谁曾想到,全固态电池迟迟没有应用于到动力、消费等市场,却以另外一种形式走入了寻常百姓家,率先在电视剧中“吸引眼球”。
在芒果TV首播的《以爱为营》电视剧第11集中,神现“全固态电池”,剧情发展如下:
在一次关于是否投资湛蓝的评估会上,时宴(人物一)注意到其他股东都对湛蓝的发展表示乐观,尽管他内心还存在一些疑虑,但他还是决定让有关部门继续进行评估。事后,时宴(人物一)和关济(人物二)、喻游(人物三)在一起时,提到了湛蓝投资的事情,表达了自己亲自去调研的意图。”
请注意,湛蓝,这家公司是从事全固态电池的研发、生产的。
台词:湛蓝现在在行业里,属于领先地位,全固态电池的技术难关,但他们是否能够突破……
看多了微信推文、写多了建议文件等,猛然地看见“全固态电池”出现在电视剧情中,真是让人有点忍俊不禁。
但是这也证明,全固态电池的市场热度多么的火热。
固态电池的优势
在解决锂电池问题的道路上,固态电池技术崭露头角。固态电池具有引人注目的优势,首当其冲的是其卓越的安全性。相较于传统液态电解质的锂电池,固态电池采用固态电解质,极大地降低了火灾风险,这一点对于用户的安全至关重要。此外,固态电池拥有更高的能量密度,能够储存更多的电能,进一步提升了新能源汽车的续航里程。此外,固态电池的循环寿命也更长,减少了更换电池的频率,降低了使用成本。
尽管固态电池具有诸多优势,但也存在一些技术挑战需要克服。首先,目前仍然缺乏高效的固态电解质材料,这直接影响了固态电池的性能和稳定性。另外,电导率问题也是固态电池面临的挑战之一,因为较低的电导率可能导致电池充电和放电速度过慢。为了实现商业化应用,固态电池技术需要不断创新和突破。
政策红利持续释放,推动固态锂电池市场繁荣发展
早在1987年,固态锂电池便被中国科技部列入“863”计划重大专题,近年来,国家层面围绕着固态锂电池顶层设计的政策密集出台,鼓励和规范着行业健康有序发展。2015年和2017年发布的《中国制造2025》和《促进汽车动力电池产业发展行动方案》均提出建立和健全富锂层氧化物正极材料/硅基合金体系锂离子电池、全固态锂离子电池、金属空气电池、锂硫电池等下一代锂离子动力电池和新体系动力电池的产业链,推动固态电池能力密度达500Wh/kg ;2020年起,国务院发布的《新能源汽车产业发展规划 (2021—2035年)》首次将固态电池列入行业重点发展对象并提出加快研发和产业化进程;2022年下半年以来,固态电池先后两次获工信部、科技部、能源局等多部门联合点名认可,提出加快研发固态电池储能技术,加强固态电池标准体系研究工作,强化应用领域的支持和引导,奠定了固态电池在现代产业中的定位。
根据EV Sales数据统计,2012-2022 年全球新能源汽车销量从12.5 万辆增长至1052.2万辆,CAGR 55.4%,渗透率从0.2%提升至13%。终端销量的强劲增长带动全球动力电池装机量快速攀升,全球装机规模由2015年的15GWh攀升至2022年的517.9GWh。随着新能源汽车产业的迅速发展,对动力电池的安全性和能量密度提出更高要求,在液态锂电池性能逐渐达到上限的情况下,研发和应用具备更高能量密度的固态锂电池在行业内达成了共识。
国际竞争的现实
不同国家和地区在固态电池技术的研发方向上采取了不同的路线。
欧美地区倾向于硫化物固态电池技术,日本则着眼于氧化物固态电池,而中国则在聚合物固态电池领域取得突破。这种多元化的技术发展路径推动了固态电池技术的全球创新。国际竞争激烈,各国都希望成为这一领域的领导者,以在未来的新能源汽车市场中取得竞争优势。
中国是全球新能源汽车市场的领先者之一,中国的车企正积极寻求在动力电池领域取得突破。目前,中国车企采取了半固态电池作为一种“过渡性”技术,旨在提高技术的可行性,降低生产成本,以逐步过渡到全固态电池。
这一策略旨在在短期内改善新能源汽车的性能,同时为未来做好准备。中国车企也在积极寻求国际合作,以加强技术研发和提高全球竞争力。
国内产业链发展现状
产业链结构:由上游原材料和设备、中游电芯材料制造和固态电池制造、下游应用市场三部分组成。
产业链上游为原材料和设备。
固态电池的主要原料矿产有锂、钴、镍、锰、磷、硫等,这些矿产的储量和分布对固态电池的成本和供应有重要影响,中国是全球最大的锂矿资源消费国,但是锂资源储量较少,主要依赖进口,同时钴、镍等资源也存在供应不足的风险;固态电池的生产设备主要有搅拌机、叠片机、涂布机、注液机、切分机、混合设备、卷烧机等,此类生产设备相比液态锂电池生产设备而言需要更高的精度和稳定性,目前已基本实现国产化,行业毛利率在30%—35%。
产业链中游包括电芯材料和固态电池制造两大环节。
(1)固态电池/半固态电池的电芯材料可部分沿用现有液态锂电池材料体系,但在负极材料和隔膜方面会造成一定的冲击。正极材料来看,半固态电池可以与现有液态锂电池所用的正极体系(如磷酸铁锂、三元、锰酸锂、钴酸锂等)进行匹配,全固态电解质能够兼容当前的正极材料体系,同时可匹配高电压的正极材料(如富锂锰基等);负极材料来看,半固态电池可以与现有液态锂电池所用的负极体系(石墨系、钛酸锂、硅碳系等)进行匹配,但固态电解质纳米化包覆还存在较多技术壁垒,而全固态电池由于不存在液态电解质,金属锂有望成为主流负极材料;隔膜材料来看,半固态电池同样可以沿用当前隔膜材料体系,同时可采用固态电解质包被隔膜,而全固态电解质可能会取消隔膜。
(2)固态电池制造包括聚合物、氧化物、硫化物和卤化物四种体系,其中卤化物电解质虽然具备低成本、环境友好、正极稳定性等优势,但其离子电导率、正极材料兼容性、空气/潮湿环境稳定性等问题还有待进一步改善,因此该路线参与者较少,市场主要聚焦于聚合物、氧化物、硫化物三种路线。
氧化物体系:采用氧化物作为主要固态电解质,包括石榴石型电解质、钙钛矿型电解质、NASICON型电解质、LIPON型电解质四类,具有热稳定性强、电化学稳定性强、机械性能好等特点,同时具备较高的离子电导率和较低的研发成本,现阶段研究热点在于提高室温离子电导率及其和电极的相容性。目前国内众多头部固态电池公司如北京卫蓝、江苏清陶、台湾辉能都是以氧化物材料为基础的固液混合技术路线为主。
硫化物体系:硫化物电解质如硫化锂、硫化磷需要进行高压下的化合,制备难度和成本较高,但其电导率极高的同时具有优良的机械性能,现阶段研究热点在于提高电解质稳定性,降低生产成本、元素掺杂发挥各元素协同作用等。目前硫化物体系的主要参与企业和机构主要集中在日韩及美国,国内企业以宁德时代为代表。
聚合物体系:由于聚合物体系和传统液态锂电池接近,可利用现有设备通过改造进行生产,具有工艺简单、成本较低等优势,但由于离子电导率、能量密度较低且高电压正负极材料兼容性不好,因此应用领域有限。目前聚合物体系的主要参与企业和机构主要集中在欧美国家。
固态电池下游应用领域主要包括消费电子、储能、新能源车。
(1)消费电子:固态电池现已率先作为高安全便携式电源于可穿戴设备、无人机等对安全性要求较高、成本敏感度较低的消费电子产品上实现应用。例如,辉能科技已搭建40MWh半固态电池产线、卫蓝新能源已搭建200MWh半固态产线用于无人机等消费电子中。
(2)储能:固态电池符合储能电池高安全、高能量密度的要求,但循环寿命、性价比受限,当前应用以示范性储能项目为主,需技术突破、成本降低后才可实现广泛的商业化应用。
(3)新能源汽车:作为最主要的下游应用市场,固态电池为新能源汽车提供高安全性和强续航能力,并有利于打造高电压平台、更高效的CTC技术和热管理系统。现阶段中国头部车企通过自研或与电池企业密切合作的方式共同推进固态电池的产业化进程。
量产时间或推迟到2030年
7月25日,全球知名咨询机构SNE research发布了一份报告,到2030年,液态锂离子电池在动力电池的市场仍将占据绝对优势,即使全固态电池成功批量生产,由于成本问题很难解决,市场渗透率也会非常低。
SNE research表示,到2030年,全球液态锂离子电池供应量将从2023年的687GWh增加到2943GWh,增加4.3倍,占电池市场的95%以上,全固态电池的供应量则会从2025年开始的0.2GWh,增加到131GWh,市场渗透率将达到4%左右。
在7月4日的时候,据英国《金融时报》报道,丰田公司表示,已经开发出一种新的全固态电池技术,可以将电动汽车电池的重量、尺寸和成本降低50%,电池可在大约10分钟内快速充电,续航里程1200公里。
丰田公司的消息一出,国内互联网上各种神仙一片哀嚎,各种威胁论,中国在电动车领域布局这么多年,这是要被日本弯道超车了吗?
神仙讲鬼话,哗众取宠暂且不管。丰田公司其实从2008年就开始牵头研发固态电池,前前后后签署合作伙伴有七八家,截至2022年专利累积到1300多项,相当于排名2-5名(松下、出光兴产、三星、村田)之和。事实上,专利个数排名前10的,全是日韩企业。
而后面丰田公司在固态电池的量产上接连跳票。2017年丰田汽车曾表示将在东京奥运会上展示固态电池技术,但因技术挑战,被迫推迟到2025年量产;时至2021年又表示量产计划推迟至2027年。最近的口风是,2025年前丰田的全固态电池将实现小规模量产,首先搭载在混动车型上;预计将在2027年开始为电动汽车生产固态电池,在2027年至2028年逐步实现固态电池的规模化生产,到2030年前丰田全固态电池要实现持续、稳定生产。
其实对于2030年这个年份,小编一直认为这只是一种托词,不必太在意。丰田也好,日产也好,当然我国企业也好,2030只是个希冀而已,它只是表明有些企业在巨额投入之后,不甘心破罐子破摔,已经将全固态电池视作技术储备,判定暂时很难兑现商业价值。反正2030之后还有2035,还有2040。
小编认为,2030年压根就谈不上全固态电池的量产,充其量也就是在一些特定区域的示范应用或者小批量应用。SNE research在报告中,就2030年全固态电池的量产问题,也是用到了“即使”两个字,说明对于这个时间节点,SNE research也不是很看好。
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