东莞证券：电池新技术-新型负极材料迭代方向， 前景可期.pdf

本报告 的风险等级为 中 高 风险 。 本报告的信息均来自已公开信息，关于信息的准确性与完整性， 建议投资者谨慎判断，据此入市，风险自担。 请务必阅读末页声明。 新能源汽车 产业链 标 配 （ 维持 ） 新型负极材料 迭代方向 ， 前景可期 电池新技术系列 报告 之硅基负极 2024 年 2 月 29 日 分析师 黄秀瑜 SAC 执业证书编号 S0340512090001 电话 0769-22119455 邮箱 hxy3dgzq.com.cn 锂电池 指数 走势 资料来源 Wind， 东莞证券研究所 相关报告 投资要点 ◼ 硅基负极被视为下一代理想负极材料 。 负极材料是锂电池的关键材料之 一， 占锂电池总成本的 10-15， 在锂电池中起到能量储存与释放的作 用， 对于锂电池的首次效率、循环性能、能量密度、充放电倍率以及低 温放电性能等具有较大的影响作用 。 目前以石墨负极为主流，但在能量 密度方面已接近其发展极限。续航和补能焦虑依然是制约消费者选择新 能源汽车的关键要素。 在此背景下，发展适配高容量电池和快充电池的 负极材料是锂电池行业发展的必然趋势。具备高比容量和优异快充性能 的硅基负极材料应运 而生。硅基负极材料的理论比容量高达 4200 mAh/g，是传统石墨材料的 10倍扩容， 能够 大幅 提高锂电池的能量密度 ， 从而提升电动车续航里程， 被视为未来最有可能大规模应用的新型负极 材料 。 ◼ 电池新技术打开硅基负极应用市场 。 近年来 多家主流车企逐渐推出搭载 掺硅 负极电池的车型， 硅基负极应用逐渐拓展至动力电池领域 。 2023年 以来多孔硅碳技 术 路线的出现让硅碳负极材料的性能实现了群体性突 破，有望开启在动力电池领域的规模化应用。 与此同时，包括麒麟电池、 大圆柱电池、快充电池、固态电池等 动力电池 新技术持续迭代发展，尤 其是 “ 高镍三元 硅基负极 ” 为大圆柱电池最适配方案 。电池新技术更适 配硅基负极，随着电池新技术在 2023年以来陆续开启应用放量，也正在 加速 打开硅基负极的市场空间 。 ◼ 硅基负极在动力电池领域逐步走向产业化。 硅基负极的应用正在成为电 池性能差异化的必争之地。 2023年下半年以来，特斯拉、蔚来、智己、 埃安等品牌旗下车型纷纷搭载硅基负极动力电池，硅基负极高性能动力 电池装车持续升温。头部电池企业率先布局硅基负极电池产能，主流负 极材料企业积极建设硅基负极材料产能。 2023年硅基负极材料出货量增 长明显，渗透率进一步提升。 随着硅基负极逐渐接替石墨作为电池负极 的重要材料，以及硅基负极材料在技术、成本方面的进一步突破，硅基 负极逐步走向产业化的发展趋势 。 ◼ 投资建议 在新能源汽车对长续航和快充性能需求不断提升的背景下， 伴随着电池新技术逐步开启规模化应用，对硅基负极的需求将保持快速 增长。 硅基负极材料产业化进程呈加速之势，有望 成为负极材料行业新 增长点。 建议关注 在 硅基负极领域拥有雄厚技术积累，产品性能优异以 及产能 布局领先的企业 宁德时代 （ 300750） 、亿纬锂能 （ 300014） 、 杉杉股份（ 600884） 、璞泰来 （ 603659） 。 ◼ 风险提示。 下游需求不及预期风险 ； 产能释放不及预期风险 ； 技术路线 变革风险 ； 市场竞争加剧风险 。 深 度 报 告 行 业 研 究 证 券 研 究 报 告 电池新技术系列 报告 之硅基负极 2 请务必阅读末页声明。 目录 1. 硅基负极是新型负极材料迭代升级方向 . 3 1.1 硅基负极被视为下一代负极材料 . 3 1.2 硅基负极的高比容量是其首要优势 . 5 1.3 硅基负极有两大主流技术路线 . 6 2. 电池新技术打开硅基负极应用市场 . 8 2.1 长续航需求带动下，硅基负极应用加速拓展至动力电池领域 8 2.2 高压快充车型即将量产上市，硅基负极备受青睐 10 2.3 固态电池加速发展将提升对硅基负极的需求 .11 3. 硅基负极在动力电池领域产业化进程提速，前景可期 13 3.1 头部企业纷纷角逐硅基负极，产能扩张进行中 13 3.2 硅基负极 2023 年出货量高增，渗透率进一步提升 15 4. 投资建议 . 16 5. 风险提示 . 17 插图目录 图 1锂电池工作原理示意图 3 图 2锂电池成本构成 3 图 3锂电池负极材料多种技术路线 4 图 4硅基负极材料产业链 8 图 5 中国锂电池负极材料出货量 15 图 6中国硅基负极材料出货量 15 图 7 2023 年中国负极材料出货量结构 . 16 图 8 全球硅基负极材料市场规模预测趋势 . 16 表格目录 表 1硅基负极材料与石墨负极材料性能对比 . 6 表 2不同种类的硅基负极材料优劣势对比 . 7 表 3国内外大圆柱电池即将迎来放量 9 表 4国内外主流车企加速布局高压快充车型 . 11 表 5国内企业半固态电池启动量产 12 表 6国内外部分车企固态电池装车进程或规划 . 13 表 7电池企业布局硅基负极电池产能及其进展情况 . 14 表 8主要企业在硅基负极材料领域的布局 . 14 表 9重点公司盈利预测及投资评级（ 2024/2/28） . 17 电池新技术系列 报告 之硅基负极 3 请务必阅读末页声明。 1. 硅基负极 是 新型 负极材料迭代升级方向 1.1 硅基 负极 被视为 下一代负极材料 负极材料是锂电池的关键材料之一 ，对锂电池性能 影响 至关重要 。 锂电池主要由正极材 料、负极材料、电解液和隔膜四 大关键材料 组成。 负极材料 在锂电池中起到能量储存与 释放的作用， 对于锂电池的首次效率、循环性能、能量密度、充放电倍率以及低温放电 性能等具有较大的影响作用 。 锂电池的工作原理为 当对电池进行充电时，电池的正极 上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。作为负极的碳呈现层状结构， 有很多微孔，到达负极的锂离子就嵌入到碳层的层状结构以及微孔中，嵌入的锂离子越 多，充电容量越高。当电池进行放电时，嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回到正 极，回到正极的锂离子越多，放电容量越高。 图 1 锂电池工作原理示意图 数据来源 新浪 网 ， 东莞证券研究所 负极材料 作为 锂电池最重要的关键原材料之一 ， 占锂电池总成本的 10-15。 图 2 锂电池成本构 成 数据来源 凯金能源招股说明书（ 2022-01-06） ， 东莞证券研究所 正极材料 40 负极材料 15 隔膜 20 电解液 15 其它 10 电池新技术系列 报告 之硅基负极 4 请务必阅读末页声明。 锂电池负极材料主要分为碳基材料和非碳基材料。 碳基材料包括天然石墨负极、人造石 墨负极、中间相碳微球 MCMB 、软碳 如焦炭 负极、硬碳负极、碳纳米管、石墨烯、 碳纤维等。非碳基材料主要分为硅基及其复合材料、氮化物负极、锡基材料、钛酸锂、 合金材料等。 图 3 锂电池 负极 材料 多种技术路线 数据来源 鑫椤资讯 ， 东莞证券研究所 目前 以 石墨负极 为 主流， 但已接近性能极限， 硅基负极被视为下一代理想负极材料。 目 前 市场化应用中仍以碳 基 材料中的 石墨 类负极材料（人造石墨、天然石墨）占据主导地 位，占比达 95以上 ，其中又以人造石墨负极为主，占比达 80。 人造石墨 系 由石油焦、 针状焦、沥青焦等原料通过粉碎、造粒、分级、高温石墨化加工等过程制成。天然石墨 系 采用天然鳞片晶质石墨，经过粉碎、球化、分级、纯化、表面处理等工序制成。 石墨负极材料 虽然 具备高电导率和稳定性优势，但在能量密度方面已接近其发展极限。 石墨负极材料的理论比容量为 372mAh/g，目前 实际 产品 的比容量 可以达到 360mAh/g， 比容量性能 已 趋于理论 最大 值，基本达到极限水平。 续航 和 补能 焦虑 依然是制约消费者选择新能源汽车的关键要素。 在此背景下， 发展适配 高 容量电池 和快充电池的负极材料是锂电池行业发展的必然趋势。具备 高比容量 和优异 快充性能 的硅基负极材料应运而生 。 硅基负极材料 已成为 目前 业内 各大 企业 重点 研究 发 展的对象，是未来最有可能大规模应用的新型负极材料。 电池新技术系列 报告 之硅基负极 5 请务必阅读末页声明。 1.2 硅基负极 的高比容量是其首要优势 不同技术路线的负极材料产品在比容量、首次效率、循环寿命、快充性能、倍率性能 等 多个指标方面各有特点。总的来说，硅基负极材料具有很高的理论比容量和较低的电化 学嵌锂电位，快充性能优异，正符合新能源汽车领域的发展需求 ，被视为下一代理想负 极材料。 一、 硅基负极的优势 高 比容量 和快充性能优异 。 （ 1） 理论 比容量高 ，是传统石墨负极的 10 倍 以上 。 新能源汽车市场规模持续扩大，对高能量密度电池的要求不断提升， 硅基负极以远超石 墨材料的比容量成为负极领域极具前景的新型材料。 目前锂电池的负极材料主要为人造 石墨，其具有电导率高和稳定性好的优势，但石墨材料的比容量理论值较低，当前石墨 负极 产品 的比容量 可以达到 360mAh/g，已接近 其 理论最大值 372mAh/g。 在石墨负极能 量密度已达到其发展上限的情况下，动力电池要进一步提高电池容量，硅基负极 成为当 前解决能量密度问题的最佳手段之一。 硅 材料 的 理论比容量高达 4200 mAh/g， 超过 传统 石墨 材料 的 10 倍 以上 ， 是目前已知的 比容量最高的锂电池负极材料； 并且 拥有 略高于石墨的嵌锂电压平台 和 较低的脱锂电位 。 硅基负极材料和高镍三元正极材料的配合使用能够较大地提高锂电池的能量密度 ， 可以 为锂电池 带来 20-50的 能量密度提升，作为锂电池负极 材料 ，在提高动力电池性能上 有着巨大的应用潜力 。 因此，硅 基 材料是短期内最有可能替代石墨材料成为负极材料的 新方向。 （ 2）快充性能优异 。 硅 材料 能够从各个方向 为锂离子 提供嵌入和脱出的通道， 这使得硅 基负极在拥有高比容量的同时 ， 也能 够 满足快充所需要的高倍率性能要求 。 （ 3）硅元素储量丰富。 与石墨相比，硅元素在地壳中储量丰富，分布广泛，是地壳中储 量第二丰富的元素， 并且 成本低廉 ，长远来看，硅基负极材料是锂电池降本增效的有效 选择路径 。 二、 硅基负极的 缺陷 体积膨胀率高被认为是主要问题。 硅基负极 距离 大规模产业化 应用 仍存在一些 挑战 ， 包括体积膨胀率高、 导电性差、 循环 寿命低、首次效率低等 。 其中 体积膨胀率 高被认为 是主要问题 。 （ 1） 体积 膨胀率高。 由于 硅基负极的材料特性，其在充放电过程中会产生巨大的膨胀和 收缩，其最大的体积膨胀率可高达 300，远高于石墨负极的 10-12，巨大的体积膨胀会 带来一系列的问题 。正因此 ， 硅基负极的应用对于电芯结构、材料搭配中的安全性、稳 定性有强烈要求。 （ 2）导电性差。 硅基负极的导电性能较石墨负极差。原因在于 硅 是一种半导体材料，其 本征导电性较差， 从而 影响锂离子和电子的传输速度；硅与导电剂及负极粘结剂的接触 较差，也导致电极整体导电性不佳 。 电池新技术系列 报告 之硅基负极 6 请务必阅读末页声明。 （ 3）循环寿命低。 目前硅基负极的循环寿命为 300-500 次，远低于石墨负极的 1500 次 以上 。原因在于硅基负极的 体积 膨胀率高，在充放电过程中的巨大膨胀会导致活性颗粒 破碎 粉末化、表面 SEI 膜结构不稳定而连续生长，以及严重的电极结构崩塌等 问题 ，使 得硅负极电化学性能快速衰减，从而影响电池的循环寿命。 （ 4）首次效率低。 在锂电池充电过程中，电解液会在负极表面分解，形成 SEI（固体电 解质相界面） 膜 ，造成不可逆的 消耗大量锂 离子 ， 而硅材料的首次充电不可逆循环损耗 最高达 30（石墨为 5-10）， 这使得硅基负极的首次效率显著低于石墨 负极 （硅基负 极的首次效率通常为 65-85，而石墨负极为 90-94） 。 这一问题的解决方式通常 采用 预锂化 的 技术 。 表 1 硅基负极 材料 与石墨负极 材料 性能对比 性能指标 硅基复合材料 人造石墨 天然石墨 比容量 mAh/g 4200 310-360 340-370 首次效率（ ） 84 93 90 循环寿命（次） 300-500 ＞ 1500 ＞ 1000 工作电压 0.3-0.5V 0.2V 0.2V 快充性能 好 一般 一般 倍率性能 一般 一般 差 安全性 差 良好 良好 优点 理论比容量高 技术及配套工艺成熟，循环 性能好 技术及配套工艺成熟，成本 低 缺点 技术及配套技术不成熟，成 本高，充放电体积变形，导 电率低 比容量低，倍率性能差 比容量已到极限，循环性能 及倍率性能较差，安全性较 差 发展方向 低成本化，解决与其他材料 的配套问题 提高容量，低成本化，降低 内阻 低成本化，改善循环 资料来源 中国汽车工业信息网， 凯金能源招股说明书（ 2022-01-06）， 东莞证券研究所 1.3 硅基负极 有 两大主 流 技术路线 多种改性方式改善硅基负极材料局限性，推动其产业化应用。 为解决硅基负极材料的膨 胀 率高 、失效等问题，行业内开发了多种硅基负极 材料 改性方式以 改善硅基负极的电化 学性能 ，包括硅氧化、复合化、纳米硅、 多孔硅 、 合金硅 、预锂化等方式 。 根据分散基 体的不同，硅基负极材料主要有 硅氧复合负极材料 、硅碳复合负极材料及硅基合金负极 材料三大类 ，各有优劣势 。 其中，硅碳负极和硅氧负极 是 目前 两大主流技术路线 ，硅氧进展较快，硅碳前景更大 。 硅碳负极和硅氧负极 结合了碳材料的高电导率、稳定性及硅材料的高 比 容量优点且工艺 相对成熟， 综合电化学性能较优， 成为了引领锂电池负极材料行业发展的 新 方向。 其中 电池新技术系列 报告 之硅基负极 7 请务必阅读末页声明。 硅氧路线进展较快，已进入产业应用阶段，主要用于动力电池领域，但成本较高。 硅碳 负极因其 具备更高 比容量 和首次效率高 ， 应用 前景更 大 。 虽然 硅基合金负极材料相对 石 墨 负极材料 的 比 容量提升效果明显，但是 由于 其工艺难度高、生产成本高，且首次充放 电效率较低， 因此 目前尚未大规模使用 。 硅碳负极是指纳米硅与碳材料混合，通过降低硅基材料粒径至纳米级别，可以拥有更多 的空隙，用于缓冲硅在脱嵌锂离子过程中产生的应力和形变。在硅碳负极的制备过程中， 需要首先制备纳米硅颗粒，最外层由碳做包覆层，形成壳核结构。目前硅碳负极的商业 化容量在 450mAh/g 以下，首 次 效 率 高，但体积膨胀较大，因此其循环性能相对较差。 硅氧负极 是 指 采用氧化亚硅和石墨材料混合， 氧化亚硅 相比 硅 材料 而言 ， 氧化亚硅 材料 在嵌锂过程中的体积膨胀大大减小 （ 氧化亚硅 在 嵌锂过程中体积膨胀 118左右，硅则为 300以上）， 因此 其循环性能得到较大提升。另外，硅氧负极首 次 效 率 低， 生产 成本高， 制备过程 非标准化 。 目前比较成熟的技术路线是碳包覆 氧化亚硅 结构， 通常是先制备锂 电池用氧化亚硅，然后进行碳包覆等后续工艺 。 总的来说，硅氧负极的优势在于循环寿命好，但首效低，可以通过预锂化等技术提高首 效。硅碳负极的优势在于首效高，但循环寿命低， 可通过硅的纳米化，降低膨胀破碎风 险，提高循环寿命。 表 2 不同种类的硅基负极材料优劣势对比 主要种类 优势 劣势 硅氧负极 A、 可逆容量高，达 1700-1800mAh/g，接近理 论容量 A、 首次效率低，无法单独使用，需要进行 提高首效处理 B、 循环性能和倍率性能相对于其他硅基负极 材料好 B、工艺复杂，生产成本非常高 硅碳负极 A、比容量高 A、大批量生产电化学性能优异的产品难度较高 B、首次充放电效率高 B、循环性能和首次效率有待提高 C、工艺相对于其他硅基负极材料较为成熟 C、电极膨胀率较高 硅基合金 负极 体积能量密度高 A、工艺难度大、成本高 B、首次充放电效率低 C、循环性能较差 资料来源 凯金能源招股说明书（ 2022-01-06）， 东莞证券研究所 硅基负极材料产业链 的 上游包括 原材料 石墨、二氧化硅、硅合金、碳源气、锂盐、无机 溶剂、助剂等；中游为硅基负极材料，目前商用的硅基负极材料主要包括四种，分别是 碳包覆氧化亚硅、纳米硅碳、硅纳米线、无定型硅合金 等 ；下游应用于各类电池，包括 动力电池、储能电池、消费电池等 。 电池新技术系列 报告 之硅基负极 8 请务必阅读末页声明。 图 4 硅基负极材料产业链 数据来源 中商产业研究院 ， 东莞证券研究所 2. 电池新技术打开 硅基负极 应用市场 2.1 长续航需求带动下， 硅基负极应用 加速 拓展至动力电池领域 近年来硅基负极应用加速拓展至动力电池领域。 由于硅基负极存在体积膨胀大、导电性 差和 SEI 膜不稳定的缺点，在液态锂电池中，硅和电解液容易发生副反应，因此目前多 与石墨掺杂使用。从市场应用来看，硅基负极 最早 主要集中在 消费电子 、电动工具、蓝 牙耳机等带电量较小的 ，同时 对电池循环性能要求不高的应用场景。而从市场潜力来看， 其更大的增量来自于动力电池领域。 新能源汽车的 续航能力取决于电池的能量密度，随 着消费者对 电动 车续航里程的要求不断提高，高能量密度成为动力电池的发展必然趋势 ， 从而推动 加速对于具备高比容量的硅基负极应用 。 在动力电池领域， 特斯拉最早搭载了 松下生产的含硅负极圆柱电池，智己汽车 2022 年 1 月首次提出使用 “ 掺硅补锂 ” 技术 实现电池单体 300Wh/kg 的能量密度，并且电动车能 够 实现 1000km 的续航里程。 此外 ， 蔚来、广汽埃安、奔驰等也都表示最新车型使用了含硅负极的电池。动力电池的需求爆 发 逐渐 打开 了 硅基负极的市场空间。 这些产品的市场化应用也意味着硅基负极的产业化 条件正在逐步形成。 硅基负极产品 实现 群体性性能达标 ， 开启动力电池领域规模化应用。 2023 年以来，硅基 负极产业化 有 提速 之势 。多孔硅碳技术路线的出现让硅碳负极材料的性能实现了群体性 突破，包括天目先导、兰溪致德、索理德等国内主要硅基负极厂商的产品均达到了动力 电池领域的性能要求循环次数达 1000 次以上，首 次 效 率达 90以上，比容量 达 1800mAh/g；并且 在生产方面，多孔硅碳硅基负极可以减少预锂化、预镁化，相比于硅氧 路线具有大幅降本的潜力。 硅基负极产品实现群体性性能达标， 从而使得硅基负极在动 力电池领域的规模 化 应用有望加快。 电池新技术系列 报告 之硅基负极 9 请务必阅读末页声明。 宁德时代 麒麟电池 不断扩大搭载车型，具备适配硅基负极能力。 全球动力电池龙头企业 宁德时代 分别 于 2022 年 6 月 和 2023 年 4 月 发布了 CTP3.0 技术麒麟电池 和创新前沿电 池技术凝聚态电池 。 宁德时代 的 麒麟电池、凝聚态电池已具备适配硅基负极的能力 。 前 者采用 CTP 3.0 技术，综合应用水冷一体化和多功能弹性夹层缓冲硅基负极的高活跃性 。 后者通过纳米级分子结构的技术改良抑制热膨胀和热收缩带来的热失控问题。 宁德时代 麒麟电池在 2023 年 4 月量产首 发搭载 极氪 009，麒麟电池 5C 版本于 2023 年 9 月官宣搭 载理想 MEGA。麒麟电池凭借其长续航、快充、热稳定性等性能优势正在不断扩大搭载车 型 ，同时也推动着硅基负极新型材料的扩大应用 。 46 系列 大圆柱电池 即将放量 ，将 加速 推动硅基负极的产业化进程。 （ 1） “ 高镍三元 硅基负极 ”为大圆 柱电池最适配方案。 2020 年特斯拉发布的 4680 大 圆柱电池采用了“高镍正极 硅碳负极” 组合 ，结合全极耳和干电池技术，使得电池能量 密度可达 300Wh/kg。在特斯拉和头部电池厂商的推动下， “ 高镍三元 硅基负极 ” 的高 能量密度配套 成为大圆柱电池的最为适配方案 。 大圆柱电池对 于 硅基负极的膨胀率容忍 度提高，原因在于 1）大圆柱电池的体积更大。由于大圆柱电池的体积更大，为硅基负 极的膨胀预留了一定的空间； 2）大圆柱电池为弧形表面。在硅基负极膨胀时可以有多个 方向分摊膨胀压力。 相比于传统的小圆柱和方形，大圆柱电池高标准化、高兼容的结构 可以有效抑制热膨胀和热失控，大圆柱电池中全极耳的设计进一步提升了倍率传导和安 全性。 因此， 大圆柱电池技术 逐步 成熟 ， 将 成 为硅基负极应用的良好载体。 （ 2） 大圆柱电池产能布局正在迅速扩张， 2024 年为量产元年，未来放量可期。 特斯拉 和宝马等车企巨头 已经 明确对于 46 系列大圆柱电池的需求使其成为了一种新风向，通 用、蔚来、江淮等车企 也 纷纷跟进。根据盖世汽车研究院统计，目前全球主要针对 46 系 列大圆柱电池的产能规划已经突破 500GWh。 2024 年 1 月，亿纬锂能公布了首款搭载其 大圆柱电池的量产车型江淮瑞风 RF8。 2024 年为大圆柱电池量产元年 ，未来大圆柱电池 的量产有望成为硅基负极材料应用的主要增长点 。 GGII 表示， 2024 年大圆柱电池预计 将 迎来 GWh 批量交付，大圆柱 电池 放量将带动硅基负极 材料 出货 量 增加。 表 3 国内外大圆柱电池 即将迎来放量 车企 /电池 厂商 项目地点 产能规划 GWh 客户 布局 进展 特斯拉 美国德克 萨斯 100 自供 共四条 4680 电池生产线，一 条已投产 美国内华 达 100 建设中 美国加州 弗里蒙特 10 试生产 松下 日本 10 特斯拉 预计 2024 年 Q2 后量产 美国 / 计划 2031 年前新建 2 家或以上工厂 LGES 韩国 9 特斯拉 预计 2024 年 H2 量产 电池新技术系列 报告 之硅基负极 10 请务必阅读末页声明。 三星 SDI 韩国 1 特斯拉 计划后续扩建至 8-12GWh 美国 30 通用 预计 2026 年投产 匈牙利 / 宝马 计划供货宝马 宁德时代 / 40 宝马 预计 2025 年投产 亿纬锂能 湖北荆门 20 宝马、 大运、 江淮等 一期于 2024 年 2 月投产，二 期设备进场 辽宁沈阳 40 预计 2026 年投产 四川成都 21 预计 2025 年投产 云南曲靖 23 预计 2025 年投产 匈牙利 30 宝马 预计 2026 年投产 国轩高科 安徽合肥 10 宝马 预计 2025 年投产 比克 电池 江苏常州 30 / 预计 2024 年投产 蔚来 安徽合肥 40 自供 预计 2025 年投产 远景动力 美国 30 宝马 预计 2026 年投产 资料来源 盖世汽车研究院， 东莞证券研究所 2.2 高压快充车型即将量产上市， 硅基负极备受青睐 电池的快充性能主要取决于负极材料 ，快充技术的实现需要材料革新相匹配 。 快充技术 是锂电池技术进步的方向 ， 负极材料是实现快充的关键所在 。 石墨材料由于其层状结构 决定锂离子必须从材料的端面嵌入，然后扩散至颗粒内部，致使传输路径较长，嵌锂过 程较慢限制了锂电池的快充应用，同时其对锂电位（ 0.05V）过低也致使在大电流充电过 程中 容易 发生锂沉积副反应造成析锂，析出的锂金属以枝晶的形式生长， 锂枝晶 有可能 会刺穿隔膜 与正极接触 ， 从而 导致电池 短路， 危 及 电池安全。 硅基负极对锂电位高于 传 统 石墨 负 极， 掺硅负极 能够 有效改善 传统 石墨负极的析锂问题。 高压快充车型即将量产上市， 具有高倍率性能的 硅基负极 备受 青睐。 缩短充电时间是提 升电动车使用体验的关键之一。近年来，高压快充路线受到越来越多主机厂的青睐， 主 流车企纷纷 相继推出或计划推出 800V 高压快充车型。 2024 年高压快充车型将迎来密集 上市。动力电池充放电倍率（ C 倍率）的大小对应动力电池充放电速度的快慢，国内领 先动力电池企业正在推进动力电池充放电倍率从 1C-2C 向 4C-6C 发展。而电池的倍率性 能也就是快充性能主要取决于负极。因此，具有高倍率性能的硅基负极材料能够大幅提 升锂电池的充放电能力。快充车型的进一步发展，有望加快对硅基负极的应用。 电池新技术系列 报告 之硅基负极 11 请务必阅读末页声明。 表 4 国内外主流车企加速布局高压快充车型 车企 高压快充车型布局 比亚迪 2021 年推出 800V 高压充电和宽温域高效热泵系统， e3.0 平台可实现充电 5min续航 150km。 广汽埃安 2021 年发布 6C 超快充技术， 最大电压 800V，最大充电电流大于 500A， 最 高功率达 480kW， 充电 5min 续航 200km， 8min 从 0-80SOC， 5min 从 30-80SOC。 东风岚图 2021 年发布 800V 高压超充技术，整车高性能电池搭载 4C 电芯，在 800V/360kW超充下充电 10min 续航 400km，有望 2023 年量产。 长城 2021 年机甲龙发布，搭载自研的大禹电池，采用 800V 高压充电技术，峰值电流可达 600A，可实现充电 10min 续航 401km。 北汽极狐 2022 年极狐α SHI 版为国内首个搭载 800V 高压快充平台的量产车，充电功率最高达 187kw，充电 10min 续航 197km， 15min 从 30-80SOC。 吉利 极氪 2022 年发布 600kW 超充技术， 2023 款极氪 001 搭载麒麟电池，采用极氪 600kW液冷极充桩，可实现充电 5min 续航 300km。 长安 2022 年推出 800V 量产车型阿维塔 11，搭载 800V 高压电驱平台，最大充电功率240kW，充电 10min 续航 200km，充电 15min 从 30-80SOC。 小鹏 2022 年基于 800V SiC 高压电驱平台量产车型 G9 上市，可实现充电 5min 续航200km。 理想 发布 800V 超充纯电解决方案，结合 SiC 技术 、具备 4C 充电能力的电池、宽温域 的热管理系统以及 4C 超充网络，可实现充电 10min 续航 400km。预计 2023 年推 出 800V 纯电 MPV。 蔚来 蔚来下一代技术平台 NT3 打造 800V 高压架构，将在子品牌阿尔卑斯首发搭载， 2023 年开始布局 500kW 超快充桩，单桩最大功率 500kW，最大电流 660A，高压车 型可实现 12min 从 10-80SOC。 零跑 零跑 B11 将搭载 800V 高压平台，于 2023 年 9 月在德国慕尼黑车展首发亮相。 计划于 2024 年四季度量产 800V 平台，充电 5min 续航 200km。 保时捷 2019 年 率先量产 800V 平台电动车 Taycan，保时捷是全球最早研发出 800V 高压快充技术， 22.5min 完成 5-80SOC， 充电 5min 续航 100km。 现代 2020 年发布 E-GMP 平台， 已推出多款 800V 车型， 搭载 800V 充电系统，可在18min 内完成 0-80SOC，实现充电 5min 续航 100km。 奥迪 2021 年奥迪自研 PPE 平台面世，搭载 800V 充电 系统，可实现充电 10min 续航300km，从 10-80SOC 平均需 21min。 奔驰 将于 2023 年 9 月推出 CLA 纯电版概念车，支持 800V 高压快充，充电功率最高达350kW，从 10-80SOC 需要 30min。 大众 预计 2024 年量产首台 800V 高压平台车型， 2025 年 800V 车型占 BEV 销量比重达10。 资料来源 搜狐网，汽车之家，盖世汽车研究院， 东莞证券研究所 2.3 固态电池加速发展将提升对硅基负极的需求 硅基负极为固态电池的优选新型负极材料。 从锂电池发展趋势来看，固态电池是全球公 认的下一代锂电池。 固态电池 对高能量密度的要求，将促使负极材料从传统石墨负极向 高能量密度的新型负极材料 迭代 发展。 因此， 硅基负极 成 为（半） 固态电池的 优选 新型 负极材料。 电池新技术系列 报告 之硅基负极 12 请务必阅读末页声明。 2023 年国内半固态电池实现小批量装车， 2024 年 加速量产 。 目前 国内企业多以半固态 电池为主。国内企业的半固态电池率先进入量产阶段，部分企业的 半固态电池已经在相 关车型上得 到装车 验证 ，并于 2023 年实现小批量生产 。 2024 年将有更多企业的半固态 电池启动量产。 表 5 国内企业 半固态电池 启动 量产 企业 能量密度 电池类型 固态电池布局及产业化进程 宁德时代 500Wh/kg 凝聚态电池 2023 年 4 月推出凝聚态电池 ， 将在 2024 年推动车规级应用。 -- 全固态电池 在硫化物固态电解质上有多项专利。 亿纬锂能 330Wh/Kg 半固态电池 2022 年 12 月发布 50Ah 软包半固态电池，已完成设计定型，处于装车验证阶段。 500Wh/Kg 全固态电池 2024 年发布 赣锋锂业 260-400 Wh/Kg 半固态电池 2022 年 1 月 首批 搭载 50 辆东风 E70； 2022 年 8 月与广汽埃安签 署战略合作协议 ； 2023 年装车赛力斯 SERES-5，进军欧洲市 场； 2023 年 12 月与长安汽车签署合作 协议；计划 2026 年装车 广汽昊铂。 蜂巢能源 300-350 Wh/Kg 半固态电池 2020 年 12 月，推出基于聚合物凝胶化技术的“果冻电池”； 2023 年 12 月，推出二代“果冻电池”，目前完成 A 样开发。 350-400 Wh/kg 全固态电池 2022 年推出国内首批 20Ah 级硫系全固态原型电芯。 国轩高科 360Wh/kg 半固态电池 已通过新国标安全测试 ，开始量产。 400Wh/kg 半固态电池 已开发出原型样品， 2025 年后量产。 中创新航 350-450 Wh/kg 半固态电池 2024Q4 装车某外资豪华品牌。 600Wh/kg 全固态电池 -- 孚能科技 330Wh/kg 半固态电池 2023 年 3 月量产装车， 11 月在远航 Y6 首批装车。 辉能科技 ＞ 360 Wh/kg 半固态电池 2024 年开始批量交付 卫蓝新能 源 360Wh/kg 半固态电池 2024 年 4 月 开始 向蔚来批量供货。 太蓝 新能 源 350-400 Wh/kg 半固态电池 2024 年批量出货 恩力动力 300Wh/kg 全固态电池 2023 年 8 月研发出硫化物固态电解质及锂金属负极全固态电 池； 2026 年 10GWh 量产。 清陶能源 420Wh/kg 半固态电池 2023 年完成与上汽联合开发的第一代半固态电池装车 试 验 ； 2024 年 量产装车 上汽智己 ； 2025 年装车 智己 、非凡、荣威、 MG 等。 500Wh/kg 固态电池 2027 年全固态电池量产。 资料来源 高工锂电，电池中国，电车资源，赛瑞研究， 东莞证券研究所 2023 年 开始 主流 车企 启动 量产 固态电池车型。 2023 年，蔚来 ES6、 ET7、 东风 E70、岚 图追风 、 赛力 斯 SERES5 等 车型 已搭载半固态电池， 上汽、广汽、长安等车企也 计划将于 电池新技术系列 报告 之硅基负极 13 请务必阅读末页声明。 2024-2026 年上市搭载半固态电池车型。 丰田、本田、大众、宝马等日本、欧洲车企 也 计划 将于 2026-2030 年 启动 搭载 固态电池车型量产上市。 表 6 国内外部分车企固态电池装车进程或规划 车企 固态电池装车进程或规划 东风 目前旗下有两款搭载半固态电池车型。 2022 年 E70 搭载第一代固态电池实现首批小规模交付， 搭载第二代固态电池车型预计 2024 年上半年量产。 东风岚图 搭载半固态电池的岚图追光车型于 2023 年 4 月量产。 蔚来 搭载 150kWh 固态电池 的 ES6、 ET7 于 2023 年 量产上市 。 150kWh 电池包将于 2024 年 4 月量产，适配蔚来旗下所有车型。 赛力斯 2023 年 6 月 SERES5 搭载赣锋锂业第一代固态电池实现首批交付。 上汽集团 2024 年起半固态电池将在公司不同车型实现量产搭载。 广汽埃安 2026 年实现固态电池量产搭载，昊铂车型将率先搭载。 长安汽车 2023 年 12 月 与赣锋锂业签署合作备忘录 。 2025 年开始逐步量产搭载（半）固态电池， 2030 年全面普及搭载。 东风日产 2024 年启动全固态电池工厂建设， 2028 年量产上市。 丰田 计划 2027 年量产搭载全固态电池的电动汽车。 本田 计划 2025-2030 年量产搭载全固态电池的电动汽车。 大众 2024 年 1 月旗下子公司 Power Co 通过 对 Quantum Scape 固态电池的耐力测试。 预计将于 2026 年搭载上市。 宝马 2025 年搭载固态电池的原型车问世， 2026 年开始量产。 奔驰 2022 年搭载固态电池的奔驰 EQS 在欧洲市场开始接受订单。 计划 2028 年实现固态电池批量生产。 资料来源 高工锂电，新产业，长安汽车公告， 东莞证券研究所 3. 硅基负极 在动力电池领域 产业化 进程提速 ，前景可期 3.1 头部企业 纷纷 角逐 硅基负极 ，产能扩张进行中 近年 全球硅基负极技术专利申请数量暴增。 硅基负极的生产工艺复杂，技术难度大，准 入门槛高。 从全球硅基负极技术申请专利数量来看，随着锂电 池 企业加大 对 硅基负极 的 研发力度，近年来硅基负极专利申请呈现阶梯式的递增形式。根据 GGII 统计，自 2015 年到 2023 年，硅基负极的专利申请数量已从 156 项增长到 955 项，增长 6 倍有余。截 至 2 月 22 日， 2024 年在硅基负极的专利申请量也达到了 147 项。包括宁德时代、亿纬 锂能、国轩高科等头部电池企业均 有 公布硅基负极相关专利进展。 硅基负极的应用正在成为电池性能差异化的“必争之地”。 2023 年下半年以来，“负极 掺硅”高性能动力电池装车持续升温。国内市场上，蔚来、智己、埃安等 品牌旗下车型 开始搭载硅基负极动力电池；国际市场上，奔驰电动大 G（ EQG）已采用 Sila 生产的硅 基负极电池，保时捷与美国 Group 14 达成硅基负极供货协议。特斯拉力推的 4680 大圆 柱电池体系中，硅基负极是其性能提升的关键一环，已实现 Model 3 装车。 电池新技术系列 报告 之硅基负极 14 请务必阅读末页声明。 头部电池企业率先布局硅基负极高能量密度电池产能。 特斯拉 4680 大圆柱电池、宁德 时代麒麟电池等 头部企业 新电池均使用了硅基负极。全球动力电池企业也正在围绕硅基 负极材料进行密集电池创新 ， 包括 宁德时代、亿纬锂能、中创新航、蜂巢能源等 国内 头 部电池企业已率先布局硅基负极高