锂电池行业专题报告：麒麟电池，结构改变带来材料机遇

（报告出品方/作者：国金证券，陈屹、杨翼荥、王明辉）

一、麒麟电池：效能大幅提升，结构改变带来材料机遇

6 月 23 日下午，宁德时代携第三代 CTP 技术-麒麟电池亮相，宣布 2023 年这款麒麟电池就将量产问世。

体积利用率高达 72%。根据发布会公告，宁德时代的麒麟电池是当今全球最高集成度的动力电池，其体积利用率高达 72%，相比宁德时代在 2019 年收首发的第一代 CTP 技术 55%的体积利用率显然提升不少，这也将直接使得新能源汽的续航里程突破 1000 公里不再是问题。

换热面积扩大四倍，解决热失控问题。相比起传统动力电池将水冷功能件放臵在底部的策略，宁德时代的麒麟电池选择水冷板放臵在电芯较大面积的侧面，这样就臵于两个电芯之间，导致整体电池的换热面积扩大了四倍，电芯控温时间也缩短至以前的一半，在极端情况下还可以急速降温，有效阻隔电芯间的异常热量传导。能在一定程度上解决动力电池热扩散的问题 (解决热扩散问题本身这也是宁德时代走在前沿的一个点，2020 年 9 月，宁德时代就已经在 811 电池产品上实现了无热扩散技术），同时这样能够预防电池包里面单个电芯由于高温引发的连锁爆炸反应。宁德时代的麒麟电池是由平台电芯模块、可拓展电气模块、柔性可拓展热管理模块和柔性可拓展箱体模块组成。

能量密度高达 255Wh/kg，比 4680 电池更高。麒麟电池创新的选择让多个功能模块共用底部空间，将结构防护，高压连接，热失控排气功能模块智能排布，进一步增加了 6%的能量空间，而且由于麒麟电池本质上是工艺的改善，并没有在动力电池活性物质上进行改变，所以无论是磷酸铁锂材料还是三元材料都可以兼容进去，宁德时代的第三代 CTP 技术在应用于三元电池的情况下，其电池系统重量能量密度可以提升至 255Wh/kg，体积能量密度则突破 450Wh/L；而宁德时代的第三代 CTP 技术在应用于磷酸铁锂电池的情况，其电池系统重量能量密度可以提升至 160Wh/kg，体积能量密度则突破 290Wh/L。

电池结构改变带来材料机遇。麒麟电池通过设立弹性夹层、改变水冷板结构、智能利用底层空间等方式实现了电池更安全、更长续航里程、实现快充等性能提升，电池结构的改变也伴随着相关材料的升级与增长，我们认为，麒麟电池在隔热、轻量化、绝缘等方向上的升级将会给水冷板、导热球铝、LIFSI、聚氨酯、气凝胶、绝缘材料等带来投资机遇。

二、水冷板：热管理系统核心部件，国内市场高速增长

2.1 麒麟电池改进水冷板设计，水冷板臵于每两个电芯之间

电池最佳工作温度在 10-30℃范围，电池热管理对于提升电池安全性和效率至关重要。电池是新能源汽车动力输出核心，电子、控制系统和空调系统均需要电池供电。而锂电池最佳工作温度在 10-30℃范围内，工作温度过热可能导致电池热失控，环境过冷导致放电效率降低影响续航里程。电池热管理包括加热和冷却两个部分，目前电池冷却技术按照冷却媒介的不同主要分为空气冷却、液体冷却和相变冷却三类，其中液体冷却比容大、换热系数高，是目前新能源汽车最主流的冷却技术。

液冷板是电池热管理系统水冷功能模块的核心部件。液冷板是一种通过液冷流动实现热交换的模组装臵。液冷板的制造需要在金属板材内加工形成流道，并设臵进出口，冷却液体从换热模组的入口进入、出口流出以此循环，电子器件安装于金属板材的表面（中间涂装导热介质），将电子器件发出的热量带走，从而保证器件的正常工作。

宁德时代麒麟电池改进水冷板设计，横纵梁、水冷板与隔热垫合三为一。麒麟电池采用的宁德时代 CTP3.0 技术对水冷板设计进行了改进，将原本处于电芯底部的水冷板，放到了每两个电芯之间，将横纵梁、水冷板与隔热垫合三为一，集成为多功能弹性夹层，水冷板兼备隔热、缓冲和水冷的作用，这样的改进主要有三点优势：（1）降低了电芯热传导，单个电芯出问题时其热扩散降低，提升了安全性；（2）改善了快充的效率，快充的缺点就是发热太快，电芯之间的水冷板加强了冷却效率，使得电池能用 4C 充电，提升快充效率；（3）水冷板具有缓冲作用，可一定程度提高电池寿命。每两个电芯之间使用水冷板使得单车使用量增加，单车使用水冷板的价值量有望提升。

2.2 国内液冷板市场高速增长

国内液冷板市场近五年增速超 35%，预计 2025 年市场规模近 70 亿元。由于新能源电池液冷板制作工艺不同、面积不同，单板价格差异较大。根据华经产业研究院预测，假设国内乘用车液冷板单车价值量为 800 元，国内商用车液冷板单车价值量为 1200 元，我国新能源汽车用液冷板市场规模从 2017 年的 8.59 亿元增长至 2021 年的 28.92 亿元，近 5 年 CAGR 为 35.44%。受益于电动化渗透率提升，新能源汽车液冷板市场规模将会逐年增加，根据智研咨询预测，2025 年我国液冷板市场接近 70 亿元。

我国液冷板行业市场格局尚未定型，综合性热管理零部件及系统厂商具备先发优势。液冷板生产厂家一类是银轮股份、三花智控等本身是综合性热管理零部件及系统厂商，第二是纳百川、科创新源子公司瑞泰克等专门从事冷却板生产和销售的企业。2020 年液冷板市占率前三名包括三花智控、纳百川和银轮股份，其中银轮股份市占率超过 30%，纳百川市占率超过 25%，科创新源（瑞泰克）2020 年市占率 1.5%，其他厂商 2020 年合计市占率约为 9%。凭借热管理技术的相通性，飞荣达等也切入冷却板行业。

三、导热球铝：跟随新能源车放量与电池结构升级，需求高速增长

3.1 导热界面材料：新能源车引领 10 年 10 倍需求增长

导热界面材料，Thermal Interface Materials（TIM），是用于涂敷在散热电子元件与发热电子元件之间，降低两个电子元件之间接触热阻所使用的材料总称。高导热性的界面材料可以填满电子元件和散热器之间的间隙，从而排出间隙间的空气，提高电子元件的散热效果。

导热界面材料由基体和填料组成。基体主要有硅油、矿物油、硅橡胶、环氧树脂、聚丙烯酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯、聚氯乙烯、聚酰亚胺等；导热填料分两类，一类为导热绝缘填料，主要为金属氧化物、碳化物及氮化物，如 Al2O3、MgO、ZnO、SiO2、BeO、BN、AIN、Si3N4、SiC 和金刚石粉等；另一类为导热导电性填料，以金属粉末为主，如 Ag、Ni、石墨等。导热填料添加到基体中，可提高体系的热导率，并对基体补强，提高其力学性能。

导热填料以球形氧化铝为主。导热界面材料常用的填料有氧化铝、氮化硼、碳化硅、氧化镁、氢氧化铝或其混合物，其中氧化铝由于其热导率高、价格便宜、阻燃性能优异等特性，是应用最多的导热填料，而球形填料有助于发挥导热填料的热传导功能，目前市场上较多采用球形氧化铝方案。

当前需求以消费电子和通信设备为主，电子集成度提升、高频信号引入等因素推动行业增长。导热界面材料包括导热垫片、导热硅脂、导热灌封胶及导热凝胶等，终端应用于手机、电脑等电子通讯设备的 CPU 散热、电脑显卡、服务器等电子通讯设备的芯片散热、新能源汽车电池组件散热、电源充电器元器件散热、LED 灯散热以及户外电源、变压器等场所散热、防水、防潮产品的灌封等领域。根据头豹研究院的数据，2018 年导热界面材料的需求结构中，消费电子占 48%，通信设备 38%，新能源汽车 6.2%。根据 Preference Research，2021 全球热界面材料市场价值 23 亿美元，预计到 2030 年将达到 52.5 亿美元，预计 2022 年至 2030 年期间复合年增长率将达到 9.6%。未来随着 5G 通信设备、高端智能手机等电子产品功能日趋复杂且小型化发展趋势，导热界面材料在电子领域仍将保持较快增长。

导热界面材料应用于新能源汽车：未来需求 10 年 10 倍。为了保证新能源电动汽车的核心部件“三电”（电池组、电控系统、驱动电机）及充电桩的安全性能与使用寿命，需要用到导热界面材料让热量及时有效的释放出去。未来 10 年，电动汽车市场不仅将继续快速增长，并且在这一趋势下，电动汽车电池将朝着更高的能量密度、更快的充电速度、更长的使用寿命和更高的防火安全方向发展，所有这些都需要有效的热管理和热界面材料来提供支持。IDTechEx 预计，未来 10 年新能源车将逐渐主导导热界面材料的需求，与 2020 年相比，2031 年电动汽车行业所需的导热界面材料量将增加 10 倍。（报告来源：未来智库）

3.2 导热球铝：新能源车放量与电池结构升级带动需求高速增长

球形氧化铝的主要需求是导热界面材料，21 年全球市场规模 1.7 亿美元。球形氧化铝粉是以火焰法将不规则角形颗粒的特定原料加工成球形而获得的一种比表面积小、流动性好的氧化铝粉体材料。根据联瑞新材的公告，球形氧化铝的应用行业主要有：1）导热界面材料如导热垫片、导热硅脂、导热灌封胶及导热凝胶等；2）导热工程塑料；3）导热铝基覆铜板；4）高导热塑封料；5）特种陶瓷领域等。根据 QYResearch 的数据，2018 年球形氧化铝在热界面材料领域应用需求较高，占比达到 48%，其次是导热工程材料，占比为 17%，高导热铝基覆铜板占比约为 14%。根据 QYResearch 的统计及预测，2021 年全球球形氧化铝市场销售额达到了 1.7 亿美元，预计 2028 年将达到 4.2 亿美元，年复合增长率为 13.9%。

新能源车行业高β驱动导热用球形氧化铝高速增长，麒麟电池或至球形氧化铝单车用量提升。球形氧化铝作为导热用界面材料的填充料，应用于动力电池 BMS 电池管理系统及同类型新能源储能电池模块防护、导热及粘接固定等多元场景需求；应用于动力电池 PACK 的热管理系统中，起到导热、灌封、防潮、防腐蚀、防震的作用；应用于电驱及车载充电机系统逆变器，满足功率器件对导热和防护的需求。当下麒麟电池全球首创的电芯大面冷却技术，基于电芯的变化，将水冷功能臵于电芯之间，使换热面积扩大四倍，或导致球形氧化铝单车用量提升。根据壹石通的公告，预估每辆新能源汽车大约需要使用不低于 10 公斤的导热用球形氧化铝，单价假设为 3 万元/吨，我们保守估计每辆纯电动车使用 5 公斤，2025 年提升至 7 公斤/辆，同时假设导热用球形氧化铝在纯电动汽车中的渗透率是 40%，则 2021 年，全球销售 460 万台纯电动汽车对应的球形氧化铝需求为 0.9 万吨，假设 2025 年纯电动车销量增长至 1486 万台，则对应全球球形氧化铝需求量为 4.2 万吨，4 年复合增速 45%。

全球生产企业较少，国内产能快速释放。2019 年全球球形氧化铝产量约为 2 万吨左右，其中中国球形氧化铝产量为 1.2 万吨，在导热用球形氧化铝方面，国内厂商已成为主要供应方，占全球供应比例达到 52.5%。目前全球球形氧化铝主要生产企业有新日铁住金株式会社、Denka、Showa Denko、 CMP、联瑞新材、雅安百图、壹石通等，其中联瑞新材当前名义产能 1.6 万吨（含 21 年四季度试生产产能），雅安百图 2019 年产能在 3000 吨，壹石通当前产能相对较低，但在建 9800 吨导热用球形氧化铝产能。

四、LIFSI：新型锂盐性能优异，技术不断成熟助力其推广使用

电解液锂盐是电解液的重要组成部分，锂盐应该具有以下性能：易溶于有机溶剂，具有良好的电导率，具有良好的热稳定性能，电化学稳定性好，对隔膜、集流体等电池配件无腐蚀性，分解产物具有环境友好性。

目前 LiPF6 的热稳定性差，加热至 60℃就能分解出 PF5 和 LiF。并且 LiPF6 与生成的 PF5 可以与电解液中的微量水反应，反应生成 HF 等腐蚀性气体，会影响电池的循环寿命和安全性。LiFSI 因其良好结构稳定性和电化学性能等优异性能，在学术界和产业界都受到了研究者的广泛青睐，也成为了产业化进程最快的新型锂盐。和 LiPF6 相比，LiFSI具有以下优点： 1）LiFSI 的阴离子半径更大，更易于解离出锂离子，进而提高锂离子电池的电导率；2）当温度大于 200℃时，LiFSI 仍然能够稳定存在，不发生分解，热稳定性好，进而提高锂离子电池的安全性能；3）以 LiFSI 为电解质的电解液，与正负极材料之间保持着良好的相容性，可以显著提高锂离子电池的高低温性能。

目前 LiFSI 作为电解液锂盐有两种应用方式：1）可用作常用电解质 LiPF6 的添加剂；2）作为新型电解质替代 LiPF6。目前 LiFSI 主要作为 LiPF6 的添加剂使用，其添加量从 1%-18%不等，有国外龙头电解液厂商已经研发了 LiFSI 添加量为 18%的电解液，其性能可以满足高端领域需求。有研究团队将 LiFSI 溶解在碳酸乙烯酯/碳酸二甲酯/碳酸二乙酯（质量比为 1∶1∶ 1）有机溶剂中，对比研究了该电解液体系在锂离子电池中的电化学性能。实验结果显示：与普通电解液相比，添加有 LiFSI 的电解液具有更高的电导率和锂离子迁移数，最优浓度为 1.2mol/L(质量占比约 13%)，此时电解液具有最大的电导率。同时，将该电解液应用于锂离子电池中，电池也显示出更好的循环性能和倍率性能。

总体来说，LiFSI 的电导率和热稳定性较六氟磷酸锂性能更优，价格方面，六氟磷酸锂的价格呈现周期性变化，LiFSI 的价格随着技术工艺的成熟而逐步下降，目前 LiFSI 以添加剂的形式为主，随着价格的逐步下降，我们认为 LiFSI 在高镍趋势下有望加速其应用。预计 2025 年 LIFSI 需求有望达到 6.6-9.3 万吨。

目前主流工艺均用到氯化亚砜，当前工艺 1 吨的 LiFSI 消耗 2.5 吨氯化亚砜，预计随着 LiFSI 工艺不断成熟，我们认为 25 年左右 1 吨 LiFSI 对于氯化亚砜的单耗有望降低到 1.7 左右（根据环评报告，理论值为 1.5），我们预计 25 年 LiFSI对于氯化亚砜潜需求将达到 11.2-15.8 万吨。

双氟磺酰亚胺锂的合成工艺一般需要三个步骤：（１）双（氯磺酰）亚胺的合成：将氨基磺酸、氯化亚砜及氯磺酸臵于 “一锅”中反应并减压蒸馏得到(ClSO2)NH（双氯磺酰亚胺），该反应生成的 HCl 及 SO2 能很容易地从反应体系中除去，促进了反应进行，因而产率很高，达 99%；使用的原料毒性都较小，腐蚀性远低于氟磺酸，故为工业化生产的主流方法。（２）双（氯磺酰）亚胺和氟化物在催化剂存在的条件下反应获得双氟磺酰亚胺，一般选用料成本较低、且市场容量大的氟化氢作为氟化物，借助 SbCl5、TiCl4、SnCl4 等催化剂提升转化率，生成的产物为双氟磺酰亚胺和氯化氢，氯化氢易于挥发，进而提高双氟磺酰亚胺产品的纯度。（３）双（氟磺酰）亚胺和含锂化合物如氢氧化锂，碳酸锂，氟化锂进一步反应制备双氟磺酰亚胺锂。

五、聚氨酯：动力电池催生高端聚氨酯新材料需求增长

聚氨酯材料除应用于汽车内饰以外，还大量应用在动力电池的制造上。由于锂离子电池的电化学储能装臵的需求不断增长，对于大型应用例如电网存储和电动交通工具，经常使用串并联阵列连接的多个单元，让单体构成电池组，而安全性是大型单元持续存在的问题。如充放电过程中单元容易因热胀冷缩而发生形变、车辆运行过程中因震动而造成的相互挤压、单个电池的热失控状态引起相邻电池单元的热失控传播问题等。因此在动力电池组件中使用的电池衬垫或缓冲垫必须具备足够硬度以保持部件固定到位；必须拥有高压缩复原特性以应对电池使用过程中的尺寸变化；必须拥有较好的保温性能来减少组件之间的热传导率，而聚氨酯材料独特的软硬段嵌段共聚的结构赋予了其优秀机械性能，以及非常宽的硬度可调节范围，其在锂离子电池恶劣的使用工况下依旧可以提供可靠的缓冲、隔振和密封性能，是其他弹性体产品无法替代的。

亲质、坚硬、导热高效的聚氨酯电池外壳正在逐渐受到青睐。通过拉挤成型工艺将聚氨酯材料和玻璃纤维或碳纤维可制成模块化、轻质且坚固的电池外壳，为电池组减重同时可封装更多锂离子电池单元；在电池外壳中，填入基于聚氨酯改性的粘合剂和缝隙填料，改善从电芯到冷却设备的热传递，提高电池的导热性，带来更高性能表现。

动力电池 CTP、4680 等工艺创新提升能量密度，同时对安全性要求提升。为了实现更长距离的续航，提升电池能量密度是动力电池厂家的核心追求之一。除了电池材料上的创新，CTP（Cell to Pack）、CTC（Cell to Chassis）、4680 电池等工艺创新，也将提升电池包的能量密度。但提升电池能量密度的同时，也提升了电池散热、隔热、缓冲、保温等性能的需求，催生了新材料在动力电池领域的应用。从宁德时代发布的专利看，动力电池对聚氨酯等新材料的应用需求提升。

海外材料公司研发电池用新型材料，满足电池安全性需求。

以科思创为例，科思创是拜耳集团的子公司，其高科技聚合物材料广泛应用于诸多关键行业,包括汽车、电气和电子、建筑、运动休闲等，2020 年实现收入 859 亿元。为解决碰撞时电池安全问题，采用成熟的拉挤成型工艺，采用耐用聚氨酯树脂和玻璃纤维或碳纤维制作复合框架零件，生产出坚固轻质的电池外壳。

以罗杰斯为例，公司 PORON 聚氨酯和 BISCO 硅胶防振衬垫是得到汽车行业认可的解决方案，可以用作减振和隔振材料，能够可靠地提供持续的反弹力，让单体电池成组，同时起到防尘防水密封作用，避免因振动造成损坏。

麒麟电池对于新材料使用存在巨大边际带动。聚氨酯材料的使用已经在传统锂电池中得到验证，随着电池容量的进一步扩大，厂商对于轻量化、缓冲性、导热性新材料的需求将更加旺盛。

公司研发并量产多款动力电池新材料产品。公司 2021 年中报披露，公司成功研制出多种新能源车配套聚氨酯产品，部分产品已通过客户要求的产品测试，开始小批量生产并试销。

六、气凝胶：隔热材料领域佼佼者，有望迎来大规模应用

6.1 隔热性能优势显著，生产技术壁垒较高

气凝胶是一种用气体代替凝胶中的液体而本质上不改变凝胶本身的网络结构或体积的特殊凝胶，国际纯化学与应用化学联合会将气凝胶定义为“以气体为分散相的微孔固体凝胶”。因其半透明的色彩和超轻重量，有时也被称为“固态烟”或“冻住的烟”。

内部结构独树一臶，隔热性能尤为突出。气凝胶材料具有低密度、比表面积大、孔隙率高等特点，具有耐高温、低热导率、低折射率和低声传播速度等特殊的热、光、电、声性能。依赖于自身独特的结构，气凝胶通过无对流效应、无穷遮挡效应以及无穷长疏松路径效应具备了远超硅酸铝、玻璃棉等传统隔热材料的隔热性能。因而在具有极高的隔热要求，且需要轻度较低，稳定性较好的应用领域，气凝胶是极佳的应用材料。

材料体系多样化发展，下游应用领域广泛。按照材料的不同可将气凝胶分为无机气凝胶、有机气凝胶、混合气凝胶以及复合气凝胶四大类，根据各自具备的性质对应下游航空航天、工业设备、石油化工、建筑管道等应用领域。其中无机气凝胶的 SiO2 气凝胶作为一种防火隔热性能非常优秀的轻质纳米多孔非晶固体材料，是目前生产技术及商业化应用最为成熟的产品具有低密度、低导热系数、高孔隙率、高比表面积等优异性能，在管道保温隔热、隔热涂料、节能玻璃、管道防腐、吸附催化等领域具有广泛的应用前景。

溶液-凝胶法成为主流工艺，干燥环节是关键步骤。SiO2 气凝胶通常采用溶胶-凝胶法进行制备：首先选择合适的硅源和催化剂，并让硅源在催化剂条件下进行水解，水解产物中携带的羟基基团进行缩合反应后形成溶胶，溶胶粒子以链状结构组成粒子团簇，在容器中形成湿凝胶，最后通过干燥工艺将湿凝胶中的水分或溶剂除去，即可制得干凝胶，也称为气凝胶。制备过程中硅源的类型、催化剂的性能、以及干燥工艺的选择，都是影响 SiO2 气凝胶结构与性能的重要因素。

硅源的选择：硅源大体上可以分为单一硅源、复合硅源、功能性硅源三大类，而单一硅源按照材料种类又可细分为无机硅源（硅酸钠）与有机硅源（正硅酸甲酯（TMOS）、正硅酸乙酯（TEOS））两种。以正硅酸甲酯和正硅酸乙酯为代表的有机硅源虽然成本相对较高，但是具有工艺适应性好、产品纯度高等显著优势，是目前规模化生产二氧化硅凝胶的主流选择。

干燥工艺：干燥工艺是 SiO2 气凝胶由湿凝胶向干凝胶转变的关键步骤。干燥工艺要求在除去湿凝胶网络结构中填充的溶剂的同时，还要保持其网络结构不被破坏，目前工业化生产中主要使用超临界干燥技术和常压干燥技术。一般情况下，超临界干燥技术往往选择有机硅作为硅源进行生产，设备投资与能耗均高于常压干燥技术，但是产品纯度相对较高。（报告来源：未来智库）

6.2 传统隔热中高端领域持续渗透，新能源、建筑领域有望形成快速增长点

气凝胶的优势较为突出，在高端工程、设备建造等领域应用相对广泛。一方面由于气凝胶的产品性能优越且密度较低，因而在多数保温、隔热应用领域里具有非常好的适用性，但气凝胶的生产壁垒相对较高，设备投入相对较大，工艺把握相对较难，因而气凝胶的成本也相对较高，因而主要在工程、设备对于应用场景、使用效果等领域要求较高的场景中使用。

现阶段气凝胶的下游需求主要来自于油气领域。2021 年，石油化工占气凝胶总需求的 56%，其次是工业隔热占比约为 18%，其余需求领域占比均在 10%以下。气凝胶在石油化工领域主要应用于能源基础设施包含蒸馏塔、反应管道、储罐、泵、阀门、天然气和 LNG 液化气管道等设备的保温材料。在高温蒸汽、导热油以及工艺流体介质管线是热电、炼油、化工等领域至关重要的设备当中，气凝胶管道能够很好的减少管道暴露所带来的热损失。根据 IDTechEX 预测，到 2026 年国内石油化工领域的需求占比仍高达 47%，未来石油化工领域仍将是气凝胶下游需求的主战场。

2020 年，国内气凝胶制品和气凝胶材料产量分别为 12.6 万吨与 10 万立方米，分别同比增长 28.05%与 27.88%，均呈现出快速上升趋势。伴随气凝胶的供给企业不断增多，工艺不断完善，气凝胶有望在现有保温隔热需求领域实现中高端应用的渗透，从而持续带动市场需求的提升和扩展。

建筑领域是拉动气凝胶需求的主力军。在碳中和的战略背景下，建筑保温隔热材料也向节能、环保以及高效等方向发展。当前市场上主要的建筑保温材料，如岩棉、玻棉等无机纤维棉，存在纤维结构疏松，易吸湿等问题，使用周期中保温性能会大幅下降。聚苯乙烯和聚氨酯泡沫等有机保温材料存在火灾风险。二氧化硅气凝胶轻质、导热低、寿命长且疏水性能好，可以满足建筑领域的保温隔热防火隔音防水等需求。目前，二氧化硅气凝胶的应用形式主要有气凝胶节能玻璃、气凝胶涂料、气凝胶毡垫、气凝胶板材、气凝胶混凝土和砂浆以及屋顶太阳能集热器等。2015-2020 年，国内建筑外墙保温材料市场规模接近 1500 亿元，年均复合增长率约为 16.4%，二氧化硅气凝胶的替代空间巨大。

气凝胶作为锂电池隔热材料极具潜力。现阶段新能源汽车主要以锂离子电池作为动力电池，而极端条件下热失控是新能源汽车动力电池的重大安全隐患。气凝胶隔热材料在新能源汽车领域主要应用于动力电池电芯之间的隔热阻燃以及模组与壳体之间的隔热防震、电池箱的外部防寒层和高温隔热层，从而更好地实现电池的温控和电控管理，大幅降低电池发生热失控的可能性。与传统的 IXPE 隔热泡棉相比，气凝胶隔热片在使用温度、导热系数、阻燃性能等多方面核心指标具有明显优势。

电池安全性要求带动隔热材料需求持续提升。伴随电池包对于安全性能要求的进一步提升，气凝胶作为更高端的隔热材料可以大幅提升电池的安全性能，因而在电池应用中不断渗透，其中三元电池的压实密度更高，续航里程更长，对于安全性的要求使得相关电池包生产过程中逐步选用更为高端的气凝胶材料，渗透率不断提升，而其他的磷酸铁锂动力电池以及储能电池领域也有逐步切入，一方面伴随下游的电池出货量的不断提升，作为 PACK 隔热材料的气凝胶应用将随之提升，同时伴随成本的管控和渗透率的提升，气凝胶的应用占比也将进一步增大，预期新能源电池也将带动气凝胶需求的快速放量，成为除建筑领域的另一大潜力市场。

七、绝缘材料：需求稳步向上，新领域带来新增长

绝缘材料是在允许电压下不导电的材料，我国市场规模稳步增长。绝缘材料的电阻率很高，通常在 1010-1022Ω〃m 的范围内，在直流电压作用下不导电或导电极微。绝缘材料的主要作用是在电气设备中将不同电位的带电导体隔离开来，使电流能按一定的路径流通，还可起机械支撑和固定，以及灭弧、散热、储能、防潮、防霉或改善电场的电位分布和保护导体的作用。我国是最大的电气绝缘材料市场，2020 年的市场份额高达占 45%，近几年我国绝缘材料行业的市场规模持续扩大，2018 年市场规模约为 250 亿元，目前已经逐渐增长至接近 300 亿元的规模。

下游应用领域持续拓宽，新领域有望快速增长。从产业链角度来看，上游原料包含有机化合物、高分子聚合物和无机物等，目前下游除了可以用于与传统的电力工业外，还可以用于汽车、新能源和 5G 通信板块，在碳中和背景下需求有望持续提升。

绝缘材料对保障电工产品长期安全可靠运行具备重要意义。为了防止绝缘材料的绝缘性能损坏造成事故，必须使绝缘材料符合国家标准规定的性能指标。而绝缘材料的性能指标很多，各种绝缘材料的特性也各有不同，常用绝缘材料的主要性能指标有击穿强度、耐热性、绝缘电阻和机械强度等。

气体绝缘材料：能使有电位差的电极间保持绝缘的气体。气体绝缘遭破坏后有自恢复能力，具备电容率稳定、介质损耗极小、不燃、不爆、化学稳定性好、不老化、价格便宜等优点。常用的气体绝缘材料可分为天然气体绝缘材料（空气、氮、氢、二氧化碳等）、合成气体绝缘材料（六氟化硫等）。

液体绝缘材料：又称绝缘油，是用以隔绝不同电位导电体的液体。主要取代气体，填充固体材料内部或极间的空隙，以提高其介电性能，并改进设备的散热能力。液体绝缘材料可分为矿物绝缘油、合成绝缘油和植物油 3 大类。工程上使用最多的仍然是矿物油。

固体绝缘材料：除了需要隔绝不同电位导电体一般还要求兼具支撑作用。固体绝缘材料种类较多，主要可以分成无机（耐高温、不易老化但加工性能较差）和有机（柔韧、易加工但易老化且耐热性能较差）两大类。无机固体绝缘材料主要包括云母、电瓷、玻璃和其他制品等；有机固体绝缘材料分为天然有机材料（天然橡胶、丝绸、棉布等）和合成有机材料（绝缘漆、塑料和合成橡胶等）。

麒麟电池散热面积增大，对应电接触面积增大后对绝缘漆的需求或将同步提升。绝缘漆由基料、阻燃剂、固化剂、颜填料、和溶剂等组成。按照使用范围绝缘漆可以分为浸渍漆、漆包线漆、覆盖漆、硅钢片漆、防电晕漆等五类，根据产品的特性可应用在各种不同的领域，其中漆包线漆的细分品类较为丰富，应用也相对广泛。麒麟电池结构的变化导致散热面积扩大，未来对绝缘漆的需求也有望提升。

东材科技为绝缘材料龙头，产品盈利能力稳步向上。绝缘材料是公司的传统业务，产销量规模在 7 万吨左右，目前绝缘材料收入占公司业务 50%以上。公司业务以新型绝缘材料为基础，重点发展光学膜材料、电子材料、环保阻燃材料等系列产品，广泛应用于发电设备、特高压输变电、智能电网、新能源汽车、轨道交通、消费电子、平板显示、电工电器、5G 通信等领域。随着公司绝缘材料在新领域应用的拓宽和产品的优化升级，毛利率也显著提升，从 2018 年的 15.5%提升至 2021 年的 24.8%。

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）

精选报告来源：【未来智库】。未来智库 - 官方网站

储能技术路线选择专题报告：锂电、钠电、氢能、钒电谁将胜出？

（报告出品方/作者：国泰君安证券，肖洁）

01 储能经济性 ——借鉴光伏及海外储能发展史

1.1 万亿储能市场下电化学储能迎来机遇

全球能源互联网发展合作组织预测，2060 年全社会用电量将达 17 万亿千瓦时，人均用电量达到 12700 千瓦时，清洁能源和新能源装机占比将达 90%以上。随新能源大规模接入，为克服风光电的间歇性、波动性，整个电力系统正从“源-网-荷”到“源-网-荷-储”转化，储能将成为新型电力系统的第四大基本要素。储能目前主要集中在抽水蓄能和锂离子电池储能两种形式。

1.2 海外：德国户用光伏与储能的发展路径

2020年风光发电占比最高的国家包括瑞典（19%）、德国（18%）、葡萄牙（18%）、英国（17%）和芬兰（17%）等，欧洲平均占比在12-13%（国内的数据不足5%）。由于葡萄牙、瑞典、芬兰装机规模过小不具备参考意义，我们主要关注德国和英国，其中以德国作为表后储能装机参考、以英国作为表前储能装机参考。

德国户用光伏与储能的发展依赖经济性

光伏发电景气度与政策导向高度同频，对补贴依赖度较高。 德国于1990年制定“1000户屋顶计划”，拉开其光伏产业发展的序幕； 1998年，政府进一步提出“10万屋顶计划”，极大地刺激了德国以及全球光伏产业；2000年，德国通过《可再生能源法》，并于 2004年、2008年、2012年对该法案进行了三次修订，明确光伏发电强制上网电价，使德国光伏装机容量快速增长，并一举成为世界光伏标杆国家。

2010-2012年，德国光伏发电新增装机量连续三年超7GW。与此同时，随着光伏电站装机成本的下降，德国政府也在逐渐削减上网电价补贴，装机容量增速逐渐趋于稳定。2018年，政府提出2040年可再生能源在总电力需求中的份额增加到 80%的目标，2021年，该目标被提前至2030年。伴随着愈发激进的政策目标的提出，光伏新增装机规模逐年提升。截至2021年底，德国光伏装机量达59.9GW，2021年新增装机5.3GW。

结构：德国光伏新增装机以分布式为主，户用光伏装机占比呈上升趋势。

德国储能装机：用电侧储能占比持续提升，结构特征显著。 储能技术进步以及规模化带来的投资成本下降，叠加逐年上涨的高昂电费，推动了德国表后储能市场的蓬勃发展。据Energie Consulting统计，至2020年底，近70%的德国户用光伏发电项目都附带电池储能系统，户用储能装机已超30 万个，单户规模约为8.5kWh。

储能系统配置： 随用电侧储能占比提升，德国电化学储能装机功率与容量的配比趋向1kW/2kWh。综合近年光伏和储能系统新增装机数据，德国户用光伏装机倾向于配置10%、2h储能，和当前我国政策中对集中式光伏发电项目所要求的配比相似。

以户用屋顶光伏200w/平方米，100平米/户的屋顶面积测算，单户光伏系统装机规模约20kw。户用储能平均8.5kwh，和非光伏发电时段的单户用电量基本匹配，户用储能系统占用空间较小，用户接受度高。户用储能装机和光伏装机并无必然联系。

英国领跑欧洲表前储能市场、主要基于光伏装机的高速成长

英国光伏发电： 2014年，英国发布“光伏发电战略”，重点扶持分布式（屋顶式）光伏系统。2016年4月，再生能源义务法案（RO）对所有光伏项目的补贴终止；2018年，英国终止支持屋顶太阳能项目计划。

英国储能： 经历了2014-2016年光伏装机的高速成长期之后，全社会光伏发电量占比大幅提升，英国的电化学储能装机于2016- 2019年出现显著增长。截至2020年底英国表前电化学储能装机规模近570MW，占欧洲储能表前装机规模的47%。英国储能表前装机平均配置时长近1小时，主要起提升并网灵活性（能量时移）与电网稳定性（辅助服务）的作用。2020年，能量时移和辅助服务储能新增装机分别为175MW和62MW，合计占同年新增装机的80.6%。

1.3 国内：经济性带来分布式光伏配套更高比例的储能

017年以前，集中式光伏IRR高于分布式光伏，主要基于补贴因素；2018年以后，分布式光伏IRR实现反超。基于德国光伏储能的发展历史，分布式储能装机量主要基于工业企业的用电量和峰谷电价差，体现经济性，最高可配比到光伏装机的 4-5倍，想象空间巨大。早期分布式装置90%以上的电量全部供给周边高用电密集度的工业，后期随着组件成本的持续下降，分布式光伏irr进一步提升，那么低用电密度的工商业，利用分布式+大储能的模式也将体现经济性。

政策催化推动行业发展： 国家政策的支持对于行业的发展起重要作用，集中式光伏上网指导电价和分布式光伏度电补贴都在我国光伏产业发展初期起到极大的推进作用。2018年补贴退坡，装机量也相应下降。截至2020年，国内风光发电量占全社会总用电量的7.5%，对电网的冲击并不大。根据我们的测算，风光电发电量占比将在2025年达到25-30%的零界上，政策推动电网侧和发电侧配套储能比例的提升。（报告来源：未来智库）

国内用电侧储能经济性已现： 我们以10MW/40MWH储能系统为例进行测算，在未考虑税收优惠时，储能IRR达8.60%，在考虑税收优惠的情况下IRR已达10.46%。

02 锂钠求异：产业链重合度高，关注上游原材料

2.1 锂电钠电原理相同，钠电产业化道路平坦

钠离子电池工作原理与锂离子电池“摇椅式”原理相同，利用钠离子（Na+）在正负极材料之间的可逆脱嵌实现充放电。钠离子电池主要由正极、负极、隔膜和电解液组成，和锂离子电池的生产设备基本可实现兼容，降低了产业化难度。

2.2 资源广，成本低，最佳应用在储能

锂原材料价格持续上涨。截至2022年3月，主要原材料电池级碳酸锂盐价格突破50万元/吨，创历史新高。锂元素的丰度低，地壳丰度仅为0.006%，且大多数集中在南美洲，引发各大电池厂商供应焦虑。

钠电龙头中科海钠测算，钠离子电池材料具备显著成本优势，比磷酸铁锂电池低约1/3。铜基钠离子电池原材料成本为0.29元/Wh，磷酸铁锂电池材料成本为0.43元/Wh，铅酸电池成本为0.40元/Wh。

1）钠资源丰富、价格低廉稳定，10年价格保持在1000-4000元/吨。 2）元素选择更廉价； 3）负极所用硬碳、软碳工艺要求更低，电耗更低，具备低成本潜力； 4）负极集流体用廉价铝箔。

2.3 钠VS锂：能量密度与磷酸铁锂基本持平，宽温区、安全性能更优异

钠离子电池能量密度优于铅酸，基本与磷酸铁锂持平。 目前，商业化钠离子电池能量密度在100~160 Wh/kg，显著高于铅酸电池的30~50 Wh/kg。比发展成熟的磷酸铁锂电池低10%~20%，但钠离子电池实验条件下已能做到 200Wh/kg。宽温区拓宽高寒应用场景。适用温度拓宽在-40~80°C。

2.4 钠电产业链初具雏形，挖掘传统化工企业新契机

钠电产业链布局承袭锂电，利于产业化快速导入。 我国钠离子电池产业链还处于初级阶段，产业布局尚不成熟。钠离子电池产业链结构与锂电类似，包括上游资源企业、中游电池材料及电芯企业。

电池企业陆续布局，宁德时代推动产业链成形。 目前，包括宁德时代、中科海纳、钠创新能源、鹏辉能源、欣旺达在内的多家公司均已布局钠离子电池。

2.5 钠锂求异：以负极为例

硬碳材料由于高比容量（300 mAh/g左右）、低储钠电压（平台段电压在0.1V左右）、长循环寿命、来源广而被认为是钠离子电池最具商业化潜力的负极材料。目前，商业化的钠离子电池所使用的负极几乎都是硬碳。硬碳比石墨更易合成。在商业化应用过程中，硬碳面临着首周库伦效率较低的问题，其在酯基电解液中首周库伦效率大多在50-80%左右。因此，需要通过改进前驱体、改善合成条件等方法减少其内部缺陷，制备出孔隙率低且缺陷少的硬碳。

国内负极材料龙头企业中，贝特瑞进展最快，实现硬碳和软碳负极量产，杉杉股份、璞泰来、翔丰华等负极企业相继研发出钠电负极材料，并陆续进入中试阶段。贝特瑞的硬碳和软碳负极材料比容量已达400mAh/g，突破石墨负极理论极限，具备优异低温、倍率、循环及安全方面的性能，但是首周效率仍有改进空间，且振实密度低，不利于电池能量密度的提升。由于硬碳和软碳负极处产业化初期，国内外厂商的原料选择仍趋向多元化。

除中科海钠采用华阳股份无烟煤制备软碳外，目前已经批量化供应的软碳负极主要采用焦类原料，锂电负极厂商可以依靠现有焦类供应商实现钠电负极的布局。

规模化后生产成本的决定因素：原料价格、残碳率（单耗）、电费（温度和时间），综合来看，我们认为硬碳成本应该低于人工石墨，软碳成本使用无烟煤之后则更低。

原料价格： 过去优质负极材料主要采用进口原料（主要指进口针状焦），2019-2020年原料国产化替代加速，产品成本显著下降。2021年以来，国内负极材料主要原料的价格呈现上涨趋势。下游需求持续增长，供需博弈下原料价格的上涨已成定局，负极材料厂商成本承压，而压力能否传导至下游电池厂商，取决企业基于技术壁垒和客户资源所构筑的议价能力。

石墨负极材料： 天然石墨单耗相对确定，人造石墨单耗波动较大，依据负极材料厂商披露的数据计算，单耗在 1.21-2.28区间内。单耗可能随石油焦和针状焦用量的占比差异而有所变化，除高端人造石墨主要采用针状焦为主外，其余不同品质的负极材料原料用量的具体配比未知。

硬碳/软碳负极： 酚醛树脂分子中含有大量的芳香环，残碳率高于其它高分子聚合物，理论值在55~70%，产业化后可能低于50%，原料单耗2以上；生物质原料的残碳率可能只有20%；无烟煤的残碳率大概50-80%，但软碳性能弱于硬碳。

加工费用： 无论是软碳还是硬碳，由于其温度和时长要求远远低于人造石墨，成本结构可参考天然石墨，大规模产业化后制造费用（含电费能耗等）可能略高于天然石墨（制造费用0.22元/吨）。

03 钒氢求同：降本之路方向一致，关注共用组件

3.1 液流电池为储能“量身打造”

核心优势： 根本上避免爆燃——安全；极长的工作寿命——耐用。

除液流电池的普遍优点外，还有三项优势： （1）环境友好全钒液流电池全封闭运行，几乎零排放。（2）残值较高电解液钒元素不发生损耗，残值约 70%。（3）回收方便电解液只含单一过渡金属，很容易提取。小型化全钒液流电池，与家用光伏配套使用。体积是锂电体积的3-7倍。

3.2 钒氢同体系，模块化结构中电堆为核心

全钒液流电池与氢燃料电池结构与原理类似，电堆是系统的核心部件，是发生电化学反应和产生电能的场所，电解液或氢气储存在外部储罐中。鉴于单个电池单元输出功率较小，实践中通常通过将多个单元以串联方式层叠组合构成电堆来提高整体输出功率。以氢燃料电池为例，电堆是由双极板与膜电极交替叠合，各单体之间嵌入密封件，经前、后端板压紧后用螺杆拴牢，构成的复合组件。氢燃料电池电堆是燃料电池系统的价值量核心，国内电堆在核心材料缺乏与关键技术方面存在短板。钒氢共用材料中，目前石墨双极板基本实现国产化，质子交换膜、气体扩散层仍主要依赖进口。

3.3 钒氢求同：碳纸、全氟磺酸膜

气体扩散层（GDL）： 位于气体流场层和催化层之间，主要由碳纸/碳布经疏水处理和微孔层涂覆形成。气体扩散层的质量主要取决于碳纸基材，而基材的质量则取决于上游碳纤维。

碳纸的制备中，体现技术难度的主要在磨浆/打浆环节，该环节需要控制打浆度以确保碳纤维的切断的长度适中，粘合剂、分散剂等溶液的材料选择与配比均会影响碳纸的性能。

竞争格局： 龙头日本东丽、德国SGL以及美国AvCarb等，其中Toray、SGL均布局碳纤维全产业链。

质子交换膜（PEM）： 主流技术是全氟磺酸质子交换膜。 PEM逐渐趋于薄型化，由几十微米降低到十几微米，降低质子传递的欧姆极化，以达到更高的性能。

竞争格局： 美国的科慕和戈尔，后者产品系列最为丰富、产品实际应用案例最多，是车用燃料电池市场的主导者。国内主要是东岳未来，以完整的含氟精细化工产业链为特点。

以双极板为例

双极板（BP）： 依材质可分为石墨双极板、金属双极板和复合双极板。氢燃料电池目前主要采用石墨板或金属板，钒液流电池倾向复合板。

国产化程度： 石墨双极板>金属双极板>复合双极板。

氢燃料电池： 2020年，我国氢燃料电池双极板市场规模达3.1亿元，石墨板（包含碳塑复合板）和金属板的市场占比分别为65%和35%，2021年石墨双极板与金属双极板趋于平分秋色。GGII数据显示，2021年H1金属双极板出货量在双极板总出货量的占比已达45.0%（2020年同期为36.0%）。

钒液流电池： 基本不考虑金属板，即使是涂层处理后的金属板，在酸性液体环境中也难以长期稳定工作。石墨双极板（机加工）不被看好，因为其机加工过程复杂且成本高。钒液流电池主要采用碳塑复合板，因为其热塑或模压工艺相对机加工简单，但是混合高分子树脂所带来的电阻率增加仍是需要解决的问题。（报告来源：未来智库）

石墨板： 由于其高耐腐蚀性、高耐久性，以及相对较低的技术壁垒，率先实现国产化，在对体积较不敏感而对耐久性敏感的特种车、商用车领域示范应用。然而，石墨双极板的制作周期长、机械性能差、加工难度大、制作成本高等劣势也不可忽视。市场已有越来越多的企业成功开发出超薄超精细石墨双极板，提前突破了国家制定2025年前单组石墨双极板厚度 1.5mm的要求，功率密度开始接近丰田第一代金属双极板的水平。

金属板： 抗腐蚀性差，寿命过短是其应用的阻碍，然而随着涂层工艺的持续进步与突破，其有望实现和石墨板相同的使用寿命。凭借其机械性能优异、高体积功率密度、成本低廉且易批量生产等优势，金属双极板将在乘用车规模化应用的进程中后来居上。

细密化程度、流道深宽比更高，版型更小，能够使单板能够支撑的功率密度更高，每kW所需板数下降，从而降低电堆集成的难度以及成本。目前100kW电堆一般需要350-400节单芯，而Ballard已经实现140kW高功率电堆仅需309节，大幅减少双极板数量，提升电堆功率密度。丰田汽车公司率先在旗下Mirai燃料电池汽车上使用金属双极板和涂层，解决了腐蚀、成本和导电等一系列问题。