中信证券-全球产业策略系列报告：独角兽十问十答系列8，固态电池头部企业~恩力动力-220531

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恩力动力成立于2012年，致力于固态电池技术创新及产业化，并在中国、美国、日本三地设有材料研发和制造中心。

恩力的目标是解决能量密度与安全性双重挑战，力图在国内孵化世界领先的固态电池产业链，满足消费电子、电动汽车、新能源储能的巨大市场需求。

公司固态电池产品分为三代：1）三元正极、锂金属负极的固液混合电解体系，已在中试并进入一个无人机项目B样，一家车企A样阶段；2）正在开发的将固液混合电解体系置换成硫化物固态电解质的全固态电池体系，实现本征安全性，充放电倍率与安全性进一步提升；3）将三元正极演变为硫化物正极，实现更高能量密度以及正极材料的无钴、无镍、无稀有金属化，该产品还处于实验室研发阶段。

商业化方面，恩力从高端无人机市场切入，与终端客户软银集团合作开发进入第三年，并在2021年11月推出520Wh/kg能量密度的电池。

恩力同时与车企合作研发，今年将建设10-50MWh的大中试产能，明年达百MWh产能，2024年形成GWh量产产能。

恩力预计今夏随着中试产线调试完成，能够连续生产针对无人机和车用的10-100Ah的软包电池，包括全固态电池的Ah级样品。

我们就5月19日与公司创始人&董事长戴翔博士的电话会交流后，结合公司介绍情况汇总为十问十答。

▍Q1：公司的核心竞争力是什么？公司认为他们的核心竞争力包括：1）核心电池技术领先：恩力聚焦于下一代电池技术，通过差异化路线的选择，竞争力建立在若干年积累的核心技术之上：1、锂金属负极技术，并在负极保护与负极材料改性方面取得突破，锂金属负极第一代产品采用固液混合电解液配方和隔膜特殊配方，实现了530Wh/kg，1170Wh/L的高能量密度；2、超离子导体技术，掌握硫化物固态电解材料的合成工艺以及材料成膜技术；3、固态电解质材料和锂金属负极、正极材料的界面包覆，此块技术也在3年前的全固态电池原型上得以验证，该电池拥有10C的充放电性能以及-40到+100摄氏度的工作温度范围；4、生产工艺，拥有相对成熟的正极包覆工艺、涂覆工艺和锂金属负极的成卷rolltoroll制造工艺，并基于现存的圆柱电芯工艺技术与配方，成功制造出1Ah/3.6Ah/10Ah级软包型和圆柱型混合锂金属电芯，以及全固态Ah级软包电芯。

2）商业化进程稳固推进：恩力先从成本相对不敏感的高端无人机市场切入，并逐渐通过与车企的A、B、C样合作开发，切入电动车市场。

2020年针对软银集团的高空无人机和通信无人机，合作开发高能量密度电池，并于2021年发布了第一代产品测试报告，今年双方合作电池产品进入B样。

恩力第一代产品能量密度超400Wh/kg，通过了目前各类安全测试，同时1.2Ah和3.6Ah的软包电池也顺利通过针刺测试，对比市面上能量密度在200Wh/kg的石墨负极，300Wh/kg的硅碳负极三元软包电池，公司高能量密度的电池也具备相当的安全性。

公司同时与其他主流无人机和EV厂商的A样联合开发洽谈，今年会做到对10-100Ah级软包电池的全覆盖，已有圆柱电芯电池准备向车企客户送样。

恩力也完成了美国作为研发中心，日本作为工程化中心，以及中国作为中试到量产的先进制造中心的三地布局，目前产品正在北京大兴进行中试。

3）全球化产业背景团队与一流的合作阵营：恩力由具备中国，以及美国和日本产业背景的海归团队创立，具备丰富电池技术创新及产业化经验。

CEO戴翔是清华大学固体物理学士硕士，UTAustin材料科学博士，拥有在惠普，EvergreenSolar以及新能源行业20余年产业背景，在10年前回国创业。

公司CTO车勇是北航材料科学学士，日本东京工业大学电化学硕博，拥有25年电池研发经验，以及包括旭硝子、丰田集团先端技术研究院等日企的技术管理经验，现负责固态电池的开发和产业化。

其余核心团队囊括美国和日本的国际化产业专家，以及深耕中国锂电池行业几十年的研发总监与工艺工程总监。

恩力的合作伙伴涵盖学术界的知名科学家与产业界头部企业。

在锂金属负极与高能量密度电池的材料技术上，与CEO的博导，2019年诺贝尔化学奖得主，“锂离子电池之父”古迪纳夫教授（JohnGoodenough）的实验室合作；在硫化物材料和全固态电池体系的基础科学问题上，与东京工业大学超离子导体（LGPS）发明人，固态硫化物电池体系奠基人菅野了次教授（KannoRyoji）的实验室合作；在电解液材料上与东京大学山田淳夫教授（AtsuoYamada）的实验室合作。

2019年，恩力的日本分公司成为日本全固态电池联盟成员，与日本固态电池产业链紧密合作。

▍Q2：固态电池的发展趋势和产业规模如何？国内外相关企业发展进程如何？目前锂电池面临能量密度和安全性的双重挑战，以及温度范围的局限。

要克服锂电池发展的瓶颈，满足对电池的巨大需求，无论投资界、产业界还是学术界，基本认可固态电池是逐渐确认的技术路线，即将进入产业化的加速发展期。

公司表示，2025年将是固态电池的元年，创新型或是在产业里有技术积淀的企业，将率先实现GWh量产，固态电池相对于整个锂电产业的规模，或将在2025年从1%的约10GWh，到2030年进入拐点并超过10%，以2030年锂电池产业6-10TWh的规模预判来计，固态电池产业规模将接近1000GWh。

公司预计到2035年，固态电池将成为锂电池主流的技术路线，占比超过一半以上。

无论是移动电子设备，交通动力设备，还是未来电力储能电池，固态电池将成为主流。

目前欧美日以及国内车企，均开始布局固态电池赛道，国内外的创新型企业跟车企的合作基本在A样到B样阶段。

用能量密度和可制造性两个维度比较，宁德时代和LG作为液态锂离子电池龙头，在可制造性上是标杆，但能量密度目前不超过300Wh/kg。

SES和QuantumScape基本接近400Wh/kg，SolidPower和Factorial在300-350Wh/kg，国内的卫蓝新能源和清陶能源在300-350Wh/kg，辉能科技在300Wh/kg左右。

可制造性方面，QuantumScape近期才推出多层软包，SES在做100Ah级别车用A样；卫蓝、清陶和辉能已进入GWh工厂的调试阶段，可生产性上相对走在前面。

以上是公司创始人根据各家公开信息分析形成的有关行业进程的理解，并不一定准确完全。

▍Q3：公司如何看待未来竞争格局？电池创新企业与车企巨头的话语权？电池的开发与产业化的确有很长的路要走、有一些先例可以学习，例如美国的三家友商QuantumScape(QS.US)、SolidPower(SLDP.US)、SESAI(SES.US)，公司与他们存在技术竞争，而技术路线的选择很重要。

公司认为锂金属负极和硫化物固态电解质，是未来锂离子电池产业的必然方向，不同厂家对产业化的时间节点有不同判断，部分友商更愿意走现在能圈地的技术路线，并形成产能占据市场。

下一代全固态，锂金属负极的路线充满挑战，但它是未来较为确定的方向，因此公司提前做研发储备。

在软银的项目中，恩力与多家电池公司，包括国内外的一些巨头，在能量密度和循环寿命上同台比武。

公司认为，凭借锂金属负极和电解质材料体系的选择，形成兼具性能与性价比的产品，能打造作为科技创新企业的差异化优势。

尽管众多巨头也进入该赛道，但决定产品成功的因素不在于公司大小，而在于研发效率。

恩力创始人曾在规模较大的公司里带领内部研发，也知悉大公司内部团队做固态电池和恩力团队聚焦做一件事情不同。

车企对固态电池赛道越发关注，因为电池对于车企来说如同芯片，是一个核心硬件与技术。

恩力现在也计划与多家车企商谈量产合作。

作为固态电池创新型企业，选择自建工厂或跟车企合作以JV模式来产业化，主要看产业化效率孰高。

▍Q4：固态电池对比传统电池的优势在哪？能否介绍下固态电解质材料的体系？全固态电池相比于锂离子电池，优势在于更高的能量密度、安全性以及更快的充电倍率，主要原因有：1）电芯层面，用固态电解质材料取代了电解液和隔膜，基于固体材料不燃不爆的特性，达到电池本征安全。

相比之下，电解液为有机溶剂，在正负极短路或滥用情况下易出现自反应和热失控现象，形成不安全的电化学体系。

此外，选择合适的电解质材料后，充电时间可以进一步缩短，充电倍率进一步提升。

得益于固态电解质的应用，正负极允许使用更高容量的材料，而不是传统氧化物正极和石墨或硅碳负极，这也是全固态电池在保障安全性前提下，能量密度提升的最关键因素。

恩力通过使用下一代容量最高的锂金属负极材料，大幅提升能量密度。

但锂负极的挑战在于充放电过程中锂枝晶的生成，恩力团队经过多年材料科学和工程化工作，在超过400-500Wh/kg的高能量密度下，增加了循环寿命。

未来正极材料上预计也会有更多创新，如硫化物正极材料。

2）封装层面，因为固态电池没有电解液，内部电芯结构发生根本改变，可以做到内部串联并应用bipolar双极性电芯设计，减少封装辅助材料耗费，进一步提高电池封装效率，实现更高能量密度。

常见的三类固态电解质材料为聚合物、氧化物、硫化物。

锂离子电池发明之前，离子导体（ionicconductor）方向的材料学已经存在，并试图寻找使得锂离子在固体中传输最快的材料。

离子电导率方面，锂电池用的电解液为10-2S每厘米，聚合物差2-3个数量级，氧化物差1-2个数量级。

得益于科学家和工程师在材料领域多年的努力，十年前在硫化物领域有了突破，东京工业大学菅野教授发现了硫化物体系中的超离子导体，即三维的锂离子快速输运通道。

锂离子在硫化物三维的超离子导体晶体结构中，超越了在电解液中的输运速度，类似于超导材料，并于6年前达到了10-2S每厘米，实现了硫化物离子电导率的突破。

材料只是一方面，而要做成电芯并规模生产，还须考虑可加工性、热稳定性以及与锂金属负极的匹配度，综合比较下，硫化物的各项指标表现优异，但其弱项在于空气稳定性，硫化物会跟空气中的水反应，产生硫化氢毒气。

受益于材料科学，包括掺杂技术与材料改性技术在过去十年的提升，以及电芯的制程控制与环境控制改善，例如在相对干燥的环境下完成生产制造，硫化物的空气稳定性有大幅改善。

目前三类材料中，从第一性原理出发，硫化物是最有希望的固态电池路径。

目前固态电池代表企业中，国内辉能科技、卫蓝新能源、清陶能源，以及美国的QuantumScape是氧化物体系；丰田、本田、尼桑、三星、LG基本上选择了硫化物体系，美国的创新公司SolidPower以及恩力自身是硫化物体系；聚合物体系实现车用较早，法国的Bolloré几年前与奔驰合作，应用在大巴上，但是其问题在于常温下离子电导率不高，因此高温下才能工作，这限制了它的商业应用。

公司认为，材料科学的突破是进一步产业化和做材料与电池的基础。

丰田已经将它上车，目前在大中试阶段，验证了技术可行性。

过去几年，恩力、丰田、SolidPower、尼桑、本田也均在中试，做得快的已经上车，做得慢的仍在小软包或材料阶段。

未来更多要看谁在产业化和工程化上跑得快。

▍Q5：在技术路线选择方面，固态电池对于电池上游的金属、设备以及下游的电池回收会有怎样的影响和冲击？各公司产品能量密度上的差异，源于不同的技术路线选择。

能量密度从低到高的排序为：钠离子电池、磷酸铁锂电池、石墨负极的三元锂电池、硅碳负极的三元锂电池、硅碳负极的高镍三元电池。

友商的半固态电池普遍用硅碳负极，而恩力于五年前就开始了锂金属负极的研发和样品开发。

公司产品采用硫化物固态电解质，正极材料根据客户不同需求选择，可采用高镍三元或未来的富锂锰基。

当能量密度要求不高时，为了更长的循环寿命也可选择磷酸铁锂正极。

即便如此，因为采用高容量锂金属负级，公司电池也可做到近300Wh/kg的能量密度。

回收再利用方面，石墨负极或硅碳负极基本无法回收。

而恩力使用很薄的锂金属负极，可以做到100%回收，电池在寿命终点也很容易拆解，因为没有电解液等溶剂的污染，所以固态电池是更低碳环保的电池解决方案。

▍Q6：固态电池大规模量产后，价格会在什么水平？从BOM和制造成本角度，跟现在的三元、磷酸铁锂路线有怎样的区别？公司预计大约到2026年20GWh产业规模后，相比于三元液态锂电池，BOM成本会有20-30%的优势，原因在于：1）锂金属负极成本得以降低，目前因为锂箔不遵循第一性原理，成本较高，而公司通过自己处理锂锭到锂箔，包括表面处理等各方面，可以把成本降低一个数量级；2）鉴于能量密度更高，单位瓦时锂的利用率更高，从而降低BOM成本；3）电解液和隔膜被硫化物固态电解质取代，硫化物固态电解质包含锂、磷、硫、氯，以及一些硅元素，除锂以外，其余均是价格较低的原材料，因此从第一性原理出发，成本也不应该高，目前之所以价格高，是因为产业链没有成熟。

公司希望在2026年后通过材料量产，将固态电解质的成本降低，低于目前电解液和隔膜的单位Wh成本。

直接生产成本方面，一是设备投入的节省，全固态电池相比液态锂离子电池，可以省去注液到化成的后端支出，可完全节省大约30%的Capex投入。

考虑到硫化物材料对空气干燥度的要求比锂电池稍高，因此加入了一些干燥室投入成本的假设，大约为10%，预计总计会节省20%的Capex。

此外生产时间也有较大的缩短，电池生产中电极制造所需时间相对较短，主要时间耗费在锂电池前端涂布，充放电化成与搁置上，大约需要一周多，这些均可省去，使得生产周期从一周多缩短至几天，能耗也降低，因此总体生产成本具备优势。

▍Q7：如何看待硫化物技术路线在生产过程和使用过程中的安全性和毒性问题？硫化物电解质有锂锗磷硫（LGPS）和锂磷硫氯（LPS）两条路线，有什么区别？丰田已经将硫化物电池车用，目前已有车载电池在日本的街上运行，这表明它已通过了各种车用安全测试，包括针刺泄漏测试。

硫化物在使用过程中对环境影响非常小，这是一个封装问题，即使是现在的锂离子电池，扎透后流出的电解液也对环境有害。

硫化物在生产过程中，主要讲究水分控制，需在干燥室或较密封的干燥环境中制备，目前做固态电池试生产的企业在这块均有解决方案，因此硫化物并不比现有电解液体系对环境产生更多影响。

锂锗磷硫体系是菅野教授最初发明的超离子导体的三维晶体结构，但是该结构衍生出更多不用锗的材料，即后来的锂、硅、磷、硫、氯，基于该结构出现了价格更低的材料，这个体系特点在于离子电导率最优。

锂磷硫氯体系是另外一个晶体结构，离子电导率相对较差，合成上会更容易一些，因此这两个体系各有千秋。

锂锗磷硫是东工大的丰田体系，锂磷硫氯是三井金属和其他产业方的选择。

最终选用哪种材料产业化最有效，正如选高镍三元还是磷酸铁锂，还有待观察。

公司目前同时布局两个材料体系，均具备生产能力并在电池中应用。

▍Q8：固态电池在充放电速率上能否满足电动车要求？固态电池和液态电池在循环充放电次数方面对比？公司认为，充电倍率受众多因素影响：在同样的电解液，电解质体系下，看正负极材料与配方的选择，而在同样的正负极材料下，看电解质，电解液体系的性能，离子电导率越好，充电倍率就越好。

硫化物体系全固态电池在公司三年前的倍率测试中，取得10C的充放电性能，6分钟能充到80%以上容量，也能够放出80%的容量，且能够跑1000次以上循环，在-40+100摄氏度都有正常充放电，这些均基于电解质材料体系和正负极材料的界面控制，例如实现锂离子的低阻抗，界面工程和材料工程未来可期。

在循环寿命上，工艺成熟后理论上固态电池的循环寿命比电解液体系更好，原因在于电解液体系有一个SEI膜，即电解液和正极材料中间必须有一个界面膜，在充放电过程中有损耗，并不断消耗电解液，尤其现在的硅碳负极中，因为负极掺了硅，体积膨胀会把膜损伤，影响循环寿命。

相比之下，固态电池因为没有电解液，界面稳定程度越高，循环寿命越长。

界面与电池生产时的配方有关，例如使用不同溶剂或添加剂，目前湿法工艺还在优化。

在不使用任何溶剂的干法工艺下，电池寿命更长，工艺方面还有更多工程化工作需要完善。

▍Q9：公司自研哪些材料？封装技术如何？固态电池是否需要隔膜？恩力表示，公司自研锂金属负极，包括表面处理以及从锂锭到锂箔的包覆材料，这块是核心技术；同时也自研固态电解质材料，在原材料与其中关键的前驱体硫化锂上做上游开发，并发现了锂更接近第一性原理的量产工艺，使其成本大幅降低；正极材料由合作方供应，而其余材料均有成熟的产业链供应。

从技术路径上，恩力选择软包电池，因为开发与量产相对灵活，易于实现，同时也能容忍充放电过程中体积变化的应力。

但圆柱电芯也有优势，其本身封装会形成一个内压力，实践证明该压力对锂金属负极的高容量电池至关重要。

因此软包电池做成后，在封装层面要有封装夹具来施加该压力，并存在一个优化的压力区间，而圆柱电芯就不需要这样的夹具。

固态电解质材料可以做成膜，并取代电解液隔膜也无需电解液，膜本身即是离子导体。

但这种膜也不是必须，恩力在正极制作工艺上将固态电解质和高镍三元的混合体涂在集流体上，烘干后再涂一层硫化物固态电解质材料，便形成复合正极，而负极是经过处理的锂金属，将以上正负极合并便是电池，因此公司的固态电池结构与工艺更为简单。

▍Q10：公司目前融资情况如何？恩力动力于2022年2月宣布完成超亿元人民币的A轮融资。

▍风险因素：公司固态电池产品研发不及预期；公司无人机与车企客户拓展不及预期；固态电池产业发展不及预期。