【四海读报】20250928：固态电池系列报告-锂金属负极

固态电池系列报告：锂金属负极

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1. 一段话总结

华金证券2025年9月25日发布的固态电池系列报告指出，锂金属负极是固态电池能量密度突破的核心推手，其理论比容量达3860mAh/g（远高于石墨372mAh/g、硅碳3590mAh/g），且适配全固态电解质的高机械强度以抑制锂枝晶；当前面临体积膨胀、锂枝晶、界面反应复杂、制备难度高四大技术瓶颈，改善策略包括三维储锂基体、粉体材料修饰、全固态适配等；制备工艺呈现压延法（成熟量产，20μm锂带）、蒸镀法（高端突破，2-3μm锂带）、液相法/无负极方案（前沿探索） 多路线并行，其中蒸镀法成本有望降至4.30美元/平方米，2030年或成主流；市场方面，预计2030年全球固态电池出货量614.1GWh（全固态占30%），锂金属负极渗透率20%对应市场规模近百亿元，国内企业中赣锋锂业（3μm超薄锂带量产）、英联股份（蒸镀工艺突破）、天铁科技（与欣界能源合作） 领跑，同时需警惕技术研发、供应链及路线迭代风险。

2. 思维导图（mindmap脑图）

3. 详细总结

一、报告基础信息

二、锂金属负极：固态电池的核心突破点

1. 性能优势：碾压传统负极

锂金属负极在比容量、能量密度、快充能力上具备绝对优势，是下一代电池负极的核心选择：

2. 适配性：全固态电池的“最佳搭档”

• 抑制锂枝晶：全固态电解质（如硫化物、氧化物）机械强度高（>100MPa），可物理阻挡锂枝晶刺穿，解决液态电池短路风险；
• 简化结构：锂金属可直接沉积于集流体，支持“无负极方案”，减少石墨负极的材料成本与工艺步骤，体积能量密度提升60% 以上；
• 场景适配：适配高镍三元、硫基正极，推动电池能量密度突破500Wh/kg，满足电动汽车超千公里续航、低空飞行器等场景需求。

三、技术瓶颈与改善策略

1. 四大核心技术瓶颈

1. 体积膨胀：锂金属充放电过程中体积变化超100%，导致电极破裂、活性物质脱落；
2. 锂枝晶生长：锂离子不均匀沉积形成枝晶，刺穿SEI膜引发短路，循环寿命缩短至200次以内；
3. 界面反应复杂：锂金属与电解质反应生成Li₂CO₃、ROCO₂Li等副产物，消耗活性物质，产生气体（如H₂、CO₂）；
4. 制备工艺难度高：超薄锂带（<10μm）加工易粘连、氧化，传统压延法难以突破20μm下限。

2. 主流改善策略

四、制备工艺：多路线并行，技术分层

1. 工艺对比：成熟度与经济性分化

2. 重点工艺：蒸镀法成未来主流

• 技术优势：可制备2-3μm超薄锂带，纯度达99.95% 以上，原子级界面平整，锂枝晶风险降低80%；
• 成本优化：通过规模化（100万㎡/月）、能源成本下降（电价0.05美元/kWh），17μm锂带成本可降至4.30美元/平方米；
• 产业化进展：英联股份已完成硫化物电池专用铜箔蒸镀测试，送样头部车企，预计2026年小批量量产。

五、市场格局与产业链动态

1. 市场规模：2030年近百亿元

• 核心假设：根据《中国固态电池行业发展白皮书（2025年）》，2030年全球固态电池出货614.1GWh（全固态占30%），锂金属负极渗透率20%，锂带厚度40μm（双面20μm），锂价120万元/吨；
• 测算结果：2030年锂金属负极需求7700吨，对应市场规模92.4亿元，2024-2030年CAGR超300%；
• 锂需求增量：全固态电池锂需求1455吨LCE/GWh（传统电池2.4倍），2030年固态电池带动锂需求55.2万吨LCE，占全球需求5%。

2. 产业链参与方：三类企业主导

3. 龙头企业布局

• 赣锋锂业：

  • 技术：400Wh/kg电池循环800次，500Wh/kg样品小批量量产；
  • 产能：4GWh混合固态产线投产，金属锂产能2150吨/年；
  • 客户：与国际车企联合开发，低空飞行器固态电池样品交付。

• 宁德时代：

  • 技术：自生成负极，电解液盐消耗减少71%，循环寿命483次；
  • 目标：能量密度突破500Wh/kg，适配电动航空。

• 欣界能源：

  • 产品：480Wh/kg锂金属固态电池量产；
  • 产能：2023年200MWh产线，2024年启动5GWh建设。

六、投资建议与风险提示

1. 投资建议

• 核心标的：

  • 英联股份：蒸镀工艺领先，硫化物专用铜箔送样，2026年量产；
  • 天铁科技：与欣界能源合作，负责2GWh产线金属锂供应（年采购≥100吨）。

• 相关标的：

  • 锂金属负极：赣锋锂业、璞泰来、道氏技术；
  • 固态电池：亿纬锂能（400Wh/kg电池2028年量产）、国轩高科（350Wh/kg中试线贯通）；
  • 辅材：德福科技（多孔铜箔）、中一科技（锂-铜复合负极）。

2. 风险提示

• 技术研发风险：锂枝晶抑制、超薄锂带工艺突破不及预期，影响产业化进度；
• 供应链风险：锂矿资源供应紧张（2030年需求增量55万吨LCE），保护涂层、专用铜箔供应链不稳定；
• 路线迭代风险：硅基负极能量密度提升（如450Wh/kg硅碳负极），对锂金属负极形成竞争；
• 政策监管风险：缺乏锂金属电池安全测试标准，延缓产品认证与市场推广。

4. 关键问题

问题1：锂金属负极相比石墨、硅碳负极，核心优势是什么？为何仅能在全固态电池中大规模应用，而非液态电池？

答案：锂金属负极的核心优势及适配限制如下：

1. 核心优势：

   • 能量密度碾压：理论比容量3860mAh/g（石墨372mAh/g、硅碳3590mAh/g），搭配高镍正极可实现400-500Wh/kg能量密度（传统电池≤260Wh/kg），满足电动汽车超千公里续航、低空飞行器等场景；
   • 快充能力突出：“沉积-溶解”机制支持锂离子快速迁移，15分钟可充至80%+（石墨负极需30分钟+），无快充瓶颈；
   • 结构简化：可实现“无负极方案”，省去石墨负极的材料与工艺成本，体积能量密度提升60%以上。

2. 仅适配全固态电池的原因：

   • 液态电池瓶颈：液态电解质与锂金属反应活性高，易生成不稳定SEI膜，导致锂枝晶生长（刺穿隔膜引发短路）、循环寿命短（<200次），安全隐患大；
   • 全固态电池适配性：全固态电解质（硫化物/氧化物）机械强度高（>100MPa），可物理阻挡锂枝晶；且化学稳定性好，与锂金属界面反应少，循环寿命突破700次，解决液态电池的核心痛点。

问题2：当前锂金属负极的制备工艺中，压延法与蒸镀法各有何优劣？蒸镀法要实现规模化量产，需突破哪些关键瓶颈？

答案：压延法与蒸镀法的对比及蒸镀法的量产瓶颈如下：

1. 工艺优劣对比：

   维度	压延法	蒸镀法
   技术成熟度	★★★★★（已量产）	★★★☆☆（中试阶段）
   锂带厚度	20-50μm（难突破10μm）	2-3μm（超薄，能量密度优）
   成本	2.08美元/平方米（低）	4.30美元/平方米（中，规模化后下降）
   产品性能	纯度99.9%，易粘连/氧化	纯度99.95%，界面平整，枝晶少
   量产时间	已量产（天铁科技、赣锋）	2026-2027年（英联股份）

2. 蒸镀法规模化瓶颈：

   • 设备成本：电子束蒸镀设备单台造价超千万元，需进口（如日本爱发科），国产化率低（<30%），规模化需降低设备投资；
   • 能源消耗：蒸镀过程需高温（锂熔点180℃）、高真空，单位能耗是压延法的3倍，需通过电价优化（如布局低成本能源区域）、工艺改进降低能耗；
   • 良率控制：2-3μm锂带易破裂、氧化，当前良率约70%，需提升至90%以上才能盈利，依赖涂层技术（如Al₂O₃保护层）与环境控制（无水无氧车间）。

问题3：2030年锂金属负极市场规模近百亿元，哪些企业最有可能抢占先机？需具备哪些核心竞争力？

答案：最具先机的企业类型及核心竞争力如下：

1. 最可能抢占先机的企业类型：

   • 箔材厂商（英联股份）：掌握蒸镀核心工艺，可制备2-3μm超薄锂带，且配套硫化物电池专用铜箔（防腐蚀），与头部车企、电池厂联合开发，2026年可量产；
   • 锂企（赣锋锂业）：具备“锂资源-金属锂-固态电池”垂直整合能力，3μm锂带量产，4GWh产线投产，客户覆盖车企与低空飞行器厂商；
   • 固态电池厂商（欣界能源）：480Wh/kg锂金属电池已量产，2GWh产线落地，绑定天铁科技保障金属锂供应，率先实现商业化应用。

2. 核心竞争力：

   • 技术壁垒：蒸镀法需掌握纳米级沉积控制（英联）、全固态电解质适配（赣锋）；压延法需突破10μm以下锂带加工（天铁）；
   • 供应链控制：锂企需锁定锂资源（赣锋金属锂产能2150吨/年），箔材厂商需配套专用铜箔（德福科技多孔铜箔）；
   • 客户绑定：与头部电池厂（宁德、亿纬）、车企（国际车企、国内新势力）联合开发，提前获取订单（如英联与韩国U&S ENERGY签订三年协议）；
   • 产能布局：需提前规划规模化产能（如英联30.89亿元建100条复合铜箔线），降低单位成本，应对2030年614GWh固态电池需求。