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固态电池拉开产业化大幕 群雄并起共赴万亿新征途

固态电池拉开产业化大幕 群雄并起共赴万亿新征途

证券时报记(jì)者 安宇飞

在锂电池的进化之路上,全固态电池是终极(jí)目标。而近期多(duō)家电池企(qǐ)业纷纷发(fā)布全固态电池产品,为全固态电池产业(yè)化按下了“加速键”:8月28日,鹏辉能源发(fā)布了第一代全固态电池;同一天,中创新航发(fā)布了名为“无界”的全固(gù)态电池(chí),计划在2027年实现小批量装车验证;宁德时代表示(shì),公司全(quán)固态电池2027年有望实现小批量生产……

中信证券研报测算称,2030年全(quán)球固态电池出货需(xū)求(qiú)将达643GWh,2024年~2030年复合年均增长率达133%,合计市场空间达(dá)1.2万亿(yì)元(yuán)。固态电池的产业化大幕已经缓缓拉开。

全国固态电池的发展情况究竟如(rú)何?从液态到半固态、再到(dào)全 固态电池的征(zhēng)途上(shàng)有哪些“险关要隘”难以攻克?证(zhèng)券时报记者探访(fǎng)多家(jiā)固态电(diàn)池产业链厂商寻求答案。

固态电池

产业化“大幕揭开”

一瓶不起眼的白色粉末,蕴藏着锂电池从液态走向固态的“庞大能量”,这(zhè)是广汽埃安向证券时报记者展示(shì)的全固态电解质 。走进 位于广(guǎng)州(zhōu)市(shì)番禺区的广汽埃安大堂(táng)展厅,记者看到(dào)了用玻(bō)璃瓶装(zhuāng)起来(lái)的粉末状(zhuàng)高环境适应性(xìng)复(fù)合(hé)固态电(diàn)解质,以(yǐ)及用其生产的锂金属 全固态电池、无锂负极全固态电池。

据广汽埃安工作人(rén)员介绍,采用固态电解质生产的全固(gù)态电池“开发难度(dù)堪比 攀登珠穆朗玛峰”,它可以实现高安全性能和400Wh/kg的超高能量密度,让汽(qì)车续航里程突破1000公里。广汽(qì)埃安计划在2026年完成(chéng)全固态电池开发,并首(shǒu)先搭载于昊铂车型 。

据起点研究院统计,中国固态电池产业链企业主(zhǔ)要集中在珠三角和(hé)长三角。从珠(zhū)三角到长三角,从中游电池企业上溯到锂(lǐ)电设(shè)备厂商(shāng),记者来到位(wèi)于江苏(sū)无锡的先导智能工厂。一台台精密又庞大的锂电设备在(zài)这里被制(zhì)造出来,先(xiān)导智能已经完成全固态电极(jí)制备、全固态电解质膜制备(bèi)设备到全固态电池整线解决(jué)方案的技术攻关。

先导智能董(dǒng)事长王燕(yàn)清向证券时报记者表示:“全固态(tài)电池从技术成熟度来看已经接近(jìn)‘商(shāng)用阶段’,只是由于 尚未实现规模化量产,成(chéng)本效益相对较低,目前仍处(chù)于市场探索与验证(zhèng)阶段。如今高(gāo)端玩家已经结束观望(wàng),正积极投身于(yú)全固态电池的市(shì)场开发和(hé)建设中,行业有望(wàng)迎来快速发展机遇期(qī)。”

目前,半固态、准固态和全固态电池(chí),被统称为固态电(diàn)池。近期,鹏辉能源和中创新航(háng)纷纷发布全(quán)固(gù)态电池产品,而半固态电池商业化进程更快,岚图追光、智己(jǐ)L6等车型(xíng)已经实现(xiàn)半固态电池的(de)搭载,固态(tài)电池产业化大幕已经拉开。

据起点研究院发布的《2024固态电(diàn)池发展白皮书》,截至2024年8月底,中国固态电池产业链企业(不包括(kuò)设备企业)已超过250家,其中,电芯企业100家,固态电解质企业达50家。目前各家企业公布的(半)固态电池产能及规划已经超过400GWh,未来几年固态电池发展将加速(sù)落地。

电池(chí)产业链(liàn)

将“翻天覆地(dì)”

现阶段,锂电池(chí)四大关键材料分别为(wèi)正极(jí)材料、负极材(cái)料、隔(gé)膜和(hé)电解液(yè),每个材料环节都涉及大量产业链企业。

而(ér)全(quán)固态电池之所以比液(yè)态电池具有更高安全性和更高能量密度(dù),是因为其用不易燃的(de)固态电解质取代了电解液和隔(gé)膜,可(kě)以兼容更为高比(bǐ)容(róng)的正负极材料。这意味着,液态电池走(zǒu)向(xiàng)固态电池的(de)进程(chéng)中,电池产业链(liàn)将产生“翻天覆地”的变化(huà),隔膜和电解液企业(yè)首当其冲。

“在制造方面,如果全固态电池采用湿法工艺,目前(qián)液(yè)态(tài)锂电池(chí)的一般设(shè)备都 不(bù)能(néng)用。如果采用干法工艺,目前液态锂电池三分之二的设备都(dōu)不能用。因此要(yào)重新设计匹(pǐ)配全固态电池生产的工艺及(jí)设备 ,比如干(gàn)法电极制备技术等。”起点(diǎn)研究院研究主管吴雨龙表示(shì)。

中南(nán)大学张永(yǒng)柱教授表示,做半固态和全固(gù)态就要对目前的产线进行修改、调整(zhěng),这需(xū)要一些时间。在新(xīn)能源行业里,液(yè)态(tài)电池产线已经投资了几万亿元,企业们(men)是一定要把传统的液态电 池投资先收(shōu)回(huí)来,然后再搞半固态和全固(gù)态。未来3年~5年,设备厂、软件厂(chǎng)、芯片厂需要腾出时间(jiān)来做半固态(tài)和全固(gù)态的产业化,来降(jiàng)低成(chéng)本(běn)。

量产(chǎn)路上

仍存(cún)“险关要隘”

起点研究院预计,全 球固态电池未(wèi)来两年将加(jiā)速发展,2025年(nián)到2030年将是半(bàn)固态电池和准固态电池产品导入 期,2030年到 2035年(nián)将是全固(gù)态电池产品导入期。尽管多家车企已经实现了(le)半(bàn)固态电池的“上车”,但固态电(diàn)池产业发展仍存在技术、路(lù)线、材料、成本等多重难关。

从技术来看,主要 是(shì)“固固界面”的难题待解。在固态电解质中,电极(jí)和(hé)电解质之(zhī)间的界面(miàn)接(jiē)触从(cóng)固—液接触(chù)变为固—固接触,接触面积小,形成了更高的界面电阻(zǔ)。这导致了固态电池循环寿命(mìng)差、快充性能(néng)差等(děng)问题。“如何解决好固态电池中的界面问题,成(chéng)了固态电池能否大(dà)规模(mó)应用 的(de)关键,如何兼顾电导率、减少副反应、降低阻 抗仍是目(mù)前产业在 攻克(kè)的(de)方向。”吴(wú)雨龙表示。

从材料来看,固态电(diàn)池体系采(cǎi)用高性能的正负极材料,往往涉及高价稀有金属,原材料成本远高(gāo)于液态电池。“固(gù)态电池所需的电极材料、电解质等多为高科技新材料,加 之产业链尚不完善,部分原材料未实现(xiàn)量产,整体产业链成本也比较高昂,这(zhè)也(yě)在一(yī)定程(chéng)度上制约了市场的发(fā)展。”王燕清向 记者表示。

从价格来看,起点研究院向记者提供(gōng)的数据(jù)显示(shì),某固态电池企业卖给(gěi)车企的半固态电池(chí)售价超过2元/Wh,某新兴固态电池企业卖给某飞行器企业的(de)准固态电池售价超7元/Wh。而同期液态车用三元电(diàn)芯(xīn)价(jià)格是0.5元~0.6元/Wh,磷酸铁锂电芯是0.3元~0.45元/Wh。可(kě)以看(kàn)到(dào),固态电池(chí)价格目前是液态电池的数倍。降低成本将成为固态电池大规(guī)模商用前需要攻克的重点关隘。

不过,在液态锂电池的能量密度已经接近安(ān)全极限的情况下,固(gù)态电 池的(de)发展(zhǎn)哪怕(pà)面临重重险关,也必须(xū)一一攻克。王(wáng)燕清认为:“随着生产技术的提高和规模化生产(chǎn)的推进,全固态(tài)电(diàn)池的成本将逐渐下降(jiàng),最(zuì)终将(jiāng)具备与半固态(tài)电池乃(nǎi)至传统液态电池相抗衡的市场竞争力。”

在锂电池的(de)进化之路上,全(quán)固(gù)态电池(chí)是(shì)终极目标。

固态电池拉开产业化大幕 群雄并起共赴万亿新征途

近期多家电池企业纷纷(fēn)发布全固态(tài)电(diàn)池产(chǎn)品,为全固态电池产业化摁下了“加速键”:8月28日,鹏辉能源发布了第一代全固态(tài)电池;同一天 ,中 创新航发布(bù)了名为“无界”的(de)全固(gù)态电池,计划在2027年实现小批(pī)量装车验证;宁德时代也表(biǎo)示,公司全固态(tài)电池2027年有望(wàng)实现小批量生产……

有电池材料企业提供“弹药”,锂电池设备企业打造“枪炮”,中游(yóu)的(de)电池企业正共同奔赴固态电池的万亿征途。中信证券研报表示,2024年(nián)以来,我国固态(tài)电池行业出现半固态量产车型上市、半固(gù)态电池装车渗透率达1%等边际变化,产业化信号已至(zhì)。据测算,2030年全球固态(tài)电池出货需(xū)求(qiú)将达643GWh,2024年—2030年复合年均(jūn)增长率达133%,合计市场空(kōng)间达1.2万(wàn)亿(yì)元。

固态电池的产业化大幕(mù)已经(jīng)缓缓拉(lā)开,全国固态电(diàn)池的发展情况究竟如何?从液态到半固(gù)态、再到全固态电池(chí)的(de)征途上有哪些“险关(guān)要隘”难以攻(gōng)克?固态(tài)电池(chí)真正“量产(chǎn)元年”将在何时到来?记者探访了多(duō)家固态电池产业链厂商寻求答案。

固(gù)态电池产业化“大 幕(mù)揭开”

一瓶不起眼的白色粉末,蕴藏着锂电池从液态走向固态的“庞大能量”,这是广(guǎng)汽埃安向证 券时报记者展示的全固态电解(jiě)质。走进位于广州市番禺区的广汽(qì)埃安大堂展厅,记(jì)者看到了用玻璃瓶装起来的粉末状的高环境适应性(xìng)复合固态电解质,以及用其生产的锂金属全固(gù)态电池、无锂负极全固态电池。

广汽埃安固态电池和固态(tài)电解质

据广(guǎng)汽埃安工作人员介绍,采用固(gù)态电解质生产的全固态电(diàn)池“开发难度堪比攀(pān)登珠穆朗玛峰”,它可以实现高安全性能和400Wh/kg的超高能量(liàng)密度,比目前量产的(de)液态锂电池(chí)体积能量密度提升50%以上。广汽埃安也定下了一个目标(biāo):在2026年完成全固态电池开发,并(bìng)首先搭载于昊铂(bó)车型。

据起(qǐ)点研究院统计,中国(guó)固态电池产(chǎn)业链企业主要集中在珠三角(jiǎo)和长三角。从珠(zhū)三角到长三角,从中游电池企业上 溯到(dào)锂电设备厂商,记者又来到位于江苏无锡(xī)的先导智(zhì)能工厂。一台台精密又庞(páng)大的(de)设备在这里被制造而(ér)出,先 导智(zhì)能已经完成从全固态电极制备(bèi)、全固态电(diàn)解质膜制(zhì)备设备到高压化成分容、致密化设备等全固态电 池整线解决方案的技术 攻关,攻破了全固态电池(chí)量产的“设备大(dà)关”。

先(xiān)导智能工厂

先导(dǎo)智能董事长王燕 清(qīng)向(xiàng)证券时报记者表示:“全(quán)固态电池从技术成熟度来看已经接近(jìn)‘商用阶(jiē)段’,只是由于尚未实现规模化量产,成本(běn)效益相(xiāng)对(duì)较低,目前仍处于市场探索(suǒ)与(yǔ)验证阶(jiē)段。如今高端玩家已经结束观望,正积极 投身于(yú)全固态电(diàn)池的(de)市场开发和建设中,行业有望迎来快(kuài)速发展机遇期 。”

从技术路线(xiàn)来看,中国锂电池行业从液态(tài)电池走向全固态的征途中(zhōng),还要经过半固态、准固(gù)态电池的过渡阶 段。半固(gù)态、准固态和全固态电池,被统称为固态电池。近期,鹏辉能源和中创新航纷纷发布全固态电池产品,而半固态电池商业化进程更快,岚图追光、智己L6等车型均搭载半固态电池,vivo X Fold3系列手机也采用了半固(gù)态(tài)电池(chí),固态(tài)电池已经拉(lā)开了产业化的大(dà)幕。

据起点研究院发布的《2024固态电池发展白皮书》,截至2024年8月底,中国固态电池产 业链企业(不包括设备企业)已超过250家,其(qí)中电芯企业100家,固(gù)态电解质企业达50家。目前各家企业公布的(半 )固态(tài)电池产能及规划已经超过(guò)400GWh,未来几年固态电池(chí)发展将加速落地。

资(zī)本也为固态电池产业的发 展“添了(le)一(yī)把(bǎ)火”。起点研究院向记者提供(gōng)的数据(jù)显示,从2021年1月(yuè)1日到2024年(nián)8月(yuè)30日,据不完(wán)全统计,国内固态(tài)电池产业链融(róng)资案例(lì)发生不低(dī)于40例(lì),融(róng)资金额超过95亿元,其中卫蓝新能源融资6次,太蓝新能源融资5次。

电池产业链将“覆地(dì)翻天”

现阶段,液态锂电池的四大关键(jiàn)材料(liào)分别为正极(jí)材料、负极材料 、隔膜和(hé)电解液,每个材料环节都涉及(jí)大(dà)量产业链企业。而全固态电池之所以比(bǐ)起(qǐ)液态电(diàn)池具有更(gèng)高安全性和更高能量密度,是因为(wèi)其用(yòng)不易燃(rán)的固态电解(jiě)质取代(dài)了电解液和隔膜,可以兼容更为高比容的正负极材料。

这意味着,液态电池走向固态电池的进 程中,电池产业链将产生“翻天覆地(dì)”的变化。英诺贝森(sēn)能(néng)源(yuán)科技(jì)集团联(lián)合创始人、副总裁徐万(wàn)江认为:“全固态电池技术对产业链主要环节的影响程度,从大到小依次为隔膜、电解液、负极材(cái)料、正(zhèng)极材料。”

起点研究院(yuàn)研(yán)究主管吴雨龙表示,从正极材料来看,现有液态电池主要(yào)采用三元、磷酸铁锂和钴酸锂等,全固态(tài)电池将采用超高镍三元、镍锰(měng)酸锂(lǐ)、富锂(lǐ)锰基等。从负(fù)极材料来看,液态电池主要采用(yòng)石墨,全固态电池(chí)的硅碳系比例会提高,锂金属也将更多应用在固态(tài)电池负极。

除此之外,锂电设备方面将迎来大 规模“更新换代”。“在制造方面,如果全固态电池采用湿法工艺,那么目前液态锂电(diàn)池的一般设备都不能用。如果采用干法工艺,那么(me)目前液态锂电池三分之二的设(shè)备都不能用(yòng),因(yīn)此要重新设计匹配全固态电池生产的(de)工艺及(jí)设备。” 吴(wú)雨龙说。

不(bù)过,液态电池产业链企业(yè)仍有较长的“缓冲期”来应对(duì)上(shàng)述变(biàn)化。中南(nán)大学张永柱教授表(biǎo)示,半(bàn)固(gù)态和全固态要对目前的产线进 行修改(gǎi)、调整,这需要一些时间。在新能源行业里,液态电池产线已经投(tóu)资了几万亿,企业们是一定要把传 统(tǒng)的液态(tài)电池投资先收回来,然后再搞半(bàn)固态和全(quán)固(gù)态。未来3年—5年,设备厂、软件厂、芯片厂需要腾出时间来做半固态和固态(tài)的产业化,来(lái)降低成本。

张永柱认为,未来锂(lǐ)电池产业(yè)将是多种技术路线共存的局面,到(dào)2030年半 固态电池有望占据10%的市场(chǎng)份额,全(quán)固态电池占据5%的市场份额,改良的液态电池(chí)仍然是主流。

量产路上仍存“险关要隘”

起点(diǎn)研究院预计,全球固态 电池未(wèi)来(lái)两年将加速发展,2025年到2030年将是半固态电池和(hé)准固(gù)态电池产品导入期,2030年到(dào)2035年将(jiāng)是全固态电池产品(pǐn)导入期。

尽管(guǎn)多家(jiā)车企已经实现了半 固态电(diàn)池的(de)“上车”,但固态电池产业发展仍存在技术、路线、材料、制造、成(chéng)本等多重难(nán)关。

从技术来看,主(zhǔ)要是“固固界(jiè)面”的难题待(dài)解。在固态电解质中,电极(jí)和电解质之间的界面接触从固—液接触变为固—固接触,接 触面积小,形成了更高的 界(jiè)面 电(diàn)阻。这导致了固(gù)态电池循环寿命差 、快充性能差等问题。“如何(hé)解(jiě)决(jué)好(hǎo)固态电池中(zhōng)的界面问题,成(chéng)为了(le)固态电(diàn)池能(néng)否大规模应用的关键,如何(hé)兼 顾电导率、减少(shǎo)副反应、降(jiàng)低阻(zǔ)抗仍是目前产业在(zài)攻克的方向(xiàng)。”吴雨龙表示。

其次,固态电池涉及路线较多(duō),仅(jǐn)固态电解质就涉及聚合物、氧化物、硫化物三大路线。吴雨龙称,根据固态电解质前驱(qū)体 材料的选材不同,每种路(lù)线(xiàn)下面又有(yǒu)很多分支,哪种路线综合性能最优、成本(běn)最具有性(xìng)价比、最有可(kě)能实(shí)现大规模量产,都需要(yào)学界和产(chǎn)业(yè)界共同努力“探路”。

从材料来(lái)看,固态 电池体系(xì)采用高(gāo)性能的正负极材料,往往涉及高价稀有金属,原材料成(chéng)本(běn)远高于液态电池。“固态(tài)电池所需的电极材料、电解质(zhì)等材料多为高(gāo)科技新材料(liào),加之产业链尚不 完善,部(bù)分原材料未实(shí)现(xiàn)量产,整体 产业链成本也比较高昂,这也(yě)在一定程度上制(zhì)约(yuē)了市场的发展。”王燕清向记者表示。

制造方面,由于固态电 池在电解质、制造工艺方面与(yǔ)液(yè)态电池存(cún)在显(xiǎn)著差异,因此需要开发(fā)全新的生产设备和工艺流程。吴雨 龙(lóng)表示,干法电极制备技术、电解质转印(yìn)涂布技术、等静压(yā)成(chéng)型技术等都有待进一(yī)步攻克,很(hěn)多生产环节设备需要定制生产,这些(xiē)都进一步(bù)抬高了制 造成本。

从价格来看,起点研究院向记者提供的数据显示,某(mǒu)固态电池(chí)企业卖(m固态电池拉开产业化大幕 群雄并起共赴万亿新征途ài)给车企的半固态电池售价超(chāo)过2元/Wh,某新(xīn)兴固态 电池企业卖给某飞行(xíng)器企业(yè)的准固(gù)态(tài)电池售价(jià)超7元/Wh。而同(tóng)期液态车用三元电(diàn)芯价格是0.5元—0.6元/Wh,磷(lín)酸铁锂电芯是0.3元—0.45元(yuán)/Wh。可(kě)以(yǐ)看到,固态(tài)电池价格目(mù)前是液态电池的数倍。降低成本将成为固态电池大规模商(shāng)用前需要攻克的重点关(guān)隘。

不过,在液态锂电池的能量密度已经接(jiē)近安全极限的情况下,发固态电池拉开产业化大幕 群雄并起共赴万亿新征途展固态电池是(shì)大势所趋。王燕清(qīng)认为:“随着生产技术的提高和规模化生产(chǎn)的推进,全固态(tài)电池(chí)的成(chéng)本将逐渐下降,最终将具(jù)备与半固态电池乃至传统 液态电池相抗衡的(de)市场竞争力。”

校对:王(wáng)锦(jǐn)程(chéng)

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