负责人 | 李昊，专注于大消费、碳中和、合成生物等行业
(资料图)
研究团队 | 光源碳中和小组 栾声远、刁晨卓
01新型电解质行业概览
新能源电池的电解液由溶剂、电解质和添加剂组成。目前，由于重量、体积和安全性诸方面的瓶颈，技术已经成熟的液态电解质不再是最优选项。相比之下，固态电池与锂金属负极兼容性好，模组空间利用率高、配组灵活，能量密度方面具有相当程度的提升空间，同时固态电池的性质决定了它不存在电解液泄漏风险，且热稳定性好、不易燃烧，有更好的安全性。
基于前述性能上的优势，固态电池市场前景良好。据华泰研究测算，2030年全球固态电池市场总规模预计将达3,633.7亿元；而由于钠离子电池具备显著的资源和成本优势，可匹配多个应用场景，其单独构成的市场份额就非常可期，东方财富证券研究所预测，2030年全球钠离子电池市场规模将达3,077.9亿元。鉴于固态电池中电解质成本占比40-50%，钠离子电池中电解质成本占比约26%，根据光源资本的测算，新型电池技术体系下，2030年全球新型电解质潜在市场规模近 2,500亿元。宽广的市场空间之下，各路市场参与者在技术开发上相继蓄能，行业拐点即将到来。光大证券预计，2024年至2025年将会迎来半固态电池的商业化转折点，固态电池将优先从高端应用市场开始商业化，例如无人机、医用等领域，逐步向动力电池及消费电池领域扩展。
我国新型电池市场中，国产化率超过90%，其中，电解质作为电池关键主材，需求可观，其生产商享有高毛利、低资本投入的优势。行业风口逐渐形成的背景下，资本愈发青睐这一尚未形成边界的领域，多企业在研发生产上加速发力，大量可能产生高回报率的投资机会涌向其中。
02行业驱动因素
在从液态向全固态转型的过程中，半固态电池和准固态电池是技术升级中的中间阶段。目前，半固态电池基本满足商业化应用需求，其技术水平比全固态电池成熟。要实现全固态电池商业化，还存在许多瓶颈，比如能量密度和倍率性能有待进一步提高、离子导电率偏低、固-固界面难以充分贴合，而攻破这些难点的决定要素在于固态电解质。新型固态电解质解决前述问题的路径主要为：
针对能量密度问题，新型固态电解质更稳定、更安全，具有 5V 以上更宽的电化学窗口，可以兼容高比容量的正负极，如高电压正极、富锂锰基、硅负极、锂金属负极等材料，提升电芯能量密度；
针对倍率性能问题，将固态电解质用于正极包覆、极片掺混或隔膜涂覆，可以提升固态电池倍率性能和循环稳定性；
针对离子电导率偏低的问题，可通过对电解质链段接枝或交联、添加锂盐或增塑剂的方式提高聚合物固态电解质的离子电导率，或通过添加涂层或平衡锂离子含量来改善氧化物固态电解质离子电导率表现；
针对固-固界面难以充分贴合的问题，可通过采用紫外固化法制备新型聚合物电解质来实现聚合物固态电解质和电极之间良好的界面接触。
在锂离子电池的体系之外，钠离子电池也在未来市场格局中占有一席之地。钠离子电池的优势在于，钠金属的储备资源丰富，价格低廉，而且离子电导率相同时，钠盐比锂盐电解液的浓度低，因此成本更低。此外，钠离子还具有更好的界面动力学能力。尽管当前钠离子电池的很多优势还停留在概念阶段，但这一细分领域无疑蕴藏巨大商业潜力。
当前，钠离子电池市场处于多种材料体系并行发展状态：正极路线主要包括金属氧化物路线、聚阴离子路线、普鲁士蓝/白路线；负极材料有碳基材料、过渡金属化合物、合金类、有机类；而电解液体系则包括有机系、水系和固态。不同正负极材料体系需要适配不同的钠电电解液，电解液配方和电芯性能之间存在复杂的构效关系，电解液方案中不同溶质、溶剂、添加剂配方极大影响电芯性能，目前钠离子电池技术迭代方式盘根错节，较为复杂，但归纳来说，性能上主要存在两个优化方向：
一是能量密度方面，目前氧化物路线通过降低钠电电压，牺牲部分能量密度来提高循环寿命，未来为了充分发挥氧化物材料的容量优势，钠电需要逐步提升电压，在这样的趋势下，研发出适配高电压的钠电电解液是核心技术难点；
二是安全性方面，金属钠比锂更活泼，钠电能量密度的提高随之带来安全性问题，解决方案是将钠电池体系向固态化方向设计，其中技术关键是钠离子固态电解质。
03当前新型电解质的技术路线及壁垒
我们认为，关注电解质技术的演进模式，无论对于固态或半固态锂离子电池、钠离子电池的产业成熟化，还是既有液态锂电池的性能进一步提升，都具备至关重要的产业战略价值。
1）固态或半固态电池电解质
对于固态或半固态电池电解质，和惯常电解液一样，都应考虑离子导通、电子绝缘、和电极的物理接触、抗正极氧化、抗负极还原、电化学稳定、热稳定、空气稳定、机械稳定等诸多因素，前述各个指标的对应温度特性等性能需求，以及综合成本低廉的规模推广需求。
当前固态电解质体系主要分为氧化物、硫化物、聚合物等。各类固态电解质的性能表现各有所长，但是任何单一固态电解质均无法取得令人满意的综合性能。比如，硫化物电导率可媲美液态电解液，但稳定性较差；氧化物热稳定性较好，但抗还原能力、物理性较弱；聚合物抗还原性和物理接触较好，但电导率较弱。除了考虑单一或复合电解质自身的优化，固态电解质和电解液协同应用也至关重要，固态电解质的开发是非常系统的工作，企业若想成为行业龙头，在科研和制造实力上都需要较长久和深厚的积淀。
目前来看，对于固态或半固态电池电解质体系的优化方式可主要分为两个维度：其一是在电解质及添加剂方向上发力创新，其背景是近年来随着双氟磺酰亚胺锂盐(LIFSI)为代表的工艺逐步成熟，多种新型锂盐和添加剂得到了应用；其二是固态电解质氧化物、聚合物、硫化物、卤化物等多路线的复合应用，例如氧化物配合聚合物材料，用组合拳均衡优劣势，实现应用方面的更优解。
2）钠离子电池
钠离子电池的研发某种程度上可以说是“站在锂离子电池的肩膀上”，在工艺控制标准上有很多可以向已经较为严苛成熟的锂电电解液借鉴，但由于配方、添加剂，钠电正极和负极体系发展不成熟，很多问题待解决。
正如本文第二部分所述，钠离子电池核心技术难点主要存在于能量密度与安全性两个方面。目前钠电池能够达到数千次充电寿命的方式都是牺牲能量密度，将钠电正常电压 4.0V 降到 3.90-3.95V，降电压后副反应减少，从而循环寿命提升。目前电芯厂对于钠电电压有 4.2V 的更高标准，从而将氧化物质的容量充分发挥出来，将能量密度从现在的 120-140Wh/kg 提高到 160Wh/kg 以上。电压提升后，随之而来的安全性问题迫切呼唤更加成熟的钠离子电解质固化技术。
3）液态锂电池
对于液态锂电池，锂电高压、富锂锰基正极等体系发生切换，电解液体系也会发生重大的变化。目前，配方公开的仅限于普通的磷酸铁锂体系和镍、钴、锰三元体系。而如果要求更高电压，更高能量密度，电解液开发就变得十分关键。
当下液态锂电池电解液体系的优化方向主要基于以下两类：其一配合新型正极材料，如 5V 尖晶石、富锂锰基、磷酸铁锰锂等。例如，当电芯正极材料由 5V 尖晶石组成时，常规的碳酸酯溶剂无法满足如此高电压，电解液溶剂体系需要随之彻底迭代。其二是下游电芯厂基于实践需求，在现有液态技术路线上微调电芯各项性能，并不断开发新材料或者新工艺，这些举措都会驱动电解液领域出现创新性机会。
04竞争格局与未来发展趋势
从国际范围内的竞争格局来看，全球固态电池研发可分为日韩、欧美以及中国三大板块。日韩起步最早，并选择了硫化物固态电解质路线，目前持有的固态电池专利数量全球领先，其开发模式主要采取车企、电池和材料企业以及高校等科研机构联合研发。而欧美则以氧化物固态电解质路线居多，主要采取大型车企投资入局、自主开发的模式。我国当前市场较为活跃，布局固态电池的企业既包括老牌电池企业，也有上游原材料企业和背靠大学研究所的科研专门机构。我国制造商选择的路线也非常丰富：硫化物路线代表企业有宁德时代、蜂巢能源等；氧化物路线代表企业有赣锋锂业、辉能科技等。同时，由于单一的电解质技术路线很难解决所有的问题，因此很多企业寻求复合路线，例如卫蓝新能源则以氧化物和聚合物为主。
近两年中，我国新型电池主要处于半固态电池陆续量产、全固态电池箭在弦上的态势。目前已经实现半固态电池量产的企业有卫蓝新能源、清陶能源、太蓝新能源、辉能科技、赣锋锂业、国轩高科、亿纬锂能等。其中，卫蓝新能源首颗半固态电池于2022年11月下线，能量密度达 360Wh/kg；太蓝新能源2022年10月投产国内首条半固态电池量产线，预计2023年7月满产，2023-2024年产能规划 10GWh，2024-2026年设计产能预计达 26GWh；清陶能源首条设计产能 1GWh 的生产线于2023年4月投产，首批半固态电池将在郫都工厂下线。全固态电池仍处于研发阶段，预计2030年后实现商业化，此后仍需一定时间才能完全量产落地。
2022年以来，面对广阔的发展前景，PE/VC 资金密集流向固态电池赛道，锂矿、动力电池、车企等产业链各环节的上市公司更是加快了对固态电池的布局，市场整体看好固态电池企业的未来发展。
在今后行业趋势上，未来氧化物和硫化物材料的固态电解质将成为主流，聚合物在复合固态电解质市场中也具备一定空间。固态电解质加速渗透会给电解液和隔膜企业带来难以逆转的利空，同时，目前固态电解质涂覆隔膜是半固态的主流应用方案，但未来随着固态电池铺开，其市场空间将被逐步取代。
在新能源电池需求爆发的浪潮下，钠离子电子因其显著的资源和成本优势，近十年来相关研究迎来井喷式增长。尤其对于锂资源储量较少的中国来说，发展钠电成为解决锂电“卡脖子”问题的重要突破口。当前钠电池产业链还不够成熟，处于产业化初期，距离商业化落地仍需要一定时间。
当前我国钠电池领域研发及产业化进展处于国际领先地位，并陆续有产品发布和产线落地。国内布局钠电的企业既包括以中科海纳为代表的初创公司，也包括以宁德时代、多氟多、比亚迪为代表的锂电池龙头企业。2022年，中科海纳阜阳全球首条 GWh 级钠离子电池生产线产品下线；2023年4月，宁德时代在发布第一代钠离子电池一年半后，宣布其钠离子电池落地奇瑞车型，并计划在2023年形成基本的产业链；截至2023年3月，多氟多已有多款钠离子电池在多家车厂进行车载测试。随着越来越多的传统锂电池厂商加大钠电布局力度，产业链缺口有望迅速补齐。
和锂电池类似，钠电池的电解质包括有机系、水系和固态。由于金属钠比锂更活泼，考虑到安全性问题，当前的解决方案是将钠电池体系往固态化方向设计。
05优秀企业的衡量标准
综合各类电池的技术特点及对市场的判断，我们认为相关企业应在以下方面持续构建优势：
1）对于固态电解质赛道，应重点关注具有以下优势的企业：
多路线优势。鉴于固态电池路线百花齐放，固守一种路线的制造商难以拓展市场边界，因而在固态电解质方面有能力将固液兼容性、固液混合、原位固态化等多种技术归结在一起的企业具有更大的竞争优势，值得投资人关注。
技术及工艺优势。举例来说，对于原位固态化工艺，如果能够增加引发剂和聚合单体的量，配方反应之后基本没有液体剩余，这样的技术路线实现起来会较为快捷。但考虑到电池内部有厚度和深度，加热过程中保证内外温度一致、不同地方的固化程度和速度一致所需的工艺，都可以形成技术壁垒，相应企业需具备足够的工程化能力，找寻到突破前述瓶颈的工艺并实现量产。
行业先发优势。电解质固态化无法一夜之间达到终点，是一个需要时间的过程，半固态将在相当长的时间周期中存在。在此过程中，半固态要解决的核心问题是固态电解质与液态之间的协同。前者是无机的粉体材料，后者是液态材料，相互之间有副反应也有协同作用。传统液态电解质公司或新进入的公司可能并不具备相应的工艺，因此在这方面领先的公司通常是具有行业先发优势的企业或者拥有与固态或半固态企业长期合作经验的转型中企业。
2）对于钠电电解质制造企业，我们认为最应被看重的两方面能力是：
深厚的技术数据积累。在该方面达到成熟状态的企业应当有实力建立起一个反映钠电电解质结构和效果之间构效关系的自有数据库，其内容需要涵盖大量被实验验证的技术数据，例如一个结构式在电解液中能够产生何种效果，应与何种正负极匹配，最终会带来怎样的电池性能。目前，整体来看，钠电市场的科研仍处于人工实验为主的中间阶段，距离标准化运行仍有待时日。我们认为，一套高通量计算、筛选以及实验系统的开发，结合从化合物结构设计一直向后兼容到电芯实验设计流程的建立，才有可能真正打通从研发到应用的每个环节。
超脱于锂电体系的配方创新力。当前技术模式下，钠电电解质可以部分借鉴锂电电解液，六氟磷酸锂和六氟磷酸钠的生产工艺总体来讲比较接近，生产线之间可以根据市场需求实现便捷的切换。但钠电添加剂配方完全不同于传统锂电，这些添加剂对钠离子电池性能起到关键作用，因而生硬地复制锂电体系配方会带来诸多问题。针对前述问题的一个解决思路是，早期介入钠电电芯厂的研发，获得行业内诸多正极和负极的数据，在既有的成熟产品基础上，通过评测，横向纵向对比，创新电解液配方的研发，磨炼出超脱锂电体系的配方能力。
3）如果绕开固态电池或者钠离子电池，在现有液态锂电池赛道加速的关键是需要在电解液的迭代上发力。
我们认为，实现前述目标的核心在于使用多配方去适配下游场景，具体体现在锂盐和添加剂两个方面：
对于核心成分锂盐，目前的液态锂电配方中，六氟磷酸锂和双氟磺酰亚胺锂在处于并存状态。在动力电池和电子产品电池上，二者平分秋色，储能电池方面主要使用六氟磷酸锂。六氟磷酸锂技术进入门槛较高，重研发，且需要稳定磨合，如果对于方程式研究不透彻，最终产品无法满足需求。此外，安全生产问题也必须被高度重视，此前行业内发生过一些六氟磷酸锂生产过程中的安全事故，多数是因为员工违规操作；
对于添加剂，其市场规模虽不及电解质和溶剂，但由于其在整个产业链中也具有重要地位，是电解液企业的兵家必争之地。在添加剂的优化方法上，有诸多方面值得关注：实现良好的化学稳定性能方面，可通过配方调控选择特定添加剂在金属锂表面形成致密保护层，提高电池稳定性；在实现较宽的液程范围和良好的热稳定性方面，可通过调控不同溶剂和盐，形成不同溶剂化锂离子结构，同时开发新型低阻正极成膜添加剂，达到高低温性能兼顾；在实现较高的离子电导率方面，可通过调控不同溶剂和盐，形成不同溶剂化锂离子结构，在低温下具有较高的离子电导率；在实现阻燃性能方面，可开发含氮、磷、氟等元素的阻燃添加剂，在安全性能和电化学性能之间寻求得以平衡的立足点。
如今，新能源汽车逐渐步入增速放缓的成熟期，接下来的增长点将有赖于新技术的渗透，新型电解质是其中非常优质的机会，当前市场还没有完全形成某几家企业独大的局面，也暂时没有形成绝对优势地位的技术路线，地位沉浮与弯道超车都存在可能。这一赛道投资风口的底层逻辑在于，能够在纷繁形势中脱颖而出的企业，首先需要实打实的扎实技术，能够真正解决能量密度、安全性、寿命、兼容性等需求痛点，并与整个产业链上其他产品高度适配，用技术实力支撑其市场化发展。
