2023新能源电池材料发展概览报告--甲子光年.pdf

出品机构：甲子光年智库 发布时间： 2023.5目录 Part 01 新能源与新材料 P02 Part 02 HJT 电池新材料发展趋势 P06 Part 03 钙钛矿电池新材料发展趋势 P17 Part 04 锂离子电池新材料 发展趋势 P28 Part 05 氢燃料电池新材料发展趋势 P41新材料：需要下游行业需求带动 下游应用催生多元化新诉求，新材料发展要求“高景气产业 +高技术壁垒”。 p 当前，中国面临着复杂的发展安全问题，同时也处于发展高端制造的战略机遇期。 p 发展新材料是成为制造业强国的关键，是摆脱关键材料与技术瓶颈的重要途径，也是寻找经济发展新动力的理想突破口。 p 新材料 的发展 需要长时间导入周期和高额前期投入，需要经过“材料开发 -产业化 -客户送样测试 -小试 -量产”等环节，通常需要 10 年以上的时间 。 图：新材料及相关行业的生命周期 短期： 受上游原材料价格、价格传导、产品结构、竞争格局等 波动性因素影响更明显 中期： 下游需求的景气度对材料应用的影响更明显 长期： 更关注材料本身性能，匹配产业长期对降本增效的要求 新材料发展示意图新能源：发电侧与用电 / 储能侧 “双碳”战略目标下，新能源领域的新材料应用将迎来长久的高景气周期。 关注“发电 +储能”两侧的新材料应用进展 发电侧 储能侧（部分） • 实现双碳目标的过程中，发电量总量逐步提高，同时风电、光伏、核 电的占比要稳定提升。 • 当前光伏发电量占比仍然很低，未来三十年发展空间大。 58,531 12,020 6,867 4,178 2,290 火电 水电 风电 核电 光伏 2022 年全国发电量（单位：亿千瓦时） 储能 电储能 氢储能 热储能 电化学储能 机械储能 锂离子电池 液流电池 铅蓄电池 抽水蓄能 压缩空气储能 熔盐储能 氢燃料 氢燃料电池 86.5% 11.8% • 储能环节以抽水蓄能为代表的机械储能仍然是主流。 • 锂离子电池是电化学储能的绝对主力，装机功率占比约为电化学储能 技术的 99% 。 p 本次报告在发电侧主要关注新型光伏电池片的材料发展，在储能侧主要关注锂电池与氢燃料电池的材料发展。 光伏电池新能源 × 新材料：发展前景评估 从价值投资的角度看，在材料性能之外，新材料的评估模型需要综合多方面评估。 p 虽然光伏、锂电、氢燃料电池分属新能源领域的不同赛道，但他们的投资评估逻辑是相通的。 p 在 性能满足 发展 需求的基础上，再综合考虑材料的市场规模与格局、商业化上量节点、产业发展周期的变化（比如 2023Q1的锂价）等其他因素。 新材料投资发展前景评估模型 新材料发展 前景评估 材料 性能 市场规模 竞争 格局 商业化 节点 产业 发展周期 新材料相比当前主流材料，针对当前该行业的需求痛点，在哪 些方面有突破，会带来哪些好处？ 对应的材料替代市场规模有多大？未来几年的增 速是什么水平？ 竞争格局现状是什么？是小而美的市场，还是需 要卷成本卷规模的市场？先发者是否有优势？ 不同材料的起量时间不同；中下游对该 材料的尝试验证意愿 / 验证周期不同 … 当前投资是不是好的时间点：整个 行业的供需水平？当前时间点是顺 周期还是逆周期？目录 Part 01 新能源与新材料 P02 Part 02 HJT 电池新材料发展趋势 P06 Part 03 钙钛矿电池新材料发展趋势 P17 Part 04 锂离子电池新材料 发展趋势 P28 Part 05 氢燃料电池新材料发展趋势 P41光伏电池片的分类 产业正在逼近晶硅电池片的极限，新型材料应用助力突破转换率瓶颈。 图：光伏电池的迭代路线 - 追求更高的光电转换效率 光伏电池 晶硅电池 薄膜电池 多晶硅电池 单晶硅电池 非晶硅电池 化合物电池 黑硅 多晶 PERC P型电池 N型电池 钙钛矿 PBS CIGS 、 CdTE … TOPCon IBC P- PERC HJT HJT/ 钙钛矿叠层 TBC HBC • 当前主流 ：现阶段光伏产业的 PERC 电池量产技术成熟 ， 已经 大规模流入市场 • 短期 ： TOPCon 电池得益于与 PERC 电池类似的产线 ， 已于 2023 年进入扩产阶段 • 中长期 ： HJT 与钙钛矿进入产线 投产 、 量产验证与试生产周期 光伏电池技术迭代方向 单结电池 组合电池光伏技术迭代路线 HJT 与钙钛矿电池是光伏中长期的技术发展路线，关注相关材料迭代机遇。 图：光伏电池的迭代路线 - 追求更高的光电转换效率 • 量产 PERC 即将达到理论 最高值 • TOPCon 电池步入量产 • HJT 与钙钛矿电池 处于导 入期 ， 且二者结合的叠层 电池理论转换效率可达 43 %， 是未来远期的重点 发展方向 阶段一： BSF 铝背场 已经基本被淘汰 阶段二： PERC 电池 当前产业主流，量产转化效率 23% ，即将达到极限 阶段三： TOPCon 、 HJT 理论效率能达到 27 - 28% ，目前量产达到 24.5% ， 仍有上升空间 阶段四： HJT+PBS 叠层 叠层理论效率超 43% ，当前中试线的效率近 30% ， 潜力可观 2010 年 2016 年 2020 年 2025 年 2030 年 组合技术 单结晶硅 43% 27% 23% 叠层电池的理论极限 晶硅电池的量产极限 当前主流水平 技术演进， 降本增效 本次报告光伏领域重点 关注尚处导入期的： • HJT 异质结电池 • 钙钛矿电池HJT 电池的优势 结合晶硅与非晶硅薄膜优势， HJT 异质结电池将是光伏未来中期的路线选择。 p 根据光伏龙头隆基绿能的公告，其自主研发的 HJT 电池实验室已经能够达到 26.81% ，通威股份在 25.67% ，结合更精简的工艺产线和低能耗， HJT 的综合优势开始显现。 p HJT 工艺不同，生产线与传统 PERC/ TOPCon 也大不相同，在规模未放量之前，不具备成本优势。 性能比较 PERC TOPCon HJT 理论效率极限 24.5% 28.2% 27.5% 量产产品效率 23.5% 24.5% 24.5% 工艺成熟度 / 产 线兼容度 非常成熟 比较成熟，高度复用 PERC 产线 技术爬坡中，需要新建产 线 主要工序数量 9- 12 12 （与 PERC 类似） 4- 6（工序很少） 电池成本 0.84 元 /W 0.91 元 /W 1.08 元 /W 优劣势比较 当前成本最低，但转换效 率难以提升 效率提升，但工序复杂， 非硅成本高 效率高，生产工艺温度低， 但产线设备投资大 转换效率高 晶硅薄片化 工艺简单 大尺寸 低光性能好 抗 PID 性能好 图 1： HJT 电池的性能优势 • HJT 电池预计在 2023 年进入试生产； • HJT 电池预计在 2024 年开始上量 ， 到 2030 年渗透率预计可达 30 %以上 。 图 2：性能优势将推动 HJT 的渗透率上升HJT 电池结构与成本构成 对于采用低温丝网印刷工艺的 HJT 而言，硅片与银浆是材料成本的主要组成部分。 p 由于 HJT 电池工艺和结构的不同，是双面对称结构，叠加电池制备需要低温工艺，银浆的成本要显著高于传统 P型电池和 TOPCon 电池。 p 从降本提效的角度看，如何降低整体硅耗和金属化过程中的浆料成本，是从材料方面推动 HJT 晶硅电池规模化的主要途径。 电极 P- layer i - layer N型晶硅基体 TCO i - layer P- layer TCO 电极 清洗 制绒 非晶硅 沉积 TCO 沉积 丝网 印刷 图： HJT 的制备工艺情况 图： HJT 电池片生产成本 硅片 47% 银浆 24% 靶材 5% 折旧 6% 其他 18% 组件成本： 1.08 元 /WHJT 电池产业发展现状 多家厂商在规划 10GW 级别产线，上游的材料厂商也在积极配合。 HJT 产业链 HJT 薄硅片 浆料 上游原材料厂商 中游电池片厂商 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 爱康科技 东方日升 华晟新能源 华润电力 华耀光电 海泰新能 腾辉光伏 明阳智能 水发能源 国晟能源 太一光伏 三五互联 金刚光伏 国润能源 宝鑫科技 隆基绿能 赛维能源 合计 HJT 产能规划： 114GW 图：目前国内 HJT 新建与规划产能（不完全统计） 预计 2023 年 HJT 出货量： 15GW 下游应用场景 高测股份 上机数控 TCL 中环 国晟能源 国立科技 三五互联 金刚光伏 苏州固锝 帝科股份 聚合材料 华晟新能源 东方日升 光伏电站 商用光伏 光伏道路 厂房屋顶 通信基站 ……HJT 光伏组件的材料发展方向 HJT 电池片新材料应当关注“ 2减 1加”。 p HJT 电池片制备工艺的最大区别在于温度：因为 TCO 薄膜等非晶硅导电层的加入，如果烧结温度大于 250℃ ，材料会向晶体转变，使电池失效。 p 低温工艺无需顾虑高温烧结过程导致的硅片翘曲，因此 HJT 电池也有较大的硅片薄化潜力，为降低成本提供更多可能性。 减硅 •降低硅料用量与成本 •主要通过 硅片薄化 实现 减银 •HJT 电池需要低温制备 •使用国产 低温银浆 •或使用 银包铜粉 降本 增光 •吸杂工艺 •改良封装膜， TCO 薄膜 HJT 电池片 降本增效 类目 PERC TOPCon HJT 工艺过程 烧结 硼扩 烧结 温度 850℃ 900℃ 200℃ HJT 电池片的“两减一加” 非晶硅薄层： 如果烧结温度过高（大于 250℃）将导致 非晶薄层材料从非晶向晶体转变，进而导致电池片失效 电极 P- layer i - layer N型晶硅衬底 TCO 硅片： PERC 与 TOPCon 高温工艺会引起硅片翘曲，因此 不具备薄化条件，而 HJT 低温工艺则不会引起硅片翘曲材料选择 1： HJT 薄化硅片 硅片是主要成本构成，硅片薄化是 HJT 电池独有的降本项。 p 得益于低温工艺， HJT 电池硅片有做薄的潜力：当前主流 PERC 硅片厚度约 155μm，而 HJT 已达到 130μm ，向 120μm 迈进， 极限薄化厚度 是 80μm。 p 从硅料价格来看，近期硅料价格回升至 200元 /kg 左右，在 25% 转换效率条件下，单 W硅耗可降低约 0.016 元 /W ；换言之，以 200元 /kg 的硅料价 格计算，当前 130μm 的 N型硅片成本将比 150μm的成本降低 0.032元 /W ，约占硅片成本的 10%。 155 150 130 100 110 120 130 140 150 160 170 180 2021Q4 2022Q1 2022Q2 2022Q3 PERC TOPCon HJT 图：硅片厚度对比 （ μm ） • HJT 在硅片减薄降本方面，相比 PERC 与 TOPCon 电池有更大潜力 图：硅片减薄每 10μm促使硅料成本下降 （元 /W） 0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016 0.018 80 110 140 170 200 成本降低（元 /W ） 硅料价格（元 /kg ） • 当前硅料价格在 200 元 /kg 左右， 25% 转换率条件下， 硅片每减薄 10 微米， HJT 电池成本下降约 0.016 元 /W材料选择 1： HJT 薄化硅片 薄化硅片的价值点在于硅片切割设备，衍生出不同的产业协同模式。 p HJT 硅片切片的关键在于电池片设备，当前布局 HJT 晶硅电池薄片生产的厂商比较有限。 p 从商业模式上看，多数晶硅电池厂家选择自主采购硅料与切片设备进行 HJT 薄化硅片制备，同时也存在头部企业联合硅料、设备厂商合资设立 HJT 电池专用单晶硅片项目，为自身 HJT 电池制备供应。 p 待 HJT 在未来真正走向放量，那么专门从事第三方硅片切割的厂商将有望在这一轮 HJT 薄硅片的产业化进程中获益。 高测股份 宇晶股份 双良股份 华晟新能源 模式一： HJT 厂商自主切片 TCL 中环 单晶硅料 切片设备 N型硅片 模式二：联合成立专用硅片项目 华晟新能源 华民股份 宇晶股份 安迅半导体 10GW 的 HJT 专用单晶硅片项目 模式三：设备厂商部署代工业务 高测股份 宇晶股份 弘元绿能 上机数控由设备向 光伏一体化布局 HJT 专用薄硅片的商业模式一览材料选择 2：低温银浆 &银包铜粉 浆料的降本主要通过银浆的国产替代和银包铜粉的放量应用。 p 目前光伏浆料市场国产厂商已经打开局面，国产化率已经超过 60% ，但多集中于高温银浆领域。 p 在 HJT 电池尚未放量增长的时间点下，光伏行业对低温银浆的需求体量仍然有限，目前全球低温银浆市场 基本被 KE 、贺利氏等公司垄断。 p 银浆的主材是银粉，而目前业界对银粉的降本途径主要是银包铜， 通过降低 含银量以大幅降低银浆的整体成本。 项目 低温银浆 高温银浆 金属化温度 170 - 200℃ 700 - 800℃ 接触机理 浆料与 TCO层接触，与 PN 结无关 浆料与 PN 结直接接触 组成成分 片状与球状银粉混合物，有机组分 球状银粉，片状玻璃粉，有机组分 组成作用 印刷作用、粘结银粉和 TCO层 主要起印刷作用 技术成熟度 起步晚，不成熟 起步早，比较成熟 96.4 145.1 190 0 50 100 150 200 PERC 电池 TOPCon 电池 HJT 电池 图： HJT 需要低温银浆， 且单片银 耗量更高 （单位： mg） 如何降低 HJT 电池片银耗？ 制备工艺： 材料改良： 国产替代： • 采用细线化丝网印刷工艺，减少栅线宽 度，一方面降低光吸收损失，同时可以 降低银耗 • 未来有望彻底抛弃银浆，使用电镀铜 • 国产浆料与银粉厂商跟进，打破当前进 口产品的垄断局面 • 采用银、铜混合材料（银包铜），大幅 降低含银量材料选择 2：低温银浆 &银包铜粉 市场机遇主要在国产替代方面，国产产品尚处于产品导入期。 p 银浆材料成本主要集中于银粉上，一般光伏银浆的银粉成本占比 98% 以上，银粉的国产替代进程将有力推动组件的成本下降。 p 在 HJT 低温银浆领域，光伏银浆龙头苏州固锝处于国内领先地位， 2022年已实现少量国产替代，聚和、帝科也加速布局，预计 2023年有望在国产 HJT 低温银浆的基础 上迎来 新的一轮技术渗透，进一步加速 HJT 电池的降本。 p 银粉和银包铜粉方面，博迁新材也在已经打开金属粉末国产替代 的口子 ，进入下游验证测试阶段。 银粉 / 银包铜粉 低温光伏银浆 聚合新材料 博迁新材 图：国内头部浆料公司均已部署 HJT 用低温银浆 日本 DOWA 帝科股份 苏州固碍（晶银） 美国杜邦 • 实现小规模生产 • 实现小规模出货 • 2022 年出货几十吨 • 银包铜粉数百公斤出货 • 全球市场主流 日本 KE • 市场主流 国内主要光伏浆料厂商均已部署低温银浆生产工艺， 静待 HJT 电池上量 图：国内银包铜粉仍处于起步阶段（单位：吨） 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 2021 2022 2023E2024E2025E 国产光伏银浆 银粉 银包铜粉 国产银包铜粉刚起步目录 Part 01 新能源与新材料 P02 Part 02 HJT 电池新材料发展趋势 P06 Part 03 钙钛矿电池新材料发展趋势 P17 Part 04 锂离子电池新材料 发展趋势 P28 Part 05 氢燃料电池新材料发展趋势 P41钙钛矿电池的优势 相比较传统晶硅电池，钙钛矿电池有多项优势，将是未来光伏电池发展的重要路线。 p 从材料性能本身看，钙钛矿相比传统的晶硅电池在实验室效率、弱光环境、生产工艺与效率等方面有明显的比较优势。 p 并且，钙钛矿的工艺流程相对简单，产线投资成本较低，再加上本身材料的低价，钙钛矿材料基本被确定是推动光伏要降本增效的有效途径。 材料成本低廉 制备流程简单 产线投资金额少 叠层转换效率高 柔性材料应用 弱光场景吸光性 图：光伏的未来 - 钙钛矿电池片相比其他类型光伏电池优势 物理性能优秀 指标 晶硅电池 钙钛矿 PERC TOPCon HJT Perovskite 理论效率极限 24.50% 28.20% 27.50% 33.00% 量产效率 23.50% 24.50% 24.50% - 弱光环境 弱 中 中 强 稳定性 优 优 优 较弱 稳定性极限 30年 30年 30年 25 年 环保性 无毒 无毒 无毒 含铅 原料纯度 99.9999% 99.9999% 99.9999% 97% 以上 生产工艺温度 900 TOPCon 200 250 生产效率 5d 5d 5d 50min … 晶硅电池 钙钛矿电池 硅料提纯 生长切片 电池制造 组件封装 合成钙钛矿基液 各涂层沉积结晶 组件封装 工厂 A 工厂 B 工厂 C 工厂 D 工厂 A • 钙钛矿光伏电池工艺流程简单，同一工厂内的 300 米长产线即可实现完整生产流程，且耗时 仅 45 分钟； • 相应地，产线投资成本显著降低， 1GW 产能产线月 5亿元，较晶硅降低 50% 左右。 产线比较 性能比较钙钛矿电池的市场规模 钙钛矿进入试量产，乐观预测产能将于 2026 年突破 25GW ，制造产值达到 400 亿。 p 2022年，协鑫光电、纤纳光电等多家先发企业已经开始百兆瓦产线的调试与试量产，其他企业也在快速 跟进设备 与产品验证工作。 p 得益于钙钛矿的性能与成本优势，在产品验证普遍通过的情况下，行业乐观预测钙钛矿总产能将快速上升，于 2026年达到 26GW 。 430 0 100 200 300 400 500 2021 2022 2023 2024 2025 2026 图：钙钛矿电池产值规模（亿元） 26000 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 2021 2022 2023 2024 2025 2026 图：钙钛矿产能建设目标（兆瓦） • 6条百兆瓦级别 量产中试线 • 4条百兆瓦级 别量产中试线 • 1条吉瓦线 • 2+ 条百兆瓦级 别量产中试线 • 4+条吉瓦线 • 吉瓦产线放量钙钛矿电池的结构与成本 钙钛矿吸光层成本占比极低，主要成本集中在玻璃及其他封装材料上。 p 钙钛矿材料的光吸收能力强，在组件中的薄膜厚度与晶硅电池硅片厚度相差甚远，显著降低了材料成本。 p 电池的材料成本主要集中在封装层，其中 TCO 导电玻璃、 POE 胶膜等占比较高。 金属电极层 空穴传输层 钙钛矿层 电子传输层 TCO 导电玻璃 图 1：钙钛矿电池的组成结构 空穴 空穴 电子 电子 接收空穴传输至外电路 传导空穴，阻碍电子 吸光层，产生电子和空穴 传导电子，阻碍空穴 透光，接收电子至外电路 图 2：钙钛矿电池的成本构成 0% 5% 2% 1% 57% 17% 14% 4% 空穴传输层 钙钛矿 电子传输层 背电极 TCO玻璃 背板浮法玻璃 POE 胶膜 丁基胶 封装层： 91% 功能层： 9% 对比晶硅电池： • 钙钛矿电池的吸光层是多种钙钛矿材料，自然界中存量极多，且对纯度并没有 晶硅电池的高要求，因此成本占比极低，仅 5% 左右 • 生产成本主要集中于封装材料，如 TCO 导电玻璃、 POE 胶膜等 目前成本： ￥ 0.697/W钙钛矿的产业发展现状 百兆瓦产线已经陆续部署完成， 2023 年将成为钙钛矿的量产元年。 国内主要厂商钙钛矿厂商产能建设进度与规划 协鑫光电 纤纳光电 2017 • 全球首条 10MW 中试线 2021.9 • 100MW 产线建设完成 2023.9 • 100MW 产线目标达产 2023.12 • 目标效率 18% 2019.3 • 20MW 中试线建成 2021.12 • 100MW 产线建设完成 2022.7 • 首批 5000 片 α 组件出货 2023.12 • 目标效率 21.5% 极电光能 2018.3 • 钙钛矿立项 2021.10 • 150MW 启动建设 2022.10 • 150MW 产线投产 2023.12 • 规划 GW产线 万度光能 2020 • 实验室稳定 13000h 无衰减 2022.8 • 200MW 产线设备到位 2022.11 • 200MW 产线投产 2020 • A轮融资 2022 • B/B+ 轮融资 2017 • A轮融资 2019 • B轮融资 2020.12 • C轮融资 2022.10 • D轮融资 2021.10 • Pre - A轮融资 2016.10 • 天使轮融资 2021.8 • A轮融资 2023钙钛矿光伏电池的产业发展痛点 封装材料 发展应针对性 改善钙钛矿电池的产业化难点。 p 钙钛矿电池的主要难点集中在两个方面：（ 1）溶液涂布工艺中，大面积的钙钛矿薄膜容易出现均匀性与平整度的问题，最终严重影响光电转换效 率；（ 2）钙钛矿材料本身的稳定性一般，产线上的产品在吸湿性、热稳定性等性能不达标。 p 从材料应用上讲，在封装过程中使用 POE 膜与 TCO 导电玻璃，将有助于提升材料稳定性，增加钙钛矿组件的使用寿命。 材料稳定性难题 大面积制备难题 当前仍然受限于钙钛矿薄膜的吸湿性、热不稳定性、 离子迁移等特性，实际量产产品的使用寿命仍不理想 主流溶液 涂布工艺下，钙钛矿的均匀性和平整度在大 面积制备时难以达到标准 当前需要攻克的难点 正在尝试的解决方法 工艺与设备： • 狭缝涂布 ➡ 真空镀膜（ PVD 、 热蒸镀等） • 改良激光、 PVD 、 RPD 、 涂布等设备 材料体系： • TCO 导电玻璃 • POE 粒子胶膜 • ITO 靶材（透明背电极） • 丁基胶70% 85% 1% 60% 0% 50% 100% 202220232024202520272030 EVA 树脂国产化率 POE 树脂国产化率 材料选择 1： POE 胶膜 POE 胶膜是当前钙钛矿电池封装的唯一选择（也适用 HJT ）。 p N型电池片的推动下，逐步取代 EVA 的 POE 胶膜将 是未来钙 钛矿电池封装时的必备材料（传统 EVA 胶膜老化产生的小分子酸会破坏钙钛矿层）： POE 胶膜具备更好的离子阻隔能力与抗水性，延长光伏组件的使用寿命。 p 乐观预测，在光伏电池片沿着 TOPCon （短期）、 HJT （中期）和钙钛矿（长期）的迭代路线发展前提下，未来 4- 5年 POE 材料需求复合增速将达 到 50% 以上。 光伏迭代带动 POE 胶膜的应用 指标 EVA POE 抗 PID 性 弱（正面 96h后衰减 6- 7%） 强（正面 96h后衰减 3- 4%） 体积电容率 低（ 85℃1013 Ω•cm ） 高（ 85℃1015 Ω•cm ） 隔水性 弱（水汽透过率 34g/(m2*d) ） 强（水汽透过率 3.3 g/(m2*d) ） 耐候性 弱 强 克重 高（密度 0.96 g/cm3 ） 低（密度 0.88 g/cm3 ） POE 胶膜与 EPE 胶膜（ POE 夹 EVA ） POE 胶膜 +丁基胶 TOPCon HJT 电池 钙钛矿 PERC 电池 EVA 胶膜 6.43 12.58 18.3 24.44 21.19 41.42 60.16 80.66 2022 2023 2024 2025 光伏级 POE 胶膜（亿平方米） 光伏级 POE 粒子（万吨） 图： POE 的国产化率与市场规模 复合增速约 56%材料选择 1： POE 胶膜 突破重点技术壁垒，开启 POE 粒子国产替代。 p 受限于基础化工技术水平，中国 POE 粒子仍主要来源于进口；国产 POE 粒子正在突破催化剂、 α - 烯烃制备等技术壁垒，目前正处于导入期。 p 福斯特、赛伍技术、 祥邦科技 等国内胶膜厂商已有相关 POE 技术储备，并处于产能规划扩建期，但 上游的 POE 粒子仍全部采用进口品牌。 p 陶氏、 Exxon 、三井等供应商垄断全球 POE 粒子市场，但随着中国 N型光伏电池片的放量， 供给或出现紧缺的局面， 为国产厂商提供一些机遇。 行业壁垒 高碳 α - 烯烃 … 茂金属 催化剂 溶液 聚合工艺 图 1： POE 粒子行业竞争壁垒 图 2：国内 POE 粒子及胶膜厂 POE 胶膜产能进度 POE 粒子 石油化工 POE 胶膜 国产厂商需在突破上述壁垒，以突破进口产品垄断局面 POE 胶膜 万华化学 鼎际得 东方盛宏 福斯特 赛伍技术 祥邦科技 1亿 ㎡ 1亿 ㎡ 1.8 亿 ㎡ 20 万吨， 2024 投产 20 万吨， 2024 投产 10 万吨， 2025 投产 • 专注 POE 胶膜，行业领先 • 全球光伏胶膜绝对龙头 • 光伏 +锂电 +显示与 3C电子 百佳年代 7000 万 ㎡ • EVA 、 POE 、 TCO等薄膜材料选择 2： TCO 导电玻璃 具备超白玻璃产线的企业将具备光伏 TCO 玻璃的先发优势。 p TCO （ FTO ）导电玻璃已具备相当成熟的制备工艺，当钙钛矿组件的订单量开始增长时，导电玻璃的产能也将随之快速扩张，相关企业充分受益。 p 钙钛矿薄膜电池所需的 TCO 玻璃多是超白浮法玻璃在线沉积 FTO 材料，确保玻璃的高透光性与稳定的导电性。 p 从竞争壁垒的角度上看，工艺、产线设备、客户资源将是 TCO 导电玻璃赛道的核心竞争力。 TCO 导电玻璃 钙钛矿材料以薄膜形式出现，需要 TCO 玻璃作机械支撑 高透光度，利于吸光层更多吸收太阳光 组件电极材料，具备导电性，收集电池 板上产生的电流 TCO 导电玻璃对于钙钛矿电池的作用 工艺与生产设备 客户资源能力 金晶科技 耀皮玻璃 自主研发 光伏透射比、电导率、雾度、激光刻蚀性能 …… • 高透过率基片基础上相继开发成功 3.2 mm和 2.65 mm超白 TCO 导电玻璃 • 与纤纳光电达成战略协议 纤纳光电 技术合作 向钙钛矿组件厂供应导电玻璃 艾杰旭 板硝子 NSG 间接持股 企业收购 • 耀皮玻璃收购的 艾杰旭 产线具备 TCO 玻璃生产能力 • 日本 NSG板硝子间接持股耀皮玻璃，形成技术协同 可生产光伏 TCO 玻璃的企业 中国玻璃 旗滨集团 信义玻璃发展趋势：钙钛矿叠层电池 利用钙钛矿材料的优势，叠层电池的出现可提供更高的光电转换效率。 p 叠层电池的原理 是组合电池 片，增加光谱吸收范围，以达到增加电池片效率的效果。 p 钙钛矿 +HJT 是当前业界认可的理想方案：上层宽带隙钙钛矿电池吸收短波段光，底层 HJT 晶硅电池吸收长波段光 ，理论效率 提升至 40%以上。 p 此外，钙钛矿有可调带隙宽度的特点，可以叠加两块不同带隙的钙钛矿电池，以更低的成本达到更高的光电转化效率。 电池种类 钙钛矿 +HJT 全钙钛矿 优点 结构对称；开路电压高； HJT 本身 有 TCO 材料，与钙钛矿适配 带隙可调；柔性材料 缺点 HJT 绒面与钙钛矿涂层的磨合还不 够完善 大面积制备存疑 应用场景 （当前） 光伏电站 建筑、车顶 企业类型 电池片厂商 钙钛矿电池研发企业 厂商 隆基、爱旭、和特光电、华晟新能 源、宝馨、金风科技 协鑫光电、任烁光能 叠 层 电 池 的 分 类 钙钛矿 / 晶硅叠层 全钙钛矿叠层 钙钛矿 / 有机叠层 钙钛矿 /CIGS 叠层 HJT+ 钙钛矿叠层 TOPCon +钙钛矿叠层 钙钛矿叠层电池的分类（按材料） • HJT+ 钙钛矿叠层是当前的研发主流，低温工艺 +自带 TCO 膜层使得二者适配度很高 • 全钙钛矿叠层电池的瓶颈在于窄带系材料，近两年在研发层面有所突破 • 预计叠层电池前中期以晶硅 / 钙钛矿为主，远期来看仍是全钙钛矿叠层更有前景发展趋势：钙钛矿叠层电池 当前叠层电池尚处于产业规划初期，需要等待钙钛矿材料的量产技术成熟。 p 目前规划叠层电池的厂商，一部分是传统的晶硅电池厂商，在 HJT 的基础上规划远期钙钛矿叠层的技术，循序渐进；另一部分是专注研究钙钛矿 组件的企业，争取建立钙钛矿赛道的先发优势。 p 基因 不同，二者在叠层的路线选择上会出现分歧：在钙钛矿薄膜带隙可调的优势性能上，晶硅电池厂商会选择 N型电池 +钙钛矿的叠层路线，而协 鑫 光电等厂商会 专注钙钛矿 +钙钛矿的叠层电池。 布局叠层电池的企业及进度 晶硅电池片厂商 隆基绿能 爱旭股份 华晟新能源 合特光能 金寨喜悦 宝馨科技 • 钙钛矿 / HJT 制备方法专利 • 钙钛矿 /HJT 制备方法专利 • 规划 2023 年完成中试线搭建，目标效率 28% • 规划 2024 年启动 100MW 产线建设，实验室效率 32% • 拟建设钙钛矿 /HJT 电池项目 • 规划 2023 年完成中试线搭建，产能 100MW ，目标效率 28% 钙钛矿电池厂商 协鑫光电 任烁光能 • 10MW 全钙钛矿研发线已经跑通，预计 5年内建设数条 GW级产线 • 同时部署光伏幕墙等建筑光伏解决方案 • 10MW 全钙钛矿研发线已经跑通 钙钛矿 +HJT 叠层 钙钛矿叠层：更便宜的成本目录 Part 01 新能源与新材料 P02 Part 02 HJT 电池新材料发展趋势 P06 Part 03 钙钛矿电池新材料发展趋势 P17 Part 04 锂离子电池新材料 发展趋势 P28 Part 05 氢燃料电池新材料发展趋势 P41新能源汽车与储能应用为锂电池长期需求筑基 储能与新能源汽车迸发超级需求，储能 / 动力电池前景广阔。 p 虽然补贴正在退坡，但得益于续航里程的不断突破，以及驾乘体验的稳定进步， 新能源汽车的渗透率不断增长，动力电池装机量大 增。 p 储能方面，风力发电与光伏发电的建设如火如荼，总发电量不断增长，但风光发电因其间歇性、周期性以及随机性的特点，会对电网整体的安全 性和供电稳定性造成威胁，因此需要配备储能系统，以解决电力的就地存储，在国家层面提升绿色能源占比。 图 1：动力电池与储能电池装机量（ GWh ） 图 2：新能源汽车销量（万辆） 126 121 137 352 689 4% 4% 5% 12% 26% 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 0 100 200 300 400 500 600 700 800 2018 2019 2020 2021 2022 销量 渗透率 56.9 62.2 88.5 139.5 200 31.3 32.4 35.6 43 59.4 0 50 100 150 200 250 2018 2019 2020 2021 2022 动力电池 储能电池锂电池仍是未来中长期的主流选择 对比其他常见二次电池，锂离子电池综合性能仍具备比较优势。 p 相较此前常见的可充电电电池，锂离子电池有着工作电压高、能量密度大、循环寿命长、可高功率放电等性能特点。 p 电池充电时，正极材料中的锂脱出来，穿过隔膜进入到负极石墨中；电池放电时，锂离子又从负极石墨中脱出来，穿过隔膜回到正极材料中。 p 从材料成本上看，当前锂电池的正极材料占比最高，但随着 2023Q1的碳酸锂价格下跌，正极材料成本占比有所下降。 图表：锂离子电池 vs 其他二次电池 图：锂电池的工作原理与成本结构 锂电池 铅酸电池 镍镉电池 镍氢电池 工作电压 3.2 - 3.8 2.0 1.2 1.2 能量密度 100 - 200 1000 300 500 500 优点 可快速充电、 高功率放电 价格低，技术 成熟 支持快充，价 格便宜 支持快充，能 量密度较高， 循环寿命较长 缺点 价格偏高 不可快充，能 量密度低，体 积大 有记忆效应， 能量密度低 有记忆效应， 充放电效率差 正极 50% 负极 20% 隔膜 10% 电解液 8% 其他 12% 锂价波动 ，变化明显动力电池的技术发展路线 材料与化学体系的持续更新迭代，向“高能量密度”与“高性价比”发力。 p 新能源汽车等 下游市场需求的放量增长，对电池的能量密度与量产价格提出了高要求，而若想满足不断精进的市场需求，需要电池厂商和上游原 材料厂商在材料体系和电池结构等方面做出针对性的 革新。 p 高能量密度代表着未来的发展方向，而高性价比意味着更快的商业化进度。 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 …… 2030 时间 能量密度 180Wh/kg 180 - 200Wh/kg 220 - 260Wh/kg 240 - 280Wh/kg 280 - 350Wh/kg 220 - 230Wh/kg 230 - 260Wh/kg 400Wh/kg 中国动力电池技术路线发展图 300 - 500 400 - 700 700 续航里程： km 高压三元正极 +石墨负极 高镍三元正极 +石墨负极 高镍三元正极 +硅基负极 固态电池 高镍三元 / 富锂锰基正极 +金属锂 磷酸铁锂正极 无钴材料 无磷酸锰铁锂 追求高能量密度 追求高性价比市场需求与锂电池的发展方向 随着下游应用面不断开拓， 市场对 锂电 池不断提 出新的要求。 p 随着锂电在新能源汽车动力电池、风光储能电池方面的应用不断加深，多元化的应用场景也对锂电池的性能提出更高、更多元的 需求。 p 主要体现在锂电池的能量密度、安全性能、使用寿命 /循环次数、高压快充匹配、材料经济性等方面。 图：新能源汽车与储能锂电池的发展需要新材料的补足 成本高昂 续航里程短 充电时间长 安全性不足 使用寿命有限 现存问题 发展方向 更具经济性 提升能量密度 高压大电流适配 短路过热保护 增加循环次数 新材料示例 钠离子电池、复合集流体 … 高镍三元材料、硅基负极、补锂剂 … 硅基负极、磷酸锰铁锂、单晶三元材料 … 复合铜箔、粘结剂 … 导电炭黑、碳纳米管 … 正极材料 负极材料 电解液 隔膜 其他 钴酸锂 锰酸锂 镍酸锂 磷酸铁锂 碳酸锂 三元材料 溶剂 六氟磷酸锂 铜箔 铝箔 导电剂 极耳 锂离子电池 碳材料 石墨材料 钛酸锂 硅基材料 聚丙烯 PP 聚乙烯 PE锂电新材料的发展前景需要考虑商业化节点 随着下游应用面不断开拓，市场也不断对锂电池提出新的要求。 p 随着锂电在新能源汽车动力电池、风光储能电池方面的应用不断加深，多元化的应用场景也对锂电池的性能提出更高、更多元的 需求。 p 主要体现在锂电池的能量密度、安全性能、使用寿命 /循环次数、高压快充匹配、材料经济性等方面。 图：新材料投资发展前景评估模型 新材料发展 前景评估 材料性能 市场规模 竞争格局 商业化 节点 产业 发展周期 材料相比当前主流材料在哪些方面有突破，会带来哪些好处 （提升能量密度、效率、安全性、高电压、快充、成本？） 对应的市场规模有多大？未来几年的增速是什么水平？ 竞争格局现状是什么？是小而美的市场，还是需要卷成本卷 规模的市场？先发者是否有优势？ 不同材料的起量时间不同；中下游对该材料的尝试验证意愿 / 验证周期不同 … 当前投资是不是好的时间点：整个行业的供需情况与 估值水平？当前投资是顺周期还是逆周期？锂离子电池的新材料梳理 近年来锂电行业涌现了众多新型材料，从多角度尝试破局现存桎梏。 p 通过全面梳理锂电池各部分生产制备过程中用到的各种材料和辅材，挖掘未来锂电池产业链中的潜力新型材料。 p 若想取代已经成熟量产的主流材料，需要至少在能量密度、高压工作、稳定性、经济性等方面有一项有突出优势，方有取代潜力。 图表：锂电池新材料性能要匹配市场需求痛点（部分） 新材料 材料相对优势 能量密度改良 高压工作环境 稳定性改良 经济性改良 应用场景 正极材料 磷酸锰铁锂 LMFP 比三元更好的热稳定性、化学稳定性和经济性，且能量密度高于磷酸 铁锂；高度复用磷酸铁锂产线 ★ ★ 车用动力电池、两轮电动车、储能 超高镍三元 9系 活性物质镍的含量更高，提升能量密度，同时通过低钴控制成本；瓦 时成本正不断走低；对制备工艺有高要求，形成技术壁垒 ★ ★ 用于一线品牌高端汽车电池 单晶中镍 NCM6 系 毛利与能量密度基本追平 8系，加工难度稍弱于高镍三元，优异的高 电压循环稳定性和安全性能 ★ ★