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大厂开卷、产业化提速,固态电池是风口还是噱头?|行业风向标

大廠開卷、產業化提速,固態電池是風口還是噱頭?|行業風向標

鈦媒體 ·  04/11 12:33
(圖片系AI生成)
(圖片系AI生成)

近來,A股市場震盪盤整爲主,但仍有熱點頻頻引爆市場。這其中,強勢出圈的非固態電池莫屬。尤其4月9日,固態電池板塊全面爆發,翔豐華(300890.SZ)、豐元股份(002805.SZ)等多股集體漲停,當升科技(300073.SZ)、容百科技(688005.SH)、硅寶科技(300019.SZ)均漲超15%。隨後的10日、11日,隨着大盤弱勢運行,板塊有所回落,但豐元股份、德福科技(301511.SZ)等概念股依然持續飆漲。

固態電池在資本市場站上風口,核心催化是今年來利好消息不斷,特別是近期車企、電池廠、科研院所等紛紛下場官宣相關新品、研發突破,大有產業化提速之勢。

量產上車、超長續航、A股熱炒,固態電池一時風頭無兩。但業內人士紛紛告訴鈦媒體APP,當前的固態電池並非真正意義上的固態電池,說半固態/準固態電池更爲準確。此前寧德時代(300750.SZ)召開業績會時也表示,目前還有很多基本的科學問題待解決,產業化路遠。

那麼,固態電池真的來了嗎?真能給新能源汽車帶來顛覆性革命?核心難點又在哪裏?

固態電池站上風口

固態電池,它真的來了。

早在去年6月,北京衛藍新能源科技有限公司(以下簡稱“衛藍新能源”)宣佈360Wh/kg鋰電池電芯正式交付蔚來汽車。同年12月17日,蔚來CEO李斌開着一輛搭載150kWh電池包的ET7,在氣溫只有-2℃的上海,完成了1000公里的續航挑戰,引發多方關注。

進入2024年,前有日本電池企業麥克賽爾開發出了圓柱形全固態電池;後有QS的固態電池產品在實驗室中通過了大衆的耐久性測試;1月11日,哈佛大學也宣佈使用新方法提高了固態電池的壽命。

到今年3月25日,智己汽車聯席CEO劉濤又在微博發文透露,準900V超快充固態電池即將在智己L6量產上車。4月8日,率先搭載行業首個量產上車的“超快充固態電池1.0”的的智己L6正式發佈。該固態電池可實現高溫不可燃、減少穿刺短路的同時,峯值充電功率達400kW,充電12分鐘續航增加400km。

稍早之前的4月2日,太藍新能源宣佈在“車規級全固態鋰電池”研發方面取得重大進展,首發車規級 720Wh/kg體型化全固態電池。

無獨有偶,4月9日,廣汽埃安旗下昊鉑品牌也官宣,昊鉑“全固態”電池即將亮相,將於4月12日發佈。據介紹,該電池採用100%固態電解質,具備超高能量密度、超強本徵安全(主要指單體安全),超寬使用溫域等特點,並已經“從實驗室走向量產應用”。

當然,除了車企開卷外,電池企業及上游材料端也不斷釋出固態電池相關利好。寧德時代4月初就在互動平台透露,“公司非常重視固態電池,已經進行了多年的佈局,最近加大了很多投入,在固態電池領域處於行業領先地位。與此同時,公司發佈了凝聚態電池,能量密度最高可達500Wh/kg,正在進行民用電動載人飛機項目的合作開發,執行航空級的標準與測試,滿足航空級的安全與質量要求,同時,我們還將推出凝聚態電池的車規級應用版本。”

最新的消息來自中科院青島生物能源與過程研究所先進儲能材料與技術研究團隊,他們在硫化物電解質研究領域取得了重大突破,成功解決了制約硫化物全固態電池疊層工藝的關鍵痛點和技術瓶頸。

(三祥新材日K線圖,來源:wind)
(三祥新材日K線圖,來源:wind)

量產上車和更多應用消息紛至沓來,早在2023年就曾在資本市場掀起過風雲的固態電池概念又一次攪動A股,成爲當下最熱板塊,個股更是牛氣沖天。比如,三祥新材(603663.SH)在最近的10個交易日錄得8個漲停板,股價實現翻倍;當升科技和東方鋯業(002167.SZ)股價也大幅上漲,10天累計上漲高達57.01%和59.59%。

顛覆新能源汽車的未來電池主流?

鋰電池由正極、負極、隔膜和電解質四部分組成,運作原理大同小異。電池放電的過程,是鋰釋放電子成爲鋰離子,而電解質隔膜能夠通過鋰離子不會通過電子,從而讓鋰離子通過到另一邊;充電的時候,鋰離子再從電解質隔膜穿回去拿回電子,如此往復。電解質液的功能就是讓鋰離子通過而不要電子通過,而如果電子通過,則會發生電池爆燃、爆炸。

新能源汽車的動力電池,關鍵指標就三點:能量密度、充電速度、極端天氣下的工作效率。當前主流的三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池均屬於液態電池,通常使用石墨作爲負極材料,其理論比容量有限;且由於電解液的存在,始終面臨充電效率低、碰撞起火等問題。

(液態、固態、半固態電池對比,來源:華金證券研報)
(液態、固態、半固態電池對比,來源:華金證券研報)

“固態電池被廣泛認爲是未來電池技術的主流發展方向之一,原因在於它們相較於傳統液態鋰離子電池具有多項潛在優勢。”深度科技研究院院長張孝榮告訴鈦媒體APP,固態電池最大的優勢包括更高的能量密度,這意味着在相同體積或重量下可以存儲更多的電能,從而提高電動汽車的續航里程;其次,是更好的安全性,因爲固態電解質不可燃,減少了熱失控和電池燃燒的風險;以及更寬的工作溫度範圍,使得電池在極端環境下也能保持良好性能。

這其實很好理解,固態電池是將液態電解液部分或全部替換成固態電解質,且固態電池負極採用更高能量的電極材料,如硅基負極(理論比容量約3000mAh/g),甚至納米硅碳負極、鋰金屬負極,能量密度更高;且固態電解質的分子排列更緊密有序,鋰離子可以更直接、更快速地通過這些通道,充電速度也起來了。

同時,全固態電池的電解質在-30°C和100°C的範圍內都不會凝固,不會氣化,溫度適應性也更好。

另外,使用固態電解質取代液態電池的隔膜和電解液後,固態電池正負極之間的距離可以縮短到只有幾到十幾個微米,從而大幅降低電池的厚度,進而縮小電池體積。

技術和成本掣肘下產業化道遠

既然固態電池完勝液態電池,爲何不全面替代液態電池?因爲,固態電池技術突破仍需努力,量產還太難。

寧德時代就在2023年度業績說明會上坦言:“固態電池有3條技術路線,即氧化物路線、硫化物路線及聚合物路線。目前還有很多基本的科學問題待解決,如大多數固態電解質中的離子擴散速率與液態電解質存在數量級差異、固固界面難以始終保持良好接觸等,在突破這些科技問題後,還會遇到產業化的問題。”

萬聯證券屈放也向鈦媒體APP表示,技術方面,固態電解質離子輸運機制、鋰金屬負極鋰枝晶生長機制和多場耦合體系失控失效機制爲固態電池發展面臨的核心問題。

除了技術難點外,固態電池面臨的最大問題是量產難,這就涉及材料成本高和製程複雜的問題。

“舉個最簡單的例子,固態電池的負極材料目前較多采用硅碳負極,但硅碳負極材料目前產能有限,價格在15萬元/噸以上,是人造石墨負極的5倍甚至更多。”有鋰電池生產企業人士向鈦媒體APP直言,成本降不下去,產品就大概率賣不出去,產業化就難以落地。

根據Mysteel的數據,4月11日,人造石墨負極26000元/噸,天然石墨負極33000元/噸,而硅碳負極價格爲14萬元-20萬元/噸,硅氧負極15-20萬元/噸,納米硅更是達到25-40萬元/噸。

華金證券則從上車的電池包成本解釋固態電池成本高的問題,“以蔚來2023年7月上線的150kWh電池包信息測算,其半固態電池成本約爲1.7-2.2元/Wh,遠高於同期車用方形三元電芯、鐵鋰電芯均價0.73、0.65元/Wh。截至2024年4月3日,方形三元電芯、鐵鋰電芯均價已降至0.465、0.375元/Wh。”

上述鋰電池生產企業人士還提到,由於固態電池需要控制精密的溫度和壓力參數等,所以生產環節往往工藝複雜,需要很多精密設備,成本又疊加上去了。

技術和成本限制下,固態電池產業化任重道遠。

“解決這些問題需要跨學科的研究合作、新材料的開發、電池設計的創新以及生產工藝的優化。”張孝榮稱,預計在未來5到10年內,隨着材料科學和製造技術的進步,固態電池的產業化難點或將逐步得到解決。

這就意味着,目前所謂的固態電池其實並不是真正的全固態。中關村物聯網產業聯盟副秘書長、專精特新企業高質量發展促進工程執行主任袁帥向鈦媒體APP指出,“目前市場上所謂的固態電池可能仍含有少量液態電解質,以提高離子導電性或解決其他技術問題。因此,根據這些電池的實際組成和性能,稱其爲半固態電池或準固態電池可能更爲準確。”

智己L6動力電池供應商清陶能源聯合創始人、總經理李崢也坦陳,清陶能源的固態電池產業化分爲三步:第一代固態電池,即在智己汽車上裝車量產的電池,也被稱爲半固態電池;2025年會開發第二代固態電池;最終實現的第三代固態電池,也就是全固態電池。

全產業鏈發力

儘管真正的全固態電池仍是未來時,但在讓新能源車徹底擺脫了“充電焦慮”和“續航恐懼”的強大性能面前,車企、電池廠已然紛紛入局,全產業鏈發力已經開始,這也是A股市場頻頻炒作的預期。

產業鏈來看,固態電池上游爲基礎材料及設備,包括原材料礦產、電芯材料和生產設備;中游爲電池包加工製備,包括電池封裝、電池管理系統等;下游爲應用領域,包括新能源汽車、消費電子、儲能、eVTOL等。

東方證券認爲,未來固態電池材料體系全面優化,產業鏈存在較多潛在機會。其中,電解質爲固態電池關鍵創新點;正負極材料向高性能方向迭代,打開高鎳三元、硅基負極乃至鋰金屬負極的應用空間;封裝多采用軟包路線,鋁塑膜需求也有望提升。

(固態電池產業鏈情況,來源:華金證券研報)
(固態電池產業鏈情況,來源:華金證券研報)

華金證券則分析指出,鑑於傳統液態電池能量密度限制和eVTOL對電池性能的高要求,固態電池有望率先在eVTOL市場放量。

方正證券測算,目前國產新能源車企已實現半固態電池裝車,預計2026年-2030年爲全固態電池放量窗口期。2027年/2030年,固態電池需求量或超100GWh/460GWh。2024-2025年,全球鋰電行業維持較高增速,2026年後增速或放緩。

鈦媒體APP梳理發現,作爲過渡,目前產業鏈各環節已經在加速推進半固態電池的產業化和商業化了,全固態電池研究同步進行中。

負極材料端,目前國內企業正在佈局產能,比如:硅寶科技2023年建成1000噸/年動力電池用硅碳負極生產線,1萬噸/年的項目去年完成全部基建,目前開始設備安裝;杉杉股份(600884.SH)硅氧、硅碳在建產能爲4萬噸,預計今年8月份實現量產;貝特瑞(835185.BJ)有硅氧、硅碳負極0.6萬噸/年產能,4萬噸/年產能仍在建;璞泰來(603659.SH)硅氧、硅碳在建產能則爲1.2萬噸。

電池生產方面,贛鋒鋰業固態電池4GWh產能已經於2023年建成量產,後續36GWh產能正在建設中;衛藍新能源總規劃50.2GWh產能,已投產30.2GWh產能;清陶能源規劃36GWh產能,已建成2GWh產能。

下游新能源車廠則紛紛以半固態電池方案過渡,規劃逐步實現向全固態電池的轉化。比如,已經在智己L6上搭載800V超快充半固態電池的上汽集團,規劃2025年在智己、飛凡、榮威、MG等車型上實現固態電池量產;廣汽集團擬2026年在昊鉑車型上實現全固態電池量產;長安汽車擬2025年開始量產能量密度達到350-500Wh/kg固態電池產品,2030年實現全面普及,2035年左右實現鋰金屬電池、鋰硫電池等裝車應用。

(本文首發於鈦媒體 APP,作者|蘇啓桃)

譯文內容由第三人軟體翻譯。


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