1、 Table_Yemei0 行业研究深度报告 2022 年 03 月 24 日 动力电池之电池材料篇 辩趋势，谈供需，论格局 辩趋势辩趋势：下游需求：下游需求是是驱动技术变革驱动技术变革的关键的关键。正极方面正极方面，磷酸铁锂持续回暖，2021 全年装机占比超 50%，相比去年提升 17 pct；高镍三元渐成主流，2021年 12月渗透率超 40%。负极方面负极方面，人造石墨凭借首效和倍率性能方面的优势成为主流，2020 年市占率 84%，硅/碳复合负极加速渗透；隔膜方面隔膜方面，湿法隔膜是当前主流技术方向，安全要求趋严，涂覆隔膜是未来的技术趋势；电解液方面电解液方面，是锂电池的“血液” ，添
2、加剂配方是电解液的核心技术所在，关注新型锂盐 LiFSI 的应用进展。 谈供需：供需关系呈现结构化差异。谈供需：供需关系呈现结构化差异。需求端：需求端：受益于下游动力和储能的需求高增长，上游锂电池原材料景气度持续。供给端供给端：受锂盐资源紧缺影响，正极短期内处于紧平衡态势；长期看，新搅局者纷纷进场，低端供给或过剩，高端供给仍紧缺；负极的石墨化环节受能耗双控政策影响，现有产能开工率不足，新增产能审批趋严，负极未来或处于供需紧平衡；隔膜的关键设备厂商产能有限，交付周期长导致隔膜扩产受限，未来两年或处于紧平衡态势；六氟磷酸锂供给恢复正常，电解液龙头持续扩产，电解液未来或供给过剩。 论论格局：行业特性
3、决定格局：行业特性决定竞争竞争格局格局。正极材料方面正极材料方面，磷酸铁锂市场集中度较高，龙头规模优势明显，新搅局者的冲击有待进一步观察；三元正极材料的格局较为分散，高镍三元具有一定的进入壁垒，未来随着高镍三元的规模应用，市场份额有望向具备高镍三元技术优势的企业集中。负极材料方面负极材料方面，头部厂商与下游头部动力电池厂商基本建立了较为深厚的业务合作关系，短期内行业竞争格局将保持相对稳定。隔膜方面隔膜方面，是四大主材中竞争格局最优的环节，头部企业由于规模优势，设备优势和良率优势有望保持强者恒强的局面。电解液方面电解液方面，集中度不断提升，龙头企业凭借一体化降本，客户优势以及技术先发优势不断抢占
4、市场份额。 风险风险提示：提示：关注相关领域政策变化风险、技术变革的风险、原材料价格波动风险、新技术开发不达预期的风险和结构性产能过剩的风险等。 （本部分有删减，招商银行各部如需报告原文，请参照文末方式联系研究院） 潘潘 伟伟 行业研究员行业研究员 ： 相关研究报告相关研究报告 碳中和碳达峰系列研究之新能源汽车竞争格局演变篇群雄逐鹿，谁主沉浮？ 2021.04.30 碳中和碳达峰系列研究之动力电池篇（2021）守得云开见月明 2021.08.27 敬请参阅尾页之免责声明 行业研究深度报告 1/3 目 录 1电池材料行业介绍 . 1 2辩趋势：下游需求是驱动技术变革的关键 . 2 2.1 正极：
5、磷酸铁锂强势复苏，高镍三元仍是主流 . 3 2.2 负极：人造石墨仍是主流，硅碳负极布局加速 . 8 2.3 隔膜：湿法涂覆隔膜是主流技术方向 . 10 2.4 电解液：添加剂和新型锂盐是技术核心 . 12 3谈供需：供需呈结构化差异，谨防低端产能过剩 . 14 3.1 正极：锂资源短缺供需偏紧，长期低端产能将加速出清 . 15 3.2 负极：能耗双控下石墨化产能受限制 . 17 3.3 隔膜：受限于设备产能，供需持续紧平衡 . 18 3.4 电解液：龙头持续扩产，长期产能或过剩 . 19 4论格局：行业特征决定格局，一体化龙头获取超额收益 . 21 4.1 正极：铁锂头部格局稳定，高镍化有望
6、提升三元集中度 . 21 4.2 负极：负极行业格局稳定，二线厂商份额提升 . 23 4.3 隔膜：竞争格局最优，头部企业强者恒强 . 24 4.4 电解液：集中度较高，未来竞争格局变化不大 . 25 5风险提示 . 26 QYkXpXdWiXvVcV0VfWbR9R7NnPpPtRsQiNmMsOfQqQpNaQnNuNuOqQvNvPrNmO 敬请参阅尾页之免责声明 行业研究深度报告 2/3 图目录 图 1：锂离子电池产业链概况 . 1 图 2：典型锂离子电池成本结构 . 2 图 3：下游用户购买新能源汽车的考虑因素 . 2 图 4：磷酸铁锂与三元材料晶体结构示意图 . 3 图 5：三元和
7、磷酸铁锂动力电池装机量比例 . 4 图 6：磷酸锰铁锂与高镍三元复配改善安全性能 . 5 图 7：不同类型三元正极材料渗透率数据 . 6 图 8：国内不同类型负极材料渗透率 . 8 图 9：2016-2020 国内硅碳负极出货量（万吨） . 9 图 10：锂离子电池电解液的构成 . 12 图 11：电解液各组分质量占比 . 12 图 12：电解液各组分成本占比 . 12 图 13：传统液态锂电池与固态电池示意图 . 14 图 14：全球锂电池需求预测（GWh） . 15 图 15：锂电四大材料成本构成 . 15 图 16：全球锂电四大材料产值规模对比（亿元） . 15 图 17：锂电四大材料毛
8、利率对比 . 16 图 18：全球磷酸铁锂供需测算（万吨） . 16 图 19：全球三元正极材料供需测算（万吨） . 16 图 20：人造石墨负极材料成本构成 . 17 图 21：全球人造石墨负极供需测算（万吨） . 18 图 22：锂电四大材料固定资产占总资产比例 . 18 图 23：2016-2019 年隔膜平均良品率 . 19 图 24：全球锂电池隔膜供需测算（亿平米） . 19 图 25：锂电四大材料单位 GWh 固定资产投入 . 20 图 26：全球六氟磷酸锂供需预测（万吨） . 20 图 27：全球锂电池电解液供需预测（万吨） . 20 图 28：2020 年磷酸铁锂正极材料市场格
9、局 . 21 图 29：2021 年磷酸铁锂正极材料市场格局 . 21 图 30：2020 年中国三元正极材料市场格局 . 21 图 31：2021 年中国三元正极材料市场格局 . 21 图 32：锂电池原材料 CR3、CR5 对比 . 22 图 33：普通三元与高镍三元合成工艺对比 . 23 图 34：2020 年中国负极材料市场格局 . 24 图 35：2021 年中国负极材料市场格局 . 24 敬请参阅尾页之免责声明 行业研究深度报告 3/3 图 36：2020 年中国锂电隔膜市场格局 . 24 图 37：2021 年中国锂电隔膜市场格局 . 24 图 38：2020 年中国锂电电解液市
10、场格局 . 25 图 39：2021 年中国锂电电解液市场格局 . 25 表目录 表 1：磷酸铁锂与三元材料性能对比 . 3 表 2：LFP、LMFP、NCM 三种锂电正极材料性能对比 . 5 表 3：搭载磷酸铁锂电池的部分 EV 车型 . 7 表 4：搭载高镍三元电池的部分 EV 车型 . 7 表 5：天然石墨、人造石墨和硅基负极材料对比 . 8 表 6：硅/碳复合负极应用落地情况 . 10 表 7：干法隔膜与湿法隔膜物化特性对比 . 11 表 8：典型电解液添加剂对比 . 13 行业研究深度报告 1/27 1电池材料行业介绍 锂电池的产业链主要由上游原材料，中游电芯模组厂商和下游应用领域组
11、锂电池的产业链主要由上游原材料，中游电芯模组厂商和下游应用领域组成成。上游原材料主要包括基础原材料（包括锂矿，镍矿，钴矿，锰矿，铁矿等金属资源以及石墨矿、硅、磷酸盐等非金属原材料）和电池原材料（主要包括正极，负极，隔膜以及电解液等，被称为锂电的“四大原材料”）；中游为电芯模组厂商，使用上游电池材料厂商提供的正负极材料、电解液和隔膜生产出不同规格、不同容量的锂离子电芯产品，然后根据终端客户要求选择不同的锂离子电芯、模组和电池管理系统方案；锂电池下游主要应用于动力领域（电动工具、电动自行车和新能源汽车等）、消费电子产品（手机、笔记本电脑等电子数码产品）和储能领域等。本篇报告的研究对象为产业链上游环
12、节的电池原材料，即正极材料、负极材料、隔膜和电解液。 图图 1：锂离子电池产业链概况：锂离子电池产业链概况 资料来源：招商银行研究院 电池原材料直接决定动力电池的性能和成本电池原材料直接决定动力电池的性能和成本。性能方面性能方面，车用动力领域的关键性能涉及续航里程、循环寿命、功率及安全等，锂离子电池体系因其应用潜力及适配性而不断升级，能量密度已由1991年的80 Wh/kg提升至目前的300 Wh/kg，其发展的根本是建立在不断优化电池材料体系并寻找新材料组合的基础上。成本方面成本方面，动力电池四大主材的成本占电芯成本的 70%左右，细分来看，正极材料、负极材料、隔膜及电解液分别占电池成本的4
13、0%、10%、12%和8%。 我们本篇报告主要分析了锂电池四大材料的主流技术趋势、供需关系和行业竞争格局以及对于未来格局的研判，从锂电四大材料领域筛选出紧跟主流技术路线，供需关系较平衡，在产业链上下游进行一体化布局，同时在主流技术领域拥有较高市场占有率的优质标的。 行业研究深度报告 2/27 图图 2：典型锂离子电池成本结构：典型锂离子电池成本结构 资料来源：前瞻产业研究院、招商银行研究院 2辩趋势：下游需求是驱动技术变革的关键 根据国家信息中心 2021 年的问卷调查数据（N=1825），续航里程和安全性是下游用户购买新能源汽车时最看中的因素，分别为 38.5%和 30.2%，购车价格也占到
14、 26.2%，与续航里程、安全性和购车价格等下游需求紧密相关的就是动力电池。而电池材料又决定了动力电池的能量密度、安全性和成本，因此我们认为下游需求是驱动电池材料技术变革的关键因素。 图图 3：下游用户购买新能源汽车的考虑因素：下游用户购买新能源汽车的考虑因素 资料来源：国家信息中心、招商银行研究院 正极材料, 40%负极材料, 10%隔膜, 12%电解液, 8%其他, 30%正极材料负极材料隔膜电解液其他38.5%30.2%30.1%28.4%26.8%26.3%26.2%24.4%22.3%0.0%5.0%10.0%15.0%20.0%25.0%30.0%35.0%40.0%45.0%续航
15、里程安全性外观质量舒适性操控性购车价格配置动力性 行业研究深度报告 3/27 2.1正极：磷酸铁锂强势复苏，高镍三元仍是主流 在动力电池领域，三元材料和磷酸铁锂是当前两种主流应用的正极材料。因两种材料本身物理及化学结构的差异带来了材料性能差异，进而决定了三元电池和磷酸铁锂电池的性能差异和不同的应用领域。 图图 4：磷酸铁锂与三元材料晶体结构示意图：磷酸铁锂与三元材料晶体结构示意图 资料来源：村田制作所、招商银行研究院 表表 1：磷酸铁锂与三元材料性能对比：磷酸铁锂与三元材料性能对比 磷酸铁锂材料磷酸铁锂材料 三元材料三元材料 NCM NCA 分子式 LiFePO4 LiNixCoyMnzO2
16、LiNixCoyAlzO2 晶格结构 橄榄石 层状 层状 振实密度（g/cm3） 1.01.4 2.02.3 2.02.4 比表面积（m2/g） 1220 0.20.4 0.20.7 克容量（mAh/g） 130140 155190 140190 电压平台（V vs Li/Li+） 3.4 3.7 3.7 循环性能 3800 15002000 12001800 合成工艺 容易 较难 门槛高 安全性能 优秀 较好 一般 温度耐受性 优秀 较好 一般 资料来源：CNKI、招商银行研究院 行业研究深度报告 4/27 正极材料对动力电池的性能至关重要正极材料对动力电池的性能至关重要。锂离子电池的本质是
17、利用锂离子的脱嵌和过渡金属的氧化还原实现化学能和电能的相互转换。正极材料的种类和性能直接关系到动力电池的额定电压、能量密度、循环寿命和倍率性能等。磷酸铁锂为典型的橄榄石结构，在充放电过程中经历一个二相反应，即 LiFePO4和 FePO4两相之间的相互转化，这两相的晶格结构非常相似，且这两种物质的结构和热稳定性都非常优异，因此呈现出高安全和长寿命特性。而三元材料属于典型的-NaFeO2层状结构，在充放电过程中，Li+在MO6（Mn=Ni、Mn、Co）层间脱嵌，随着镍含量提高，可脱嵌 Li+增加，三元材料的理论容量和电池能量密度随之提高，然而脱锂态的三元材料会与电解液发生产生副反应，因此其比能量
18、高而安全性能略显不足。 铁锂三元各有所长，分别适配不同应用场景铁锂三元各有所长，分别适配不同应用场景。磷酸铁锂的核心优势是低成本、高安全和长寿命，最初主要应用于对能量密度要求不高，而对安全和寿命要求较高的场景，如商用车和储能领域。近年来随着电池成组技术提升，磷酸铁锂能量密度较低的缺陷有所改善，叠加安全与成本优势，其在乘用车领域的应用比例逐年提高；三元材料的核心优势是高比能，主要适配空间有限、需要高能量密度、高客户体验感的场景，如乘用车领域。三元根据镍含量的不同又分为低镍三元（NCM333）、中镍三元（NCM523 和 NCM622）和高镍三元（NCM811、NCA）三个细分品类。随着镍含量的提
19、升，三元材料的能量密度显著提升。高镍三元主要应用于长续航的高端新能源乘用车，如 Model 3 长续航版、蔚来ES6、小鹏P7等，中镍三元电池主要应用于中低端新能源乘用车。 图图 5：三元和磷酸铁锂动力电池装机量比例：三元和磷酸铁锂动力电池装机量比例 资料来源：高工锂电、招商银行研究院 磷酸铁锂强势逆袭磷酸铁锂强势逆袭。新能源车从政策驱动向市场化驱动的转型中，我国动力电池装机量稳步上升，三元和铁锂占比也在持续变化。我们将动力电池的发展分为两个阶段，1）2016-2019：补贴朝高能量密度倾斜，三元占比迅速提升。25.1%65.3%0.0%10.0%20.0%30.0%40.0%50.0%60.
20、0%70.0%80.0%三元铁锂 行业研究深度报告 5/27 在此期间，三元材料在高比能方面显著占优，市占率从 2016年22.9%的提高到2019 年的 65.3%。2）2020-至今至今：补贴退坡，磷酸铁锂凭借性价比优势开始逆袭，并于 2021年 7月正式反超三元材料。 表表 2：LFP、LMFP、NCM 三种锂电正极材料性能对比三种锂电正极材料性能对比 磷酸铁锂（磷酸铁锂（LFP） 磷酸锰铁锂（磷酸锰铁锂（LMFP） 三元材料（三元材料（NCM） 材料结构 橄榄石 橄榄石 层状结构 原材料资源 磷和铁资源丰富 磷和铁资源丰富 钴资源贫乏 理论比容量(mAh/g) 170 170 278
21、实际比容量(mAh/g) 130150 130150 150200 电压平台(V vs Li/Li+) 3.4 4.1 3.6 热稳定性 好 好 随镍含量升高而变差 循环寿命（次） 2000 8002000 8002000 资料来源：CNKI、招商银行研究院 磷酸铁锂逆袭的原因主要有三方面：政策方面政策方面：补贴退坡，动力电池企业降本压力增大，磷酸铁锂电池具有更低的成本，性价比优势明显；新国标安全要求加码，磷酸铁锂天然的安全优势逐步凸显；供给方面供给方面：新型成组技术（刀片、CTP和 JTM等）带动磷酸铁锂能量密度提升，拉动铁锂出货量增长；需需求方面求方面：以比亚迪汉 EV、铁锂版 Model
22、 3/Y以及宏光 Mini EV等为代表的爆款车型带动磷酸铁锂电池出货量爆发式增长。 图图 6：磷酸锰铁锂与高镍三元复配改善安全性能磷酸锰铁锂与高镍三元复配改善安全性能 资料来源：天津斯科兰德、招商银行研究院 磷酸锰铁锂是磷酸铁锂的升级方向，短期内作为正极材料主材还不可见磷酸锰铁锂是磷酸铁锂的升级方向，短期内作为正极材料主材还不可见。磷酸锰铁锂（LMFP）是磷酸铁锂（LFP）和磷酸锰锂（LMP）相结合的产物， 行业研究深度报告 6/27 因此继承了磷酸铁锂的高安全和稳定性。磷酸锰铁锂的理论容量与磷酸铁锂相同，但它相对于 Li/Li+的电极电势为 4.1 V，远高于磷酸铁锂的 3.4 V，且位于
23、有机电解液体系的稳定电化学窗口以内，这使得磷酸锰铁锂的能量密度可提高约 1015%，这是它相对于磷酸铁锂最大优势。由于磷酸锰铁锂自身电导率较低，电化学反应过程中锰元素溶出会导致充放电能力差，循环寿命差等现象，短期内其作为正极主材使用还不可见，但目前有研究将磷酸锰铁锂与高镍三元复配，改善了三元材料的安全性能。 未来高镍三元未来高镍三元在乘用车领域在乘用车领域仍是主流仍是主流。虽然磷酸铁锂占比有所回暖，但在乘用车领域三元仍占主导地位，从三元产品结构来看，高镍化趋势显著。当前国内三元市场以中镍三元为主，其中市场份额最大的 NCM523呈现下滑的趋势。而低镍三元由于能量密度较低，成本优势下降，市场份额
24、逐年被压缩。相反，高镍 NCM811占比持续增加，2020年占比超过了 20%，2021年 12月占比高达44.1%，增幅显著。NCM622 由于与 NCM523 差异较小，部分企业会越过NCM622，直接升级至 NCM811，其占比呈逐渐下降的趋势，2021 年 12 月份占比仅为 16.3%。部分龙头企业会沿着 9 系高镍、NCMA 甚至无钴高镍不断进行技术升级来提升电池性能，但这仍属于在高镍体系内的迭代。对于 NCA，由于国内企业一直无法突破其较高的技术壁垒，在国内市场的份额占比较低（小于 2%）。 图图 7：不同类型三元正极材料渗透率数据：不同类型三元正极材料渗透率数据 资料来源：鑫椤
25、咨讯、招商银行研究院 从成本层面看从成本层面看，高镍三元中钴元素含量较低，能量密度较高，对于电解液、隔膜、负极等其他材料的用量也会相应减少，随着上游产能提升和技术进步，电芯成本有望进一步下探；从安全层面看从安全层面看，通过体相掺杂、表面包覆、材料复配、搭配固态电解质等本征安全策略，高镍三元材料的安全劣势有望得到改善；46.6%44.1%38.6%16.3%0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%NCM811+NCANCM111NCM523NCM622 行业研究深度报告 7/27 从下游需求看从下游需求看，800 V 高压快充平台的导入，4680 大圆柱电芯的量产，各车
26、企长续航版车型的推出，最佳的解决方案是采用高镍三元电池。 表表 3：搭载磷酸铁锂电池的部分：搭载磷酸铁锂电池的部分 EV 车型车型 车型车型 上市时间上市时间 续航里程（续航里程（km） 售价售价 （万元）（万元） 电芯电量（电芯电量（kWh） 车型级别车型级别 电池类别电池类别 车企车企 比亚迪汉 EV 2020.07 506/550/605 20.98-27.95 76.896 C 磷酸铁锂 比亚迪 小鹏 P7 2021.03 480 22.99-23.99 60.2 B 磷酸铁锂 小鹏 Model 3 2020.10 468 23.59 55 B 磷酸铁锂 特斯拉 AION Y 2021
27、.04 410/500 10.46-13.59 55.5 A 磷酸铁锂 广汽 荣威 Ei5 2021.01 416 12.48-15.71 50 A 磷酸铁锂 上汽 宏光 MINI EV 2020.07 120/170 2.88-4.36 13.4 A00 磷酸铁锂 上汽通用五菱 资料来源：汽车之家、招商银行研究院 综上，我们预计未来两年磷酸铁锂将延续回暖趋势，占比有望企稳于综上，我们预计未来两年磷酸铁锂将延续回暖趋势，占比有望企稳于50%60%之间，但整个动力电池格局中，尤其是乘用车领域，之间，但整个动力电池格局中，尤其是乘用车领域，高镍高镍三元仍将三元仍将占据重要份额。占据重要份额。随着需
28、求侧产品升级，低镍三元会逐渐被取缔，中镍三元市场份额进一步收缩，而高镍三元份额有望持续提升。我们认为三元和磷酸铁锂将长时间处于共存状态，磷酸铁锂将凭借其性价比和安全优势在储能，商用车和中低续航乘用车中焕发活力，而高镍三元将凭借其高能量密度优势在中高续航乘用车中扩大份额。在新能源车方面，高中低端乘用车对于各项指标的敏感度不一，高镍三元和磷酸铁锂将实现分级消费：高续航版（600km）搭载高镍三元，中续航版本（400 x600km）搭载中镍三元，入门级/低续航版（500km）搭载磷酸铁锂（上述只是大概情况，每种车型由于车型定位、动力性能、快充性能、风阻系数等可能会有一定的差异，其中高镍三元和中镍三元
29、，中镍三元和磷酸铁锂之间均有一定的重叠）。 表表 4：搭载高镍三元电池的部分：搭载高镍三元电池的部分 EV 车型车型 车型车型 上市时间上市时间 续航里程（续航里程（km） 售价（万元）售价（万元） 动力电池类型动力电池类型 蔚来 ES6 2018.12 420-610 34.65-50.80 高镍三元 广汽 Aion S 2019.04 410-602 12.28-18.88 高镍三元 特斯拉 Model 3 2019.05 445 27.16 高镍三元 北汽新能源极狐 T 2020.01 480-653 25.69-31.99 高镍三元 特斯拉 Model Y 2021.01 525-59
30、4 27.6 高镍三元 吉利几何 A 2021.04 430-600 11.87-18.87 高镍三元 宝马 iX3 2021.05 490-500 34.79-39.15 高镍三元 蔚来 ET7 2022年底 1000 高镍三元 行业研究深度报告 8/27 小鹏 G9 2022年底 高镍三元 资料来源：汽车之家、招商银行研究院 2.2负极：人造石墨仍是主流，硅碳负极布局加速 锂电池负极材料在锂电池中起储存和释放能量的作用，主要影响锂电池的首次库仑效率、循环性能以及倍率性能等。负极材料主要分为碳材料与非碳材料两大类。碳材料是指碳基体系，主要包括天然石墨、人造石墨、复合石墨、中间相碳微球、硬碳、
31、软碳等。非碳材料主要包括硅基材料、锡基材料、钛酸锂等。石墨类负极的价格低廉、比容量（LiC6理论比容为 372 mAh/g）较高、循环性能及安全性能较好，各方面性能较为均衡，是目前最主流的锂电池负极材料。 图图 8：国内不同类型负：国内不同类型负极材料渗透率极材料渗透率 资料来源：高工锂电、招商银行研究院 人造石墨是人造石墨是锂电负极的锂电负极的主流技术路线主流技术路线。天然石墨由天然鳞片晶质石墨经过粉碎、球化、分级、纯化、表面处理等工序制作而成，虽然成本低、技术成熟度高，但首效较低、倍率性能较差，主要用于消费类电池。而人造石墨则一般采用致密的石油焦或针状焦作前驱体制成，避免了天然石墨的表面缺
32、陷，首次效率与倍率性能得以提升，因此在动力领域的份额不断扩大。根据高工锂电数据统计，2020 年中国负极材料出货量为 36.5 万吨，其中人造石墨出货量 29.7万吨，占比高达 81.3%。 表表 5：天然石墨、人造石墨和硅基负极材料对比：天然石墨、人造石墨和硅基负极材料对比 性能指标性能指标 天然石墨天然石墨 人造石墨人造石墨 硅基硅基负极负极 理论容量 340-370 mAh/g 310-360 mAh/g 300-4000 mAh/g 首次效率 93% 93% 77% 38%29%68%68%69%79%84%56%64%27%26%24%18%16%6%7%5%6%7%3%0%0%10
33、%20%30%40%50%60%70%80%90%100%200020人造石墨天然石墨其他负极 行业研究深度报告 9/27 循环寿命 一般 较好 较差 安全性能 较好 较好 一般 倍率性能 一般 一般 较差 成本 较低 较低 较高 优点 加工性能好 循环性能好 能量密度高 缺点 电解液相容性差 膨胀较大 能量密度低 加工性能差 体积膨胀大 首次效率低 循环性能差 资料来源：凯金能源招股书、招商银行研究院 高比容硅基负极是最具潜力的技术方向高比容硅基负极是最具潜力的技术方向。目前市场上的高端石墨比容量可达 360-365 mAh/g，已接非常近理论上限
34、（372 mAh/g），进一步提升的可能性不大。高比能诉求下，现有商用负极难以满足需求，需要以更高比容的材料替代。而在众多可选的新型高比容负极材料（锡基、硅基、氧化物、过渡金属氮化物以及金属锂负极等）中，硅基材料是较具开发潜力的类型，主要基于以下理由：（1）理论比容量极高）理论比容量极高。硅在室温下能与锂形成 Li15Si4合金，据此计算硅具有 3580 mAh/g的理论比容量，大约是石墨负极的十倍。（2）安全性能优）安全性能优。由于锂硅合金形成的电位在 0.4 V(vs Li/Li+)，因此硅负极表面不会出现锂金属析出。（3）原材料丰富）原材料丰富。从生产成本来说，硅元素在地壳中的含量仅次于
35、氧，具有低成本大规模生产的潜力。 图图 9：2016-2020 国内硅碳负极出货量国内硅碳负极出货量（万吨）（万吨） 资料来源：高工锂电、招商银行研究院 硅基负极单独应用存在硅基负极单独应用存在问题问题。虽然硅基负极潜力巨大，但我们认为纯硅负极单独应用存在如下问题：（1）体积）体积膨胀膨胀大大。硅与锂的电化学反应使硅发生13 倍的体积膨胀，巨大的体积变化带来材料的粉碎与电极的破坏；（2）首）首次效率较差次效率较差。体积的变化使 SEI 膜出现破裂与生成的交替，消耗大量锂离子与167%63%42%143%00.20.40.60.811.21.41.61.8200192020
36、出货量同比增长率 行业研究深度报告 10/27 电解液，导致电池的首次库仑效率较差、内阻增加和容量的迅速衰减；（3）硅的导电性差硅的导电性差。硅属于半导体，导电性较差，在高倍率下不利于电池容量的有效释放。（4）工艺复杂）工艺复杂。目前可通过制备纳米硅、多孔硅或合金硅的方式改善硅基负极的电化学性能，但同时也会面临工艺的复杂性等问题。 表表 6：硅：硅/碳复合负极应用落地情况碳复合负极应用落地情况 应用领域应用领域 企业企业/车型车型 应用场景应用场景 汽车企业 广汽 Aion LX 采用海绵硅负极片电池，NEDC续航可达 1008 km 特斯拉 Model 3 在人造石墨中加入 10%的硅，负极
37、容量提升至 550 mAh/g 蔚来汽车 发布 150 kWh半固态电池包，负极使用“无机预锂化硅碳负极” 上汽智己 首次使用“掺硅补锂”技术，单体能量密度达 300 Wh/kg 电池厂 国轩高科 发布能量密度 210 Wh/kg的铁锂电池，首次成功应用硅碳负极 三星 SDI 将推出 7%硅含量的硅碳负极，预计 2024年将硅含量提升至 10% 宁德时代 将在第二代 811电池中加入硅碳负极，能量密度突破 300 Wh/kg 资料来源：盖世汽车、招商银行研究院 硅硅/碳复合负极应用持续落地，产品性能不断升级碳复合负极应用持续落地，产品性能不断升级。当前针对硅基负极的改性研究集中在解决体积效应解
38、决体积效应、维持维持 SEI 膜稳定膜稳定和提高首效提高首效三个方面。优化的方向包括：（1）微观结构设计）微观结构设计。即通过制备纳米硅、多孔硅或合金硅的方式改善电化学性能。（2）制备复合材料）制备复合材料。如制备结构稳定的硅/碳负极，硅氧/碳负极提高导电性，增强机械强度。（3）预锂化）预锂化。预锂化技术通过补偿首次锂损耗，能够延缓容量衰减，提升硅基负极性能。目前，特斯拉已将硅碳负极应用于 Model 3，在人造石墨中加入 10%的硅，负极容量提升至 550mAh/g，单体能量密度达 300 Wh/kg；广汽宣布采用新型硅负极材料的方壳电芯能量密度达到275 Wh/kg，将使电动车续航突破 1
39、000km；宁德时代的高镍三元+硅碳负极电芯比能量突破 300 Wh/kg。 2.3隔膜：湿法涂覆隔膜是主流技术方向 隔膜是动力电池的安全屏障，综合性能要求较高隔膜是动力电池的安全屏障，综合性能要求较高。在锂离子电池中，隔膜吸收电解液并位于正极与负极之间，其主要作用为：（1）提供锂离子通道）提供锂离子通道。在正常充放电过程中，Li+需要通过隔膜微孔在正负极发生迁移而导电，同时将正负极隔开，避免正负极直接接触减少内短路发生。（2）电芯安全屏障）电芯安全屏障。当电芯内部温度达到隔膜的闭孔温度时，隔膜的微孔将关闭，形成断路以避免电池温度进一步升高从而防止爆炸。隔膜性能直接影响锂电池安全性，同时决 行
40、业研究深度报告 11/27 定着锂电池的能量密度、循环性能、充放电电流密度等关键特性，因而锂电池对隔膜的稳定性、一致性与安全性提出较高要求。 表表 7：干法隔膜与湿法隔膜物化特性对比：干法隔膜与湿法隔膜物化特性对比 项目项目 干法隔膜干法隔膜 湿法隔膜湿法隔膜 备注备注 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 横向拉伸强度 100 MPa 130-
41、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% 资料来源：CNKI、招商银行研究院 湿法隔膜湿法隔膜综合性能优异，综合性能优异，是主流技术路线是主流技术路线。根据生产工艺的不同，隔膜可分为干法隔膜和湿法隔膜。干法隔膜的原料主要为 PP（聚丙烯），该类隔膜的热稳定性好，生产工艺简单，但其一致性和力学性能比湿法隔膜差，厚度也更厚，因此通常应用于对成本要求更高的储能、低端新能源汽车和低端消费电子产品领域。湿法隔膜的原料主要为 PE（聚乙烯），该类隔膜的一致性，力学性能更好，
42、产品厚度更薄，但热稳定性比干法隔膜差，通常需要通过涂覆提升热稳定性，使其综合性能全面优于干法隔膜。但湿法隔膜的生产工艺较复杂，成本较高，因而通常用于中高端新能源汽车和中高端消费电子领域。目前，三元电池基本使用湿法隔膜，部分磷酸铁锂电池也逐步从干法转向湿法。长期来看，湿法隔膜的综合性能优于干法，叠加湿法隔膜的成本逐渐与干法趋近，未来湿法隔膜仍是主流技术路线。 安全性需求日益提升，涂覆隔膜是未来趋势安全性需求日益提升，涂覆隔膜是未来趋势。当前隔膜的主要原材料为 PP和 PE，这两种材料的热变形温度较低，当温度过高时，隔膜容易发生热收缩，导致电芯内部正负极接触，进而发生起火爆炸等安全事故。电池厂及隔
43、膜生产企业普遍采用隔膜表面改性及涂覆（如勃姆石和 PVDF）处理，一是可提升隔膜的热稳定性、改善其机械强度；二是增强隔膜的保液性，从而延长电池循环寿命；三是提升隔膜的润湿性。在电池安全性能要求日益提升的背景下，涂覆隔膜是未来的技术趋势。 行业研究深度报告 12/27 2.4电解液：添加剂和新型锂盐是技术核心 电解液是锂电池的电解液是锂电池的“血液血液”。电解液在正负极之间起到传导锂离子的作用，并为锂离子提供一个自由脱嵌的环境。电解液对锂电池的能量密度以及循环、倍率、储存、安全等性能影响极大。电解液由电解质锂盐、高纯度有机溶剂、各类添加剂等原料按一定比例配制而成。从质量层面看从质量层面看，电解质
44、锂盐占电解液的比例约 1012%，有机溶剂占比约 8085%，添加剂占比约 35%，具体的配比要依据下游动力电池厂商的需求来定制。从成本层面看从成本层面看，电解质锂盐占比约4050%，有机溶剂占比约 30%，添加剂占比约 1030%。 图图 10：锂离子电池电解液的构成：锂离子电池电解液的构成 资料来源：康鹏科技招股书、招商银行研究院 图图 11：电解液各组分质量占比：电解液各组分质量占比 图图 12：电解液各组分成本占比：电解液各组分成本占比 资料来源：鑫椤咨讯、招商银行研究院 资料来源：鑫椤咨讯、招商银行研究院 添加剂配方是电解液的核心技术所在添加剂配方是电解液的核心技术所在。随着新能源汽
45、车对动力电池能量密度、安全性能等要求的不断提升以及正极材料高镍化发展的趋势，需要更高性能的电解液与之相匹配。在电解液三大组分中，溶剂的变化不大，提升性能的关键在于锂盐和添加剂。电解质锂盐决定了电解液的基本理化性能，是电解液溶剂：8085%锂盐：1012%添加剂：35%溶剂：30%锂盐：4050%添加剂：1030% 行业研究深度报告 13/27 成分中对锂电池特性影响最重要的成分，电解质锂盐、添加剂，以及电解液的配方是电解液的核心技术所在。电解液厂商主要通过探索新型电解质锂盐、添加剂或调整电解质锂盐、添加剂、溶剂的配比，从而使动力电池电解液具有更高的比能量、功率、安全性，以及更宽的工作温度。 表
46、表 8：典型电解液添加剂对比：典型电解液添加剂对比 添加剂名称添加剂名称 碳酸亚乙烯酯碳酸亚乙烯酯 氟代碳酸乙烯酯氟代碳酸乙烯酯 1,3-丙磺酸内酯丙磺酸内酯 硫酸亚乙酯硫酸亚乙酯 简称 VC FEC PS DTD 种类 成膜添加剂 过充添加剂 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 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 抑制胀气效果好 缺点 成膜后阻碍电荷传输从而降
47、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 资料来源：头豹研究院、招商银行研究院 添加剂是电解液的调味料，用料少作用大添加剂是电解液的调味料，用料少作用大。在电解液的生产中，添加剂的使用量不到全部材料质量的 5%，但缺乏添加剂将会对电解液的性能带来严重的影响。从功能上看，添加剂可实现均匀成膜、阻燃、过充保护、稳定性提升、导电性提升等。其中成膜添加剂通过形成稳定均匀的 SEI 膜，提高电极循环性能及使用寿命；阻燃添加剂通过防止电解液燃烧，提升安全性能；过充保护添加剂能够防止电池过充从而避免电解液燃烧爆炸。未来，各类型新型添加剂的开发应用有
48、望成为改细分行业的发展趋势。 新型锂盐新型锂盐 LiFSI 有望成为有望成为 LiPF6的最佳替代品的最佳替代品。LiPF6凭借其较高的电化学可靠性、室温范围工作要求以及产业化规模效应带来的价格优势，成为目前最为常用的电解质锂盐。但是 LiPF6存在如下明显的缺陷：对水分敏感、热稳定性差；现有技术和生产工艺下，最终产品不可避免的含有氟化氢，影响高温下电池性能；在低温环境中，LiPF6在电解液中易结晶，导致电导率下降，使得电池内阻增加，影响电池的低温性能。LiFSI与 LiPF6相比，具有更好的热稳定性、电化学稳定性，以及更高的电导率，能够显著改善新能源电池的使用寿命，提升新能源汽车在夏季和冬季
49、的续航里程与充放电功率，并改善新能源汽车在极端条件下的安全性。在三元正极高镍化，电池安全性能要求日益提升的趋势下，LiFSI有望成为 LiPF6的最佳替代品。 行业研究深度报告 14/27 固态电解质是电解液的终极形式，固态电解质是电解液的终极形式，短期量产渺茫，长期值得关注短期量产渺茫，长期值得关注。目前锂离子电池所用的电解质为有机电解液，因其热分解度温度低、易燃以及电化学窗口低，导致动力电池安全性能和能量密度的提升存在一定的局限性。相较电解液，固态电解质拥有热稳定性高和电化学稳定性好，可以同步提升锂电池的能量密度和安全性而受到产业界的广泛关注。然而，现阶段固态电池仍存在以下三方面问题：（1
50、）电化学体系）电化学体系：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离子电导率较电解液有一定的差距，致使固态电池的倍率性能较差，与动力电池领域的性能需求仍有一定的距离。（2）电极材料）电极材料：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，成本较高；（3）工艺设备）工艺设备：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。考虑到生产线的建设和动力电池的开发周期，我们预计固态电池全面量产仍需 510 年的时间，短期量产希望渺茫。但固态电池技术是锂电技术进步的重要趋势，是下一代锂电技术制高点，长期值得关注。 图图 13：传统
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