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界面新聞?dòng)浾?| 陶知閑

界面新聞編輯 | 陳菲遐

一石激起千層浪,近日國軒高科(002074.SZ)官宣建成0.2GWh全固態(tài)電池中試線,并發(fā)布了包括G垣準(zhǔn)固態(tài)電池在內(nèi)的6項(xiàng)新產(chǎn)品讓市場再度關(guān)注固態(tài)電池行業(yè)。

A股市場上,金羽龍(002882.SZ)兩天兩板,“帶頭大哥”國軒高科成交超33億元強(qiáng)勢漲停, “終極電池”固態(tài)電池成為市場備受關(guān)注的焦點(diǎn)。

被資本市場熱炒的固態(tài)電池到底是什么?準(zhǔn)固態(tài)電池又為何物?

2030年才能落地

固態(tài)電池是如今鋰電池的終極版。

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由于固態(tài)電池可以從根本上提升鋰電池的三大關(guān)鍵指標(biāo)能量密度、安全性和壽命,因此被視為下一代動(dòng)力鋰電池。固態(tài)電池和鋰電池最大的區(qū)別是固態(tài)電解質(zhì)。在固態(tài)電池中,原有的液態(tài)電解質(zhì)和隔膜被固態(tài)電解質(zhì)所取代,整個(gè)電池也由原先的四大主材(正極、負(fù)極、電解液和隔膜)減少至三大主材(正極、負(fù)極和固態(tài)電解質(zhì))。

值得一提的是,在使用固態(tài)電解質(zhì)后,鋰離子電池的材料體系發(fā)生改變,無需使用嵌鋰的石墨負(fù)極,直接使用鋰作為負(fù)極,能明顯減少負(fù)極材料的用量,不僅電池的能量密度明顯提高,而且可以提升電池的安全性能和使用壽命。固態(tài)鋰電池電解質(zhì)不同于液態(tài)鋰電池的電解液和隔膜,熱穩(wěn)定性顯著提升,由此提升了固態(tài)鋰電池的高溫環(huán)境適應(yīng)性,減少輔助散熱機(jī)構(gòu)冗余,簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的同時(shí)進(jìn)一步提升能量密度。

固態(tài)電池可實(shí)現(xiàn)更高的能量密度和更寬的工作區(qū)間。目前主流的液態(tài)鋰電池的能量密度上限約為300Wh/kg,但實(shí)際上出于技術(shù)限制和安全性考慮,目前市場上液態(tài)電池的能量密度僅能實(shí)現(xiàn)約230Wh/kg。相比之下,固態(tài)電池的能量密度在理論上可以達(dá)到700Wh/kg,是液態(tài)電池的2倍。

由鋰離子電池蛻變?yōu)楣虘B(tài)電池需要不斷升級(jí),距離真正商業(yè)化為時(shí)尚早。從技術(shù)來看,目前固態(tài)電池還處于研制階段,諸多技術(shù)仍未攻克,例如固態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率遠(yuǎn)低于液態(tài),這使得電池內(nèi)阻明顯增大、電池循環(huán)性變差、倍率性能變差等,影響實(shí)際使用效率;從成本看,因?yàn)榧夹g(shù)難點(diǎn)未突破,產(chǎn)業(yè)鏈尚未建立,成本較高。此外,電芯等生產(chǎn)設(shè)備也尚未形成規(guī)模效應(yīng)。

從應(yīng)用落地來看,固態(tài)電池或?qū)⒆钕葢?yīng)用于對(duì)能量密度、安全性能要求較高,對(duì)價(jià)格敏感性較低的高端電子產(chǎn)品,例如對(duì)高性能電池需求度較高的無人機(jī)等,再產(chǎn)業(yè)化逐步落地之后向消費(fèi)電子和動(dòng)力電池領(lǐng)域滲透。

從產(chǎn)業(yè)進(jìn)程來看,固態(tài)電池預(yù)計(jì)最快也要到2030年才能真正走向商業(yè)化。寧德時(shí)代(300750.SZ)也曾透露,全固態(tài)電池還在開發(fā)中,預(yù)計(jì)2030年后實(shí)現(xiàn)商品化,而比亞迪(002594.SZ)則表示其全固態(tài)電池小批量裝車的時(shí)間點(diǎn)為2027年。

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從全球來看,歐洲和美國分別提出了《固態(tài)電池技術(shù)路線圖2035+》以及《鋰電池20212030 國家藍(lán)圖》,兩國落地都在2030年之后,而固態(tài)電池研發(fā)布局和產(chǎn)業(yè)發(fā)展起步最早、技術(shù)和專利全球領(lǐng)先的日本在2023年宣布下一代全固態(tài)電池材料基礎(chǔ)技術(shù)評(píng)估和開發(fā)計(jì)劃,擬在2023-2027年全面提高全固態(tài)鋰電池性能,促進(jìn)電池及材料開發(fā),加快商業(yè)化進(jìn)程。

過渡性產(chǎn)品:準(zhǔn)固態(tài)電池

國軒高科此次發(fā)布的產(chǎn)品主要為準(zhǔn)固態(tài)電池,而其僅僅是過渡性產(chǎn)品。固態(tài)電池包括半固態(tài)電池、準(zhǔn)固態(tài)電池(相較半固態(tài)電池更復(fù)雜)和全固態(tài)電池,和液態(tài)電池類似,準(zhǔn)固態(tài)電池中隔膜及電解液(小于5%)都被保留,電解質(zhì)主體為固態(tài)(如聚合物、氧化物或硫化物基材料),僅在電極與電解質(zhì)界面處存在微量液體潤濕層,更接近全固態(tài)結(jié)構(gòu)。

需要指出的是,技術(shù)相對(duì)簡單的半固態(tài)電池還未實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。半固態(tài)電池是通過減少電池內(nèi)部液態(tài)電解質(zhì)(仍需要少量有機(jī)溶劑浸漬,有機(jī)液體電解質(zhì)質(zhì)量占比低于10%)的含量以提升電池的能量及安全性的技術(shù)路線被整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈所接受。從生產(chǎn)工藝來看,半固態(tài)電池制造流程和設(shè)備變化幅度不大,僅注液等工藝需要變更。而根據(jù)國軒高科首席科學(xué)家朱寶星透露,前期有一些車企已經(jīng)把1000公里的半固態(tài)電池推向了市場,但是良品率可能只有45%,這對(duì)于企業(yè)來說,不可能商業(yè)化落地。

而且固態(tài)電池目前的技術(shù),連材料都還未確定。固態(tài)電解質(zhì)材料是固態(tài)電池的核心部件,其進(jìn)展直接影響全固態(tài)電池的發(fā)展進(jìn)程。近年來受到關(guān)注的固體電解質(zhì)材料主要有氧化物、硫化物和聚合物三大類。氧化物固體電解質(zhì)組由許多不同的材料組成,所有材料都以鋰和氧為主要成分,以及各種其他元素;硫化物固體電解質(zhì)基團(tuán)由許多不同的材料組成,所有材料都以鋰和硫?yàn)橹饕煞?,以及其他元素或鹵化物。聚合物固體電解質(zhì)組目前以聚環(huán)氧乙烷(PEO)為主。不同類型電解質(zhì)各有特點(diǎn),也各位弊端,全市場還未找到最終答案。

2030年固態(tài)電池商業(yè)化也僅僅才是開始。根據(jù) EVTank 發(fā)布的《中國固態(tài)電池行業(yè)發(fā)展白皮書(2024 年)》預(yù)計(jì),2024年全球固態(tài)電池出貨量為3.3GWh,到2030年全球固態(tài)電池的出貨量將達(dá)到614.1吉瓦時(shí),在整體鋰電池中的滲透率預(yù)計(jì)在10%。

個(gè)股方面,贛鋒鋰業(yè)(002460.SZ)在固態(tài)電池領(lǐng)域已形成從材料到系統(tǒng)集成的全產(chǎn)業(yè)鏈布局,涵蓋硫化物電解質(zhì)、氧化物電解質(zhì)、金屬鋰負(fù)極、電芯及電池系統(tǒng)等核心環(huán)節(jié),其技術(shù)路線包括硅基負(fù)極和鋰金屬負(fù)極雙軌并行,全球首款500Wh/kg級(jí)產(chǎn)品也實(shí)現(xiàn)小批量量產(chǎn);國軒高科半固態(tài)電池能量密度達(dá)到360Wh/kg,支持1000km續(xù)航,全固態(tài)電池進(jìn)入中試階段并計(jì)劃小批量裝車;有研新材(600206.SH)作為固態(tài)電解質(zhì)核心材料供應(yīng)商,受益于產(chǎn)業(yè)化初期需求爆發(fā),是國內(nèi)唯一布局硫化物、鹵化物、氧化物三大電解質(zhì)體系的企業(yè),供貨寧德時(shí)代、松下等主要電池廠商。

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