，潜力最大。但是其机械性能差，生产工艺复杂，且硫化物固态电解质中的硫元素具有一定的活性，如何保持高稳定性是一大难题。请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 16资料来源：宋鑫等全固态锂电池有机、周伟东等固态靓丽登场聚合物电解质研究进展、华金证券研究所整理2.2 聚合物固态电解质固态聚合物电解质性能对比机械性能锂盐溶解度界面兼容性电化学稳定性 热稳定性固态聚合物电解质发展简史u 聚合物固态电解质，由聚合物基体（如聚酯、聚醚和聚胺等）和锂盐（如 LiClO4、LiAsF6、LiPF6等）构成。聚合物固态电解质的主要优点有柔韧性高以及可加工性高，因此已经具备低成本规模生产的可能。然而聚合物电解质室温下离子电导率低，仅为108106S/cm，需加热至60以上才可达到104S/cm。围绕聚合物的研究多集中在通过化学修饰或复合材料的方法来提高其电导率和热稳定性。请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 17资料来源：能源学人、Jiayao Lu等Perovskitetype Liion solid electrolytes:a review、华金证券研究所整理2.3 氧化物固态电解质典型的氧化物固态电解质体系类型 主要材料 优点 缺点晶态NASICON型LAGP、LATP室温离子导电率高；对空气和水稳定，有望实现工业化生产结构稳定性差；与金属锂反应石榴石型LLZO、LLZTO室温离子电导率高；与金属锂接触时较稳定易与空气中H2O、CO2反应导致界面电阻变大钙钛矿型 LLTO拥有最高的晶体电导率，对锂金属比较稳定对锂金属稳定性差、界面电阻高非晶态LiPON LiPON 电化学窗口宽、热稳定性好离子电导率较低，仅限于低容量需求的薄膜电池典型的氧化物固态电解质对比u 氧化物固态电解质的离子电导率一般在106103S/cm之间，致密的形貌使其具有更高的机械强度，在空气中稳定性好，耐受高电压。而刚性过强、易碎，固-固界面相容性差，是其面临的主要挑战。u 氧化物固态电解质按照形态可分为晶态和非晶态。晶态氧化物电解质空气和热稳定性较高，因此容易实现大规模生产，其中，钙钛矿型（LLTO）拥有最高的晶体电导率，对锂金属较为稳定，尽管烧结温度高带来更高成本，但业内普遍认为，从长期来看LLTO应用潜力相对较大。而非晶态固态电解质主要是 LiPON 型固态电解质，离子电导率低，是目前唯一实现商业化应用的氧化物电解质材料，多家国外企业已率先实现全固态薄膜锂电池在无线传感器、射频识别标签、智能卡、消费类电子等低容量需求电子设备上的应用。请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 18资料来源：能源学人、粉体网、孙滢智等基于硫化物固态电解质的固态锂硫电池研究进展、华金证券研究所2.4 硫化物固态电解质常见硫化物固态电解质材料及室温离子电导率硫化物固态电解质分类u 硫化物固态电解质因其超高离子电导率（103102S/cm）、低加工温度和低刚性而备受关注。其主要缺点为热力学稳定性较差，易与空气中的水分反应生成H2S气体，从而破坏电解质，因此开发难度较大，对生产环境要求严苛。u 硫化物固态电解质按照组成可分为两类，一类是二元硫化物电解质由Li2S和P2S5组成；一类是三元硫化物固态电解质由Li2S、P2S5和MS2（M=Si、Ge、Sn）组成。锂硫银锗矿电解质，尤其Li6PS5X（X=Cl、Br、I）类电解质，因同时具备较高的室温锂离子电导率、在硫化物电解质中相对较低的成本和较高的稳定性和电极兼容性，是当前最具应用前景的无机固态电解质之一。请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 19资料来源：搜狐网、高端碳材料、知乎、恩捷股份投资者问答、华金证券研究所2.5 半固态电池生产设备与传统电池兼容，且仍使用隔膜液态生产工艺流程图半固态生产工艺流程图u 半固态生产工艺：半固态电池可兼容传统锂电池生产工艺，生产设备基本上可以与锂电兼容，只需新增加一条专产半固态隔膜的生产线，生产设备与液态电池隔膜的设备兼容。u 半固态电池要求隔膜的孔径更大、强度更高，并采用湿法+涂覆的工艺。对比传统电池，半固态电池的隔膜无明显工艺改变，调整参数即可，不过因为半固态电池需要提升离子导电率，所以要求隔膜的孔径更大、强度更高，因此需要采用湿法拉伸+涂覆的工艺。另外，单位半固态电池对隔膜的需求量没有变化。请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 20资料来源：中国粉体网、华金证券研究所2.6 生产工艺：固态电池生产工艺氧化物固态电池制备流程u 固态电池生产工艺革新：固态电池的生产工艺需要在电极、电解质、界面工程和封装技术等方面取得突破，以实现其工程化和商业化应用。与传统液态锂电池相比，固态电池在前期工序上与液态电池基本相同，在中后期工序中，固态电池需要进行加压或烧结的步骤，但无需进行注液操作。请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 21资料来源：高端碳材料、舍得低碳频道、华金证券研究所2.7 固态电池制造核心：固态电解质的成膜工艺不同成膜工艺的对比成膜工艺 成膜方式 优点 缺点湿法工艺模具支撑成膜将电解质溶剂倾倒在模具上，蒸发溶剂后成膜，常用于制备聚合物电解质膜及复合电解质膜。操作简单、工艺成熟，易于规模化生产。成本高；残留溶剂可能会降低固态电解质膜的离子电导率。正极支撑成膜将电解质溶剂浇到正极表面，蒸发溶剂后成膜，常用于制备无机电解质膜及复合电解质膜。骨架支撑成膜将电解质溶剂注入骨架中，蒸发溶剂后形成具有骨架支撑的膜，常用于制备复合电解质膜。干法工艺将固态电解质与聚合物粘结剂分散成高粘度混合物后施加足够压力使其成膜。不采用溶剂、无需烘干，成本低，成膜无溶剂残留、离子电导率高。固态电解质膜通常厚度偏大，降低电池能量密度。气相沉积工艺在电极上形成超薄电解质膜。-成本较高，仅适用于薄膜型全固态电池。u 固态电解质的成膜工艺是全固态电池制造的核心。不同工艺会影响固态电解质膜的厚度和离子电导率，膜过厚会降低电池的质量和体积能量密度，过薄则会导致机械性能变差。成膜工艺主要包括湿法工艺、干法工艺和气相沉积工艺，其中干法工艺是未来电极工艺的迭代方向，也将会是全固态电池的主要使用工艺。请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 22资料来源：TrendForce、高工锂电、华金证券研究所2.8 瞄准2025，规模量产值得期待固态（半固态）电池产业化预估时间轴u 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。各厂商产品试点 小批量装车 固态电池常态化 规模化装车2024-2025 2023 2026-2028 2030年之后 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 23目录固态电池能量密度高、安全性能显著固态电池技术路线及生产工艺eVtol助力固态电池产业化推荐标的投资建议010204030506风险提示 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 24资料来源：前瞻经济学人、中商产业研究院、华金证券研究所3.1 固态电池产业链u 固态电池产业链上游为基础材料及设备，包括原材料矿产、电芯材料和生产设备；中游为电池包加工制备，包括电池封装、电池管理系统等；下游为应用领域，包括新能源汽车、消费电子、储能、eVTOL等。请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 253.2 政策推动，eVTOL加速发展u 作为国家五年规划中重要子领域，低空经济涉及的装备制造和服务业备受重视。2021年2月25日党中央、国务院出台国家综合立体交通网规划纲要，“低空经济”概念首次写入国家规划，成为“十四五”时期谋划的新兴经济形态。近两年，交通部、科技部、工信部等中央部委相关部署已经将产业政策细化到无人机、飞行汽车等具体领域，推动相关行业的商业化、规模化应用。同时，除国家级的政策法规推动外，有条件的地方政府也在加速布局无人驾驶垂直起降航空器产业的发展。u 2024年“低空经济”首次被写入政府工作报告，带动电动垂直起降飞行器（eVTOL）引起广泛关注。资料来源：北深资本，华金证券研究所 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 263.3 eVTOL主要构型与应用场景u 基于对外公开的eVTOL项目统计，目前在研的载人eVTOL项目主要面向城市通勤市场，基于货物运输需求的项目占比较低。按照推进动力方式，eVTOL可分为多旋翼型、升力与巡航复合型、倾转旋翼/机翼型和倾转涵道型四大类。其中后两类因飞行器可通过改变螺旋桨/机翼/涵道方向实现飞行器的起降和巡航，又称为矢量推进型。u 据美国垂直飞行协会（VFS）发布的最新统计，全球超过700个eVTOL设计研发项目，其中235个倾转构型布局，124个复合翼构型布局，195个多旋翼构型布局，103个为悬停自行车和个人飞行器，47个电动旋翼机设计，涉及全球48个国家的347家公司或创新机构。eVTOL主要气动布局与总体构型资料来源：北深资本，华金证券研究所 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 273.4 eVTOL 产业链u eVTOL产业链上下游环节众多。主机厂主要承担整机研发和集成工作，其上游子系统供应商为主机厂提供专业模块组件。核心子系统主要包括能源系统、动力系统、飞控系统、通讯系统、导航系统以及机体六大类。eVTOL产业链梳理资料来源：势能资本，华金证券研究所 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 283.5 固态电池与eVTOL完美契合u eVTOL飞行器主要由机体子系统、导航通讯与飞控子系统、动力子系统和能源子系统构成。eVTOL的动力系统采用分布式推进系统（DEP，Distributed Electric Propulsion），该设计使其能够提升动力系统的安全性冗余、有效降低本机噪音（降低约10%15%）和最大限度提升动力系统的能源使用效率。u 对于eVTOL飞行器来说，电池有两项关键性能指标与eVTOL综合性能紧密相关，一是能量密度，一是功率密度。相比较来说，电池功率密度（单位质量电池的放电功率大小）是eVTOL飞行器更关键的性能指标，因为它决定了eVTOL是否可以安全起飞和着陆。而另一方面，能量密度（电池平均质量所释放出的电能）大致上决定了eVTOL的航程范围，目前300Wh/Kg能保证200300公里航程。资料来源：北深资本，华金证券研究所eVTOL系统构成 eVTOL不同容量电池和续航之间关系 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 293.6 固态电池与eVTOL完美契合u 作为eVTOL技术的核心组件，电池的性能和安全性直接决定了eVTOL飞机的性能和市场接受度。能量密度方面，eVTOL垂直起飞所需要的动力是地面行驶的10-15倍，商用门槛高达400Wh/kg，且未来能量密度要求将会达到1000Wh/kg，远高于当前车用动力电池的能量密度。充放电倍率方面，eVTOL的飞行需要经历起飞、巡航、悬停等阶段，其中起降阶段要求电池的瞬间充放电倍率在5C以上。安全性能、循环寿命等方面，eVTOL对电池的要求也极为严苛。u 政策引导，eVTOL将成为固态电池商业化的助推剂。2024年3月27日，工信部等四部门印发通用航空装备创新应用实施方案（2024-2030年），明确提出推动400Wh/kg级航空锂电池产品投入量产，实现500Wh/kg级航空锂电池产品应用验证。鉴于传统液态锂电池能量密度限制和eVTOL对电池性能的高要求，固态电池有望率先在eVTOL市场放量。资料来源：环球零碳，华金证券研究所充电倍率与充电时间eVTOL对电池的参数要求指标 参数能量密度目前已达285Wh/kg，2030年目标500Wh/kg，2040年目标1000Wh/kg功率密度2030年目标1.25kW/kg，2040年目标2.5kW/kg倍率 5C循环次数 10000次 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 30资料来源：中国政府网、世纪新能源网、中商情报网、华金证券研究所3.7 中国固态电池行业相关政策一览近年中国固态电池行业相关政策u 近年来，国家出台了一系列产业政策指引和股利固态电池发展。2020年10月国务院发布新能源汽车产业发展规划（20212035年），首次将固态电池研发上升到国家战略层面，将其列为行业重点发展对象；2023年工业和信息化部等六部门发布关于推动能源电子产业发展的指导意见，提出加快固态电池研发和标准体系研究；2024年2月工信部进一步提出固态电池新要求，单体能量密度要在300Wh/kg以上，循环寿命超过1000次。政策名称 发布主体 发布时间 相关政策内容锂电池行业规范条件（2024年本）工信部 2024年2月固态电池要求：固态单体电池能量密度300Wh/kg，电池组能量密度260Wh/kg，循环寿命1000次且容量保持率80%。关于推动能源电子产业发展的指导意见工业和信息化部、教育部、科技部等六部门2023年1月研究突破超长寿命高安全性电池体系、大规模大容量高效储能、交通工具移动储能等关键技术，加快研发固态电池、钠离子电池、氢储能/燃料电池等新型电池，加强标准体系研究。科技支撑碳达峰碳中和实施方案（20222030年）科技部、发展改革委、工业和信息化部等九部门2022年6月前沿储能技术。研究固态锂离子、钠离子电池等更低成本、更安全、更长寿命、更高能量效率、不受资源约束的前沿储能技术。“十四五”新型储能发展实施方案发展改革委、能源局 2022年1月推动多元化技术开发。研发储备液态金属电池、固态锂离子电池、金属空气电池等新一代高能量密度储能技术。新能源汽车产业发展规划（20212035年）国务院 2020年10月实施电池技术突破行动。开展正负极材料、电解液、隔膜、膜电极等关键核心技术研究，加强高强度、轻量化、高安全、低成本、长寿命的动力电池和燃料电池系统短板技术攻关，加快固态动力电池技术研发及产业化。请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 31资料来源：蜂巢能源、IT之家、华金证券研究所3.8 欧美、日韩和中国为固态电池核心产业区各国进驻固态电池企业概览固态电池公司国家 美 美 日 韩 中电解质/负极氧化物/硅基或金属锂(固液)硫化物电解质 硫化物电解质 硫化物电解质凝聚态电解质/硫化物电解质计划上市时期 2024年 2026年 2025年 2027年-上市产品性能目标400Wh/kg 400Wh/kg 300Wh/kg 400Wh/kg 500Wh/kg主要投资公司大众、上汽、斯坦福大学、continental等宝马、福特、volta、solvay等NEDO计划23家车企、E电池及材料制造商，另有15家大学/公共研究机构参与首尔大学、高立大学、成均馆大学、东京工业大学、大阪工业大学等日韩大学联盟中国商飞、上海交大等u 全球核心固态电池产业区域为欧美、日韩和中国。u 欧美：以自主研发固态电池技术的创业型公司为主，主要技术路线为氧化物与硫化物。u 日韩：以传统车企与电池企业合作开发为主，主要技术路线为硫化物。u 中国：以市场为主导研发投入巨大，且以科研机构或院校为支撑，产业化进程较快。大部分国内企业主要为氧化物、部分为硫化物，聚合物较少。请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 32资料来源：宁德时代凝聚态电池发布会、国家知识安全产业局、观察者网、锂想生活、Beta财富管理、华金证券研究所3.9 中国企业：宁德时代（半固态）宁德时代动力电池技术路径迭代凝聚态电池发布会u 电池概况：凝聚态电池采用高动力仿生凝聚态电解质，通过将固态电解质颗粒填充到凝胶电解质隔膜孔隙中，并添加少量电解液，既具有液体电解质离子电导率高的特点，又拥有固态电解质安全性能高的优点；构建微米级自适应网状结构，在增强微观结构稳定性能的同时进一步提高电池动力学性能，具备优秀的充放电能力；液态电解液被限制在孔隙内，因而电池负极可采用金属锂。凝聚态电池最高能量密度可达500Wh/kg。u 生产进度：宁德时代将推出凝聚态电池的车规级应用版本；重点布局硫化物全固态路线，目前已有高能量密度的固态电池样品，但商业化仍需5年以上。请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 33资料来源：NE时代新能源、财联社、Ofweek锂电网、中国储能网、中国粉体网、动点科技、华金证券研究所3.10 中国企业：清陶能源（半固态）清陶一至三代固态电池构成及性能 昆山清陶新能源固态锂电池产业化项目已动工u 电池概况：清陶能源选择氧化物路线。第一代半固态电池能量密度在240-420Wh/kg之间，2021年联合上汽完成装车实验，单体能量密度368Wh/kg，最大续航里程达到1083km。第二代准固态电池能量密度为400-500Wh/kg，已完成小试，正在中试准备阶段；第三代全固态电池能量密度超500Wh/kg，正进行产线设计和工艺开发相关工作。u 生产进度：2018年清陶能源国内首条0.1GWh固态锂电池产线正式投产；2020年宜春一期1GWh项目建成投产；2022年10Gwh固态电池产业化项目在昆山开建，计划2024年建成；2023年投资100亿元在四川郫都建设15GWh固态电池储能产业基地，首期1GWh建成投产；2023年投资70亿元在内蒙古建设10GWh固态产能。搭载清陶固态电池的上汽智己L6将于2024年5月上市，率先实现规模化量产。电解质液体含量能量密度 电解质 正极 负极 工艺第一代半固态5%-10%240-420Wh/kg氧化物为主，辅之聚合物形成复合电解质高镍三元硅碳采用纳米固态电解质涂覆及固态电解质层成型第二代准固态5%400-500Wh/kg第一代复合IPC电解质中添加卤化物及硫化物高镍三元、镍锰含锂负极隔膜、类隔膜完全消失第三代全固态0%超过500Wh/kg沿用IPC电解质体系无锂材料金属锂或含锂合金无 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 34资料来源：卫蓝新能源官网、集邦新能源网、Ofweek锂电网、新浪汽车、华金证券研究所3.11 中国企业：卫蓝新能源（半固态）u 电池概况：公司选择氧化物技术路线。360Wh/kg固态锂电池产品于2023年底量产交付蔚来，续航突破1000公里；280Ah超高安全储能电芯于2023年下半年量产交付，主要为三峡、海博思创、国电投等储能项目供货；320Wh/kg小动力电芯为多家国内外无人机、机器人、便携电源等客户供货。同时，公司与恩捷股份和天目先导共同研发生产固态电解质隔膜、布局半固态领域；与容百科技在全/半固态电池和材料领域展开全面深度合作，约定2022-25年采购不低于3万吨的正极材料。u 生产进度：卫蓝新能源拥有北京房山、江苏溧阳、浙江湖州和山东淄博四大基地，规划产能超过100GWh。其中，湖州基地第一颗固态动力电芯于2022年11月下线，2023年6月正式向蔚来交付半固态产品，预计2027年实现全固态电池量产。卫蓝新能源半固态装车蔚来ET7进行中 卫蓝新能源部分产品性能技术路线质量能量密度标称容量标称电压工作温度范围充电时间 循环寿命4695大圆柱动力电芯NCM固液混合300Wh/kg35Ah 3.58V-20-6020min（10%-80%SOC）1200280Ah储能固态电池LFP固液混合165Wh/kg280Ah 3.2V-20-60-6000 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 35资料来源：固态电池SSBIP、北极星储能网、GGII、SMM新能源、华金证券研究所3.12 中国企业：赣锋锂电（半固态）赣锋锂电一至三代固态电池性能 半固态新锋电池与普通液态电池性能对比固体含量 能量密度 循环寿命 电解质 正极 负极 隔膜 已配套车型第一代 80%260Wh/kg+2000+次 氧化物 高镍三元 石墨柔性固态电解质膜东风E70第二代 90%360Wh/kg+600+次 氧化物 高镍三元含锂负极 固态隔膜赛里斯SERES-5第三代 100%-氧化物-无-u 电池概况：赣锋锂电选择氧化物技术路线，正极采用高镍三元，负极采用石墨材料后改为含锂负极。公司第一代半固态产品能量密度达260Wh/kg，第二代产品可达400Wh/kg。2023年6月，半固态锂电池在赛力斯SERES-5上正式交付装车。2023年9月发布半固态新锋电池，循环寿命超过3000次，10万公里无衰减，扩展低温使用温度至-40。u 生产进度：远期规划产能超40GWh。2023年固态电池4GWh产能已建成量产，后续36GWh产能正在建设中，生产基地包括江西新余、重庆两江和广东东莞。请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 36资料来源：孚能科技官网及公司公告、IFIND、中国日报网、搜狐网、华金证券研究所3.13 中国企业：孚能科技（半固态）远航Y6配套孚能科技半固态电池一汽解放与孚能科技签署意向合作协议u 电池概况：孚能科技固态电池研发分为四代，第一代软包半固态电池能量密度达270-330Wh/kg，顺利通过第三方测试认证，常温循环2000次，容量保持率超过85%，于2022年顺利装车岚图追光；第二代能量密度将达到300-350Wh/kg，第三代要达到330-375Wh/kg，全固态电池将达到400Wh/kg以上。2023年11月远航Y6配套孚能科技半固态电池正式下线，续航高达720km。2024年3月孚能科技与一汽解放合作，孚能科技半固态电池将率先导入一汽解放商用车产品。u 生产进度：第一代软包半固态电池于2022年9月成功量产；第二代已处于送样阶段，预计将于2025年投产；第三代产品技术已较为成熟，正在与国内外客户积极沟通中，预计2028年投产；最终全固态电池计划2032年投产。请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 37资料来源：QuantumScape官网、汽车之家、IT之家、AutocarMax、华金证券研究所3.14 美国企业：QuantumScape（半固态）QuantumScape锂电池的能量密度曲线 QuantumScape未来规划u 技术特点：公司选择氧化物、硫化物双重材料体系，固态电解质以LLZO石榴石型氧化物为主，LGPS硫化物为辅。电池采用无锂负极设计（取消负极活性材料，采用铜箔集流体作为负极），隔膜材料为一种陶瓷（氧化物）与正极有机凝胶电解质（正