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- 1 - 敬请参阅最后一页特别声明 市场数据 (人民币） 市场优化平均市盈率 18.90 国金动力电池指数 28453 沪深 300 指数 4856 上证指数 3574 深证成指 14766 中小板综指 14127 相关报告 1.电动化提速 动力电池种子选手迎高弹性 增长 -动力电池行业报告， 2021.3.21 姚遥 分析师 SAC 执业编号： S1130512080001 (8621)61357595 yaoy 动力 电池安全系列研究（一） ： 安全 性 要求 迈向新台阶，催生新兴增量赛道 行业观点 动力电池安全 性要求 迈向新台阶， 未来 电池 安全相关的材料与零部件 需求将 拥有显著超越动力电池行业的增速 。我们认为动力电池行业对安全性的要求 将逐步提升，基于三方面原因：（ 1）需求端，电池安全已成为车企除续航和 快充之外的新一轮宣传点；（ 2）供给端，电池企业为抢占市场份额，避免后 期高额赔偿，开发高安全电池已成为业内共识；（ 3）政策端，安全国标升 级，行业监管趋严。因此，考虑到动力电池安全性提升策略包括电芯层面的 本征安全、电池系统层面的被动安全与主动安全，随着安全性要求的提升， 有望催生新兴增量赛道。 电芯层面 材料与工艺并举，降低电芯热失控风险 。 单体电芯的本征安全是 动力电池安全的基础，主要 从 材料与工艺两个层面 改善 ，在材料层面提升各 电芯材料热稳定性，在工艺层面从设计和制造的角度保证 电芯可靠性 。 （ 1） 材料层面：正极材料中高镍三元复配 10%左右的磷酸铁锰锂（ LMFP）、隔 膜中湿法涂覆隔膜、电解液中的新型锂盐 LiFSI 代替 LiPF6 与有机电解液升 级为固态电解质、辅材中复合集流体代替传统集流体均有望改善电池安全， 甚至能够助力电池通过严苛的针刺测试。 （ 2） 工艺层面：极片边缘涂覆陶瓷 与极片整体涂覆陶瓷均有望改善电池安 全 性 。随着电池安全重要性日益提 升，相应技术趋势有望加速渗透，相关材料有望迎来高速增长。 电池系统层面 被动安全与主动安全并举，降低电池热失控风险 。 被动安全 的核心是隔热与散热，目前隔热主要依靠气凝胶、防火棉、防火毯等隔热材 料，散热主要采用液冷系统与防爆阀等措施。主动安全的核心是电池管理系 统（ BMS）要准确预测电池状态，目前比较可行的解决方案是提升芯片算力 与 增加传感器数量。 随着电池能量密度持续提升 、电压平台逐渐升高、安全 重要性日益 凸显 ，被动安全与主动安全相关零部件 单 车 价值量 有望呈上升趋 势。 投资建议 我们认为目 前市场对动力电池安全赛道的 关注度较低 ，随着电池安全受产业 链 上下游重视程度的提升，相关企业有望获得显著超越行业增速的增长。 从 安全改性效果、技术成熟度、 单车 价值量几个维度综合考虑，建议关注陶瓷 涂覆赛道的 壹石通 、复合集流体赛道的 东威科技 、固态电池赛道的 赣锋锂 业 、兼顾固态电池赛道与 LMFP 赛道的 国轩高科 、被动安全赛道的 泛亚微 透 。 风险提示 新技术应用不及预期风险 、 新能源汽车销量不及预期风险、上游原材料涨 价风险 。 11294 14016 16739 19461 22184 24906 27629 20 12 02 21 03 02 21 06 02 21 09 02 国金行业 沪深 300 2021年 12月 03 日 新能源与汽车研究部 动力电池 买入 （ 维持评级 ） ) 行业深度研究 证券研究报告 行业深度研究 - 2 - 敬请参阅最后一页特别声明 内容目录 一、动力电池安全性要求迈向新台阶，已成为行业新一轮竞争焦点 .4 1.1 行业背景：电池热失控事件频发，倒逼行业重视电池安全 .4 1.2 电池热失控机理：电池为什么会发生热失控？ .5 1.3 电池热失控解决策略：如何解决电池热失控 问题？ .6 二、电芯层面：材料与工艺并举，降低电芯热失控风险 .6 2.1 正极材料：材料本体改性与材料复配，提升材料热稳定性 .6 2.2 隔膜：湿法涂覆隔膜有望成为主流 .9 2.3 电解液：添加剂、新型锂盐、固态电池有望改善电池安全 .10 2.4 辅材：复合集流体代替传统集流体，有望改善 电池安全性 .14 2.5 工艺层面：极片表面涂覆陶瓷是一种趋势 .17 三、电池系统层面：被动安全与主动安全并举，降低电池热失控风险 .18 3.1 被动安全：防止热蔓延，隔热与散热是关键 .18 3.2 主动安全： BMS 准确估值，异常状况提前预警 .22 四、动力电池安全行业投资建议 .23 五、风险提示 .24 图表目录 图表 1：各车企高安全电池方案发布情况 .4 图表 2：动力电池召回事件及赔偿情况 .4 图表 3：电动汽车用动力蓄电池安全要求标准变迁 .5 图表 4：电池热失控诱因总结 .5 图表 5：单体电芯热失控演进过程示意图 .5 图表 6：动力电池热失控解决策略 .6 图表 7： LFP 与三元材料热稳定性对比分析 .7 图表 8：不同镍含量三元材料容量与热稳定性关系图 .7 图表 9：正极材料本体改性方案简介 .7 图表 10：复配不同比例 LMFP 的高镍三元材料热稳定性能测试 .8 图表 11：纯 NCM811 电池针刺试验 .9 图表 12：复配 20%LMFP 的 NCM811 电池针刺试验 .9 图表 13：行业内 LMFP 布局情况 .9 图表 14：干 /湿法性能比较 .10 图表 15：中国干 /湿法隔膜出货量（亿平）及湿法占比 .10 图表 16： 中国基 /涂覆膜出货量（亿平）及涂覆占比 .10 图表 17：电解液添加剂主要分类 . 11 图表 18：典型电解液添加剂对比 . 11 行业深度研究 - 3 - 敬请参阅最后一页特别声明 图表 19： LiPF6与 LiFSI性能 参数对比 . 11 图表 20：行业内新型锂盐 LiFSI布局情况 .12 图表 21：液体电池与固态电池的结构示意图 .12 图表 22：固态电池分类 .13 图表 23：固态电池发展路径图 .14 图表 24：行业内固态电池布局情况 .14 图表 25：传统集流体与复合集流体示意图 .15 图表 26： Soteria 复合集流体基本性能参数 .16 图表 27： OPPO 夹心电池示意图 .16 图表 28：复合集流体技术在冲击测 试中的保护作用 .17 图表 29：复合集流体技术在针刺过程中的阻断效果 .17 图表 30：极片边缘涂覆陶瓷示意图 .17 图表 31：三星 SDI负极陶瓷涂覆极片照片及示意图 .18 图表 32：三星 SDI负极陶瓷涂覆极片剖面图 .18 图表 33：电池系统热蔓延 的典型阶段及其关键特征 .19 图表 34：电池系统隔热解决方案 .19 图表 35：广汽 “弹匣电池 ”隔热方案 .20 图表 36：电池系统三种主要冷却方式 .20 图表 37：电池系统中液冷系统示意 图 .21 图表 38：电池系统防爆阀与平衡阀示意图 .21 图表 39：被动安全相关零部件企业 .22 图表 40：广汽弹匣电池 第五代电池管理系统 .22 图表 41： 60kWh 高镍三元动力电池包各安全改性方案价值量测算 .24 行业深度研究 - 4 - 敬请参阅最后一页特别声明 一、 动力电池 安全 性要求 迈向新台阶， 已 成为行业新一 轮竞争焦点 动力电池 性能 的 发展趋势可分为高比能、高安全、长循环、低成本等几个 方面，且各性能之间呈相互制约关系。当下 ， 随着 电池系统 能量密度 从 100Wh/kg 提升至 200Wh/kg 左右，电池 包 容量由 30kWh 升级至 100kWh 左右， 整车电压平台由 400V 提高至 800V， 新能源汽车保有量从百万级向 千万级迈进， 动力电池安全 重要性 日益 凸显， 已 成为新能源汽车行业新一 轮竞争焦点 。 1.1 行业背景：电池热失控事件频发，倒逼行业重视电池安全 据不完全统计， 2021 年 1 月至今已发生 50 多起新能源汽车 着火事件，绝 大部分由 电池热失控引起。 近年来，新能源 汽车 安全事故呈递增态势，消 费者已由“里程焦虑”转入“安全焦虑”， 动力电池 安全问题已成为新能源 汽车 行业 发展的拦路虎。 通过分析 需求端、供给端、政策端 三 方面 因素 ， 我们认为 动力电池安全 已成为 新能源汽车行业新一轮的重点发展方向，未 来 电池安全相关的材料与零部件 拥有广阔的增长空间。 （ 1） 需求端 ： 电池安全已成为 车企 除 续航和快充之外的 新一轮 宣传点 。 下游 新能源汽车企业 正处于跑马圈地关键期，安全事故对 其 品牌损伤严重， 影响其 终端 市场份额 ， 倒 逼 车企重视电池安全 。 当下 ，电池 安全已成为 车 企 除 续航和快充之 外 的 新一轮 宣传点 ，各主流车企均推出了 自身 高安全电 池解决方案。 图表 1： 各车企高安全电池方案发布情况 时间 车企 具体内容 2020-03 比亚迪 可通过针刺试验的刀片电池 2020-11 蔚来汽车 无热蔓延安全设计的 100kWh 电池包 2021-03 岚图汽车 “无冒烟、无起火、无爆炸”电池 2021-04 上汽智己 “永不自燃”电池包 2021-04 广汽集团 弹匣电池系统安全技术，实现三元电池包针刺不起火 2021-09 长城汽车 “永不起火、永不爆炸”的大禹电池 2021-09 岚图汽车 “琥珀”及“云母”电池安全技术 来源： 公司官网 ，国金证券研究所 （ 2） 供给端： 抢 占 份额， 避免 赔偿，开发高安全电池已成为业内共识。 2021 年 10 月 ， LG 同意向 通用汽车支付高达 19 亿美元赔偿，用于召回和 维修 雪佛兰 Bolt 电动汽车 ，主要系 LG 电池存在 负极极耳 断裂 和隔膜褶皱 两种制造缺陷 ， 导致 车辆存在自燃风险。 LG 高额赔偿事件为整个行业敲响 了警钟 ， 电池企业为 进一步 提升市场份额，避免后期高额赔偿，开发高安 全电池已成为业内共识 。 图表 2： 动力电池召回事件及赔偿情况 时间 车企 电池企业 赔偿金额 具体内容 2020-10 现代 LG 80 亿元 召回 2.5 万辆 KONA EV汽车，并更新电池管理软件 2021-02 现代 LG 全球召回 81701 辆电动汽车，主要系存在起火风险 2021-03 北汽 孚能 3000-5000万元 召回共计 31963 辆 EX360 和 EU400，主要系动力电池系统一致性差异 2021-10 通用 LG 19 亿美元 召回所有 14.2 万台的 Bolt EV， 无限期停止销售 Bolt EV电动车 2020-10 威马 中兴高能 N/A 召回 1282 辆威尔马斯特电动车，主要系电芯存在由杂质导致的析锂起火风险 2021-07 奇瑞 贵博新能 N/A 召回 1407 辆艾瑞泽 5e 电动汽车，主要系动力电池系统一致性差异 2021-07 长城 孚能 N/A 召回共计 16216 辆长城欧拉 IQ 电动汽车，主要系 BMS 问题 来源： 国金证券研究所 整理 行业深度研究 - 5 - 敬请参阅最后一页特别声明 （ 3） 政策端 ： 安全国标升级， 行业监管趋严 。 2020 年 5 月 12 日 发布的 新版 电动汽车用动力蓄电池安全要求 新增了 电池热扩散和过流保护测 试项，其中电池热扩散测试要求 电池单体发生热失控后，电池系统在 5 分 钟内不得发生起火、爆炸 等安全问题，为 乘员预留安全逃生时间 。与此同 时， 2020 年 11 月 2 日国务院办公厅正式印发 的 新能源汽车产业发展规 划（ 2021 2035 年） 相较征求意见稿， 新增了“加强对整车及动力电池、 电控等关键系统的质量安全管理、安全状态监测和维修保养检测”的描述， 释放了强化行业安全管理和监测信息 。 图表 3： 电动汽车用动力蓄电池安全要求标准变迁 测试类别 测试项 GB/T 31467.3-2015 GB 38031-2020 电池包 或系统 热扩散 无 新增电池单体发生热失控后，电池系统在 5分钟内不得发生起火、爆炸的要求 过流保护 无 新增电池系统的过流保护安全要求 来源： 知网，国家标准全文公开系统，国金证券研究所 1.2 电池热失控机理： 电池 为什么会发生热失控？ 电池热失控主要诱因 ： 根据触发 方式 ，电池热失控诱因可分为机械滥用、 电滥用、热滥用 三种 。 （ 1） 机械滥用 ： 一般是 由 电池受力发生机械变形造 成的，具体表现为车辆碰撞，以及随之带来的挤压、针刺等情况； （ 2） 电 滥用 ： 一般 由电压管理不当 、 电器元件故障 或制造不良 等 引起，包括短路、 过充、过放等情况； （ 3） 热滥用 ： 一般由温度管理不当导致的过热引起 。 上述 3 种触发方式之间并非完全独立，机械滥用一般会导致电池隔膜的破 裂或变形，引起电池正负极直接接触造成内短路，进而出现电滥用 。 而电 滥用 伴随 焦耳热以及化学反应热的产生 ，引起电池温度上升，发展为热滥 用，进一步触发电池内部的链式产热副反应，最终导致发生热失控。 单体电芯热失控机理： 当单体电芯发生 热失控时，内部各材料 相继发生热 分解反应，致使电芯内部温度不可逆地快速升高。 具体包括： （ 1）第一阶 段： 负极副反应首先进行，包括 SEI 膜的反应与分解，嵌锂负极与电解液 反应产生气体； （ 2）第二阶段： 隔膜熔融、 电芯 内部产生大量焦耳热，正 极分解、析出氧气，电 芯 内部气体泄放和加速升温； （ 3）第三阶段： 正负 极材料与电解液放热反应以及电解液分解反应造成电 芯 热量急剧增多，引 发电芯 热失控。 图表 4： 电池热失控诱因总结 图表 5： 单体电芯热失控演进过程示意图 行业深度研究 - 6 - 敬请参阅最后一页特别声明 来源： 车用锂离子动力电池热失控诱发与扩展机理、建模与防控 1， 国金证券 研究所 来源： 锂离子电池热失控蔓延研究进展 2， 国金证券研究所 1.3 电池热失控解决策略： 如何解决电池热失控问题？ 本征安全、被动安全、主动安全 是三种常用的 电池热失控解决策略 。 （ 1） 本征安全 ：从单体电芯层面的热失控机理着手，在材料层面提升各 电芯 材 料的热稳定性，在工艺层面从设计和制造的角度保证 电芯可靠性 ， 本征安 全 是电池安全的基础 ；（ 2） 被动安全 ：在某一单体电芯热失控以后，通过 系统热管理，即隔热与散热的方法，抑制它的蔓延速度，防止 整个电池包 发生热失控 ； （ 3） 主动安全 ： 主要是 电池智能管理， 即 通过 BMS、大数据 等技术对热失控进行提前预警。 其中本征安全属 于电芯层面的防护 ， 而 被 动安全和主动安全属于电池系统层面的防护。 目前行业内 动力 电池安全的 改善 分工 为电池企业从单体电芯层面改善，整车企业从电池系统层面改善。 图表 6： 动力电池热失控解决策略 来源：国金证券研究所 二、 电芯层面：材料与工艺并举，降低电芯热失控风险 2.1 正极材料：材料本体改性与材料复配 ，提升 材料 热稳定性 本体材料： 磷酸铁锂热稳定性优于三元，低镍三元热稳定性优于高镍三元。 正极材料热稳定性与其晶体结构稳定性密切相关 。 目前动力电池领域主流 的正极材料分为磷酸铁锂 （ LFP） 与三元 材料 两种，其中 LFP 属于典型的 橄榄石结构材料，锂离子完全脱出并不会造成橄榄石结构的破坏，而三元 材料是典型 -NaFeO2 层状结构，在锂离子脱嵌过程中容易造成层状结构 的坍塌，因此磷酸铁锂热稳定性优于三元材料。 同时在 三元材料中， 随着 镍含量提升， 其 比容量和能量密度逐渐增加， 但材料 锂镍混排加剧，晶体 结构相变 趋于严重，造成 其 晶体结构稳定性变差，进而导致 其 热稳定性下 降 ，因此低镍三元 热 稳定性优于高镍三元。 短期 而言 ， 磷酸铁锂 的 高安全 性 有利于其市场份额的提升。远期 而言 ，随着技术进步，三元材料安全性 能短板有望改善，其与 LFP安全性能的差距有望缩短。 1 冯旭宁 .(2016).博士学位论文 ,清华大学 . 2 陈天雨 等 .(2018). 储能科学与技术 (06),1030-1039. 行业深度研究 - 7 - 敬请参阅最后一页特别声明 图表 7： LFP 与三元材料热稳定性对比分析 来源： 锂电前沿， 国金证券研究所 图表 8： 不同镍含量三元材料容量与热稳定性关系图 来源： Comparison of the structural and electrochemical properties of layered LiNi xCoyMnzO2 cathode material for lithium-ion batteries 3， 国金证券研究所 本体材料改性： 表面包覆、 元素 掺杂、单晶化是正极 材料 安全 改性 的重要 途径，利好拥有技术优势的企业 。 正极材料 受热易分解以及 正极 与电解液 之间的副反应是造成 电芯热失控的 主要 原因之一 ， 其 核心解决方案是提升 正极材料的热稳定性。 目前行业内一般通过表面包覆减少正极与电解液之 间的副反应，通过元素掺杂、单晶化提升正极材料的晶体结构稳定性，进 而提升正极材料的热稳定性。 随着 电池安全重要性日益提升，电池企业对 正极材料的要求将逐渐提升，利 好 拥有技术优势的企业，建议关注正极行 业的龙头企业如 容百科技 、 当升科技 、 德方纳米 等。 图表 9： 正极材料本体改性方案简介 改性方案 具体内容 表面包覆 在材料表面包覆一层纳米物质，减少其与电解液之间的副反应 3 Hy ung-Joo Noh, etc,(2013). Journal of Power Sources, doi:10.1016/j.jpowsour.2013.01.063. 行业深度研究 - 8 - 敬请参阅最后一页特别声明 改性方案 具体内容 元素掺杂 在材料晶格中掺杂其他元素，起到增强化学键键合能力，提高晶体结构稳定性的作用 单晶化 单晶材料由于颗粒均一，各向异性好，拥有较高的机械应力和耐压性，从而提升其热稳定性 来源： 国金证券研究所 整理 材料复配： 高镍三元复配磷酸铁锰 锂 （ LMFP） 有望解决其安全问题。 LMFP 具有与磷酸铁锂（ LFP）相同的橄榄石结构，因此同样拥有较佳的 热稳定性。同时， LMFP 具有与 LFP 相近的放电比容量，但其电压平台为 4.0V 左右，高于 LFP 的 3.4V 左右，因此其能量密度较 LFP 高 1520%左 右 。由于 LMFP 拥有高安全属性和三元相近的电压平台，在高镍三元中复 配 10%20%左右的 LMFP，有望在保证高能量密度性能的前提下，改善 安全性（ LFP 电压平台显著低于三元材料的 3.7V， 导致 LFP 与三元材料的 复配效果不理想 )。 复配不同比例 LMFP 的高镍 三元 材料热稳定性测试结果 显示，纯 NCM811 材料热分解温度是 217左右，释放总能量约为 2362J/g； 当复配 10%LMFP 之后， NCM811 材料 出现两个热分解温度， 分别为 217、 248，根据放热峰的面积判断，大部分热量在 248左右 释放，释放总能量约为 2003 J/g，相较纯 NCM811 材料下降 15%左右； 当 LMFP 复配比例由 10%提升至 20%时，改善效果更明显 ， 复配 20%LMFP 的 NCM811 电池可通过针刺试验，且针刺过程中的最高温度由 纯 NCM811 电池的 576.2下降至 54.5 ，降幅 显著 。 图表 10： 复配不同比例 LMFP 的高镍 三元 材料热稳定性能测试 来源：上海华谊，国金证券研究所 行业深度研究 - 9 - 敬请参阅最后一页特别声明 图表 11： 纯 NCM811 电池针刺试验 图表 12： 复配 20%LMFP 的 NCM811 电池针刺试验 来源：上海华谊，国金证券研究所 来源： 上海华谊， 国金证券研究所 相关企业： 短期 来看，相较 LFP 而言， LMFP 成本较高、循环性能较差、 压实密度较低，因此 只能作为三元材料的安全辅材应用 。 随着电池安全的 重要性日益提升，未来 23 年内， LMFP 有望受益 于高镍三元安全赛道而 放量。远期 来看 ，随着 LMFP 成本下降，循环性能改善， 有望完成从辅材 到主材（代替 LFP）的升级过程， 建议关注已布局 LMFP 的 相关企业，如 德方纳米、国轩高科、当升科技 等。 图表 13： 行业内 LMFP 布局情况 企业 布局情况 宁德时代 15 年、 17 年申请 LMFP 相关专利；公开的技术路线布局中有涉及 LMFP 国轩高科 15 年自研“ 15Ah 方形 LMFP 离子蓄电池”； 16 年申请了较多 LMFP 相关专利 德方纳米 拟建设年产 10 万吨新型磷酸盐系正极材料生产基地项目 当升科技 21 年中报披露公司正在开发高性能的 LMFP 材料 鹏欣资源 持有 23%江苏力泰锂能股权：后者目前 LMFP 产能 0.2 万吨； 21 年 9 月 -22 年 3 月，计划新增0.3 万吨 LMFP 产能； 22 年 11 月预计新增 0.2 万吨 LMFP 前驱体产能 华谊集团 子公司上海华谊新材料 19 年投产 0.1 万吨 百川股份 20 年相关项目规划 1.5 万吨 LMFP 天能股份 20 年研发 18650 圆柱锂电池 LMFP 磷酸铁锰锂电芯， 21 年开始试制样品 光华科技 17 年开展 LMFP 项目 来源： 公司公告 ， 公司官网 ， 高工锂电 ，国金证券研究所 2.2 隔膜：湿法涂覆隔膜有望成为主流 干法 VS 湿法： 湿法隔膜有望成为主流 。 按制造工艺分类，隔膜可以分为 干法隔膜与湿法隔膜。虽然湿法隔膜生产工艺 更为 复杂，生产成本 相对 较 高，但从产 品 性能而言，湿法隔膜 优于 干法隔膜，主要体现在 以下 方面 ： （ 1） 耐大电流性能 ：湿法隔膜孔径均匀且较小，可以耐大电流充放； （ 2） 力学性能层面 ：湿法生产工艺，可制备出具有较高纵向和横向 拉伸 强度的 隔膜； （ 3） 能量密度层面 ：湿法隔膜厚度更薄，有利于提高电池能量密度； （ 4） 电导率层面 ：湿法隔膜与干法隔膜的主要原材料分别为聚乙烯 （ PE） 、 聚丙烯 （ PP） ， PE 的亲液性强 于 PP，进而导致湿法隔膜的电导率高于干 法隔膜。因此，相对干法隔膜，湿法隔膜在性能与安全性方面均有优势。 目前，三元动力电池基本采用湿法隔膜，部分 LFP 动力电池也逐渐由干法 转向湿法。远期来看，湿法隔膜兼具高比能与高安全属性，叠加其成本与 干法隔膜逐步缩小，未来湿法隔膜有望成为主流。 行业深度研究 - 10 - 敬请参阅最后一页特别声明 图表 14：干 /湿法性能比较 项目 干法工艺 湿法工艺 备注 生产方式 单向拉伸 双向拉伸 异步拉伸 同步拉伸 - 工艺原理 晶片分离 晶型转换 热致相分离法 - 厚度 20-50 m 5-10 m 厚度小可以降低内阻，提高电池密度 孔径分布 0.01-0.3 m 0.01-0.1 m 孔径分布窄，通透性好 孔隙率 30-40% 35-45% 孔隙率尽量大 闭孔温度 145 130 防止电池过热 熔断温度 170 150 防止熔化造成短路 穿剌强度 200-400 gf 300-550 gf 防止刺穿造成短路 横向拉伸强度 100 MPa 130-150 MPa 足够的拉伸强度 纵向拉伸强度 130-160 MPa 140-160 MPa 横向热收缩 （ 120） 1% 6% 较小的收缩率 纵向热收缩 （ 120） 3% 3% 来源：新材料在线， 国金证券研究所 基膜 VS 涂覆隔膜： 涂覆隔膜有望成为主流 。 由于隔膜主要原材料 PE 和 PP 的热变形温度较低，温度过高时隔膜热收缩严重，容易导致电池正负极 接触而出现短路，进而导致电池发生热失控。为了改善隔膜热稳定性，通 常在隔膜表面涂上一层耐高温的涂覆材料， 可以改善隔膜热收缩性能，同 时可提高隔膜穿刺强度，防止锂枝晶刺穿， 从而提升电池安全性。 随着电 池安全重要性日益提升，涂覆隔膜有望成为主流。 图表 15： 中国干 /湿法隔膜出货量（亿平）及湿法占比 图表 16： 中国 基 /涂覆 膜出货量（亿平）及 涂覆 占比 来源： EVTank， 国金证券研究所 来源： GGII， EVTank， 国金证券研究所 相关企业： 建议关注湿法隔膜龙头企业 恩捷股份 ，同时建议关注涂覆材 料相关企业如 壹石通 等。 2.3 电解液： 添加剂、新型 锂盐 、固态电池有望改善电池安全 常规电解液 ： 易分解， 易 发生 副反应， 因而存在安全隐患。 电解液 一般由 有机溶剂、电解质锂盐和添加剂组成， 其作用是在电池正负极之间形成优 良的离子导电通道，目前商业化常用的有机溶剂为 碳酸酯类有机溶剂，锂 盐为 LiPF6。由于 碳酸酯类有机溶剂燃点较低（ 160）、极性较强，因 此受热易分解， 同时 易与正负极 之间发生副反应，进而导致电池热失控。 添加剂： 各类添加剂 可以 改善电解液安全，其 种类与 用量呈上升趋势。 虽 然添加剂用量仅占电解液质量的 3%5%，但可明显改善电解液性能，具 有用量少、效率高的优势。按功能分类，添加剂可分为成膜、阻燃、过充 1.2 2.5 5.5 8.0 13.2 20.0 27.2 2.9 5.2 7.2 8.4 9.6 9.8 11.5 29% 32% 43% 49% 58% 67% 70% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 湿法 干法 湿法占比（右轴） 2.3 16.6 5.5 13.2 29% 56% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 0 5 10 15 20 25 30 35 2015 2019 涂覆隔膜 普通隔膜 涂覆占比（右轴） 行业深度研究 - 11 - 敬请参阅最后一页特别声明 保护、其他添加剂，如过充保护添加剂通过防止因过充引起的电解液燃烧、 爆炸等，进而提升电解液安全性能。 图表 17： 电解液添加剂主要分类 分类 作用 代表品类 成膜添加剂 形成 SEI 膜，提高电极循环性能及使用寿命 VC、 FEC 阻燃添加剂 防止电解液燃烧，提升安全性能 FEC、 TFP 过冲保护添加剂 防止因过冲引起的电解液燃烧、爆炸等 VC、 CHB 其他添加剂 提升低温性能、热稳定性、导电性、去杂质等 PS、 DTD 来源： 头豹研究院 ， 国金证券研究所 目前应用最广泛的添加剂主要有： VC、 FEC、 PS、 DTD 等 。随着动力电 池 往 高安全、高比能等方向发展，对添加剂的要求 将 越来越高，其种类与 用量有望呈上升趋势。 图表 18： 典型电解液添加剂对比 名称 碳酸亚乙烯酯 氟代碳酸乙烯酯 1,3-丙磺酸内酯 硫酸亚乙酯 简称 VC FEC PS DTD 种类 成膜添加剂 过冲保护剂 成膜添加剂 阻燃剂 锂枝晶抑制剂 高温型添加剂 高温型添加剂 改善方面 电极可逆容量和稳定性 循环寿命、高低温性能 电池容量 低温性能 安全性能 安全性能 电池循环性能 高温循环和储存性能 低温放电性能 优点 成熟度高 综合效果理想 应用广泛 生成膜性能好 改善方面多样 成本低廉 抑制电池产气效果好 安全性好 解决电池胀气效果好 缺点 成膜后阻碍电荷传输从而降低倍 率性能、生产安全性较低 使用过程容易导致电 池循环寿命降低 使用安全性差 （潜在致癌风险） 价格高昂 来源： 头豹研究院，国金证券研究所 新型锂盐： LiFSI 代替 LiPF6，有望改善电池安全性。 传统 锂盐 LiPF6存在 明显缺陷：（ 1） 不稳定 ： LiPF6是化学和热力学不稳定的，即使在常温下也 会发生分解反应，生产气相产物 PF5，进而降低电池安全性；（ 2） 易水解 ： LiPF6 对比较敏感，痕量水存在就会导致 LiPF6 分解产生 HF，进行腐蚀电 极与集流体，严重影响电池电化学性能与安全性能。新型锂盐 LiFSI 因其 良好 的 结构稳定性和电化学性能 ，有望逐步取代 LiPF6 来改善电池安全性 能。与 LiPF6 相比， LiFSI 具有以下优势：（ 1） 热稳定性 强 ： 当温度大于 200时， LiFSI 仍能够稳定存在，不发生分解 ，热稳定性能较好；（ 2） 电 导率 高 ： LiFSI 阴离子半径更大，更易于解离出锂离子，进而提高 电池电导 率 ；（ 3） 抑制气胀 ： LiFSI 具有优良的化学稳定性，且其与 正负极材料之间 保持着良好的相容性， 副反应较少，因而产气较少。 图表 19： LiPF6与 LiFSI性能参数对比 分类 六氟磷酸锂 双氟磺酰亚胺锂 基本物性 化学式 LiPF6 LiFSI 热分解温度 125C 200C 氧化电压 4.5V 5V 溶解性 易水解，产生 HF 耐水解 电导率 尚可 高 热稳定性 差 好 化学稳定性 较稳定 差 电池性能 低温性能 一般 好 循环寿命 一般 长 行业深度研究 - 12 - 敬请参阅最后一页特别声明 耐高温性能 差 好 气胀 会发生气胀 抑制气胀 工艺成本 合成工艺 简单 复杂 成本 低 高 来源： 头豹研究院，国金证券研究所 相关企业： 以前 ，因 LiFSI 制备工艺复杂、技术壁垒高，导致其成本明显 高于 LiPF6，因此只能作为添加剂 使用， 以弥补传统锂盐的部分性能 缺陷。 当下， 随着 供需错配导致 LiPF6 成本快速攀升， LiPF6 成本已与 LiFSI 基本 持平 ，不再具备 成本 优势，因此 LiFSI 迎来新的 发展机遇。 我们认为 随着 动力电池对安全、电化学性能要求越来越高，叠加其成本与 LiPF6 差距逐 渐缩小、规模有序扩大， LiFSI 有望加速渗透，添加比例（ LiFSI/总锂盐） 有望由目前的 35%提升至 50%左右。建议关注未来 LiFSI 有望放量的企 业，如 天赐材料 、 永太科技 等。 图表 20： 行业内 新型锂盐 LiFSI布局情况 企业 布局情况 天赐材料 已拥有 2300 吨 LiFSI 产能， 4000吨募投项目将于今年投产，并计划扩产 50000 吨 永太科技 已有 500 吨产能，计划扩产 1500 吨，同时计划扩产 67000 吨液态产能，折固 20000 吨 新宙邦 目前公司有少量产能，在建 2400 吨产能，预计明年年初投产 1200 吨产能 多氟多 拟扩建 40000 吨产能 康鹏科技 2019 年 12 月衢州康鹏 1500 吨 LiFSI 产线投产，截至 2021年 3 月，已拥有 1700 吨 /年的产能 来源： 公司公告，国金证券研究所 固态电池 ： 下一代电池技术，有望彻底解决电池安全问题。 目前 锂离子电 池 所用电解质为有机电解液，因其热分解度温度低、易燃、有毒以及电化 学窗口低，导致动力电池安全性能和能量密度的提升存在一定局限性。固 态电池本质上是用稳定固态电解质代替易燃有机电解液 ，进而改善电池安 全性能。 图表 21： 液体电池与固态电池的 结构示意图 来源： 全固态锂电池技术的研究现状与展望 ， 国金证券研究所 固态电池分类： 固态电池按固态电解质种类可以分为聚合物固态电池、氧 化物固态电池、硫化物固态电池 。 其中美、中、欧 企业偏好氧化物与聚合 行业深度研究 - 13 - 敬请参阅最后一页特别声明 物体系，而日韩企业则更多致力于 发展 硫化物体系 。目前商业化应用进展 最快的是氧化物与聚合物体系。 图表 22： 固态电池分类 固态电池类型 固态电解质 电导率 优点 缺陷 代表企业 聚合物 PEO、 PMMA、PVDF 等 10-4S/cm 技术最成熟、率 先小规模量产 室温离子电导率低，理论 能量密度上限低 Solid Energy 氧化物 LLZO、 LATP 等 10-4-10-3S/cm 电导率较高， 安全 难以批量生产电解质膜、 密度大 Quantum Scape、 清陶、赣锋 硫化物 Li2S， LiPSCl 等 10-3-10-2S/cm 电导率高 安全隐患（水分敏感，产 物 H2S）；电压窗口窄； 难以连续化生产 丰田、三星、松下 来源： 知网，前瞻产业研究院， 国金证券研究所 固态电池优势： 高安全、高比能、易成组 。 相较传统液态电池，固态电池 拥有三方面的优势：（ 1） 高安全 ：固态电池核心优势是高安全性能，有机 电解液热分解温度与隔膜 融化 温度在 160 以下 ，而固态电解质热分解温 度明显较高，如氧化物固态电解质热分解温度在 500以上，用固态电解 质代替液态电解 质 ，可以大大降低电池热失控风险 。 （ 2） 高比能 ： 固态电 解质电化学窗口在 5V 以上，远高于现有体系（ 4.3V 左右），可以适配活性 更高的高比能正负极材料，显著提升电池的能量密度 ； 搭配锂负极的固态 电池能量密度有望提升至 500Wh/kg，接近现有高镍三元电芯的 2 倍，有 望彻底解决新能源汽车的里程焦虑 。 3） 易成组 ： 全 固态电池无需使用隔膜， 内部本身为串联结构，在系统集成端无需外部线束进行串联。同时因其较 高的 安全性，可以简化冷却系统，在 PACK 层面成组效率优于现有体系。 固态电池劣势：成本 高 、倍率 性能差 、产业链成熟度 低 。 （ 1） 成本高 ：固 态电解质难轻薄化，应用到的部分稀有金属原材料成本较高，叠加为达高 能量密度使用的高活性正负极材料尚不成熟，致使其成本明显高于现有液 态电池；（ 2） 界面抗阻大， 倍率性能差 ：固态电池中电极与固态电解质之 间固固界面阻抗较大，叠加固态电解质自身电导率比电解液低 12 个数量 级，致使固态电池的倍率性能较差， 离 应用于动力电池领域仍有一定距离； （ 3） 产业链不成熟 ：固态电解质材料以及适配的高活性正负极材料尚不成 熟，尚无稳定完善的供应体系，同时固态电池部分生产工艺不同于液态电 池，目前尚无稳定供应固态电池生产线的设备厂商。 固态电池发展路径： 沿 液态半固态全固态路径演进 ， 预计未来 23 年 半固态电池有望量产应用，全固态电池 有望 2025 年以后量产应用。 固态 电池的技术发展采用逐步颠覆策略，液态电解质含量逐步下降， 最终形态 是全固态电池。 依据电解质分类，固态电池发展路径为液态半固态准 固态全固态，其中半固态、准固态和全固态三种统称为固态电池。 在 固 态电池的迭代过程中，液态电解质含量将从 20wt%降至 0wt%，负极逐步 替换成金属锂，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。 其中 半固态本质上是用少量小分子将电解液固化，呈蜡状 或果冻状，用来提升电解液的热稳定性，进而改善电池的安全性与电化学 性能。短期而言，由于半固态电池制造工艺与 现有液态电池基本一致 ， 仍 需隔膜与电解液， 同时兼具高安全与高比能属性，未来 23 年有望随着 1000km 车型的推出而实现量产应用（ 蔚来固态电池预计量产时间为 2022 年底 ）。长期而言，考虑到全固态电池 技术层面尚未 完全 跑通，电化学体系 尚未确定，目前 尚 处于研发阶段，叠加成本与产业链配套因素， 预计 全固 态电池 有望 于 2025 年以后量产应用 ，首先应用于对成本不敏感的无人机、 军工、高端车型等领域 。 行业深度研究 - 14 - 敬请参阅最后一页特别声明 图表 23： 固态电池发展路径 图 来源： 固态锂电池研发愿景和策略 4，国金证券研究所 图表 24： 行业内固态电池布局情况 企业 布局情况 宁德时代 2016 年正式宣布在硫化物固态电池上的研发路径 国轩高科 2017 年公司着手研发固态电池及固态电解质 2018 年 3 月公司宣布半固态电池已处于实验室向中试转换阶段 2019 年
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