中國基金報
莫琳
2024-11-29 11:11
如果說2023年業(yè)界對固態(tài)電池的態(tài)度還有所保留，那么2024年便有了180度的大轉(zhuǎn)變，先是資本市場聞風(fēng)而動，后是產(chǎn)業(yè)鏈逐步兌現(xiàn)。
11月22日，本田宣布將從2025年1月開始試生產(chǎn)純電車使用的“全固態(tài)電池”。作為固態(tài)電池最早的擁躉者之一，本田在這一領(lǐng)域已經(jīng)耕耘了十余年，但由于量產(chǎn)難度極大，時間表被屢屢推遲。
中國集聚了全球七成以上的電池產(chǎn)能，包括寧德時代（300750.SZ）、欣旺達(300207.SZ)、億緯鋰能(300014.SZ)、國軒高科(002074.SZ)等全球頭部電池廠商，在固態(tài)電池的量產(chǎn)進度上同樣不甘落后。
另一方面，初創(chuàng)企業(yè)開始嶄露頭角，力圖在新技術(shù)面前跟巨頭分一杯羹。
11月20日，安瓦新能源宣布落地全球首條GWh級新型固態(tài)電池生產(chǎn)線，盡管這家公司與奇瑞汽車和國軒高科有著千絲萬縷的聯(lián)系。據(jù)21世紀(jì)經(jīng)濟報道記者了解，該量產(chǎn)產(chǎn)線并非全固態(tài)電池，只能稱之為半固態(tài)電池，預(yù)計2025年一季度實現(xiàn)量產(chǎn)，能量密度超過280Wh/kg。
作為鋰電池的終極形態(tài)，固態(tài)電池正成為新能源的游戲規(guī)則改變者，中國、日韓、美國均將其作為下一代電池技術(shù)的制勝點，試圖搶占先機獲得一定的競爭優(yōu)勢，成為下一個“寧王”。
TrendForce集邦咨詢分析師曾佑鵬認(rèn)為，固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化進程沒有超預(yù)期，但市場對固態(tài)電池的關(guān)注熱情卻有些超出預(yù)期?！拔覀儽３种傲慨a(chǎn)時間的預(yù)期，GWh級別且面向車規(guī)級應(yīng)用的全固態(tài)電池量產(chǎn)預(yù)計還需要3-5年（2028年左右）。”
圖片來源：資料圖片
從半固態(tài)到全固態(tài)
正如同1991年日本索尼首次將液態(tài)鋰電池產(chǎn)業(yè)化，歷經(jīng)30余年鋰電池才得以取得今天的成就。
科學(xué)家們同樣在固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化上也做出了長足的努力，豐田公司早從2006年便開始固態(tài)電池的研發(fā)工作，寧德時代在固態(tài)電池上同樣努力了超過10年。
但迄今為止，全行業(yè)誰都不具備量產(chǎn)全固態(tài)電池的能力。
“需要注意的是，目前即便有企業(yè)宣稱全固態(tài)電池量產(chǎn)，主要還是在MWh級別的中試規(guī)模，且主要面向3C等消費電子應(yīng)用的小容量電芯（一般在5Ah以下）。”曾佑鵬表示。
寧德時代董事長曾毓群將固態(tài)電池研發(fā)進度分為9個等級，他在今年9月的動力電池大會上稱寧德時代目前處在第四等級，目標(biāo)是在2027年提高到7-8級，實現(xiàn)全固態(tài)電池小批量生產(chǎn)。
作為目前動力電池的霸主，在面對固態(tài)電池這一鋰電池終極形態(tài)時，有媒體報道稱，寧德時代投入了超過1000人的研發(fā)力量，這一規(guī)模在全球都是首屈一指。
如果說寧德時代對固態(tài)電池相對“保守”，車企表現(xiàn)則相對“激進”，其背后既有成本考量，也有想擺脫動力電池廠商桎梏的動機，畢竟誰也不想一直為“寧王”打工。
不過，即便是智己L6宣稱首發(fā)搭載了“第一代光年固態(tài)電池”，其電池供應(yīng)商清陶能源聯(lián)合創(chuàng)始人李崢表示，光年固態(tài)電池加入了10%的浸潤液，依然屬于半固態(tài)電池。
GGII預(yù)測，今年半固態(tài)電池出貨量預(yù)計約7GWh，到2030年將超過65GWh，2035年達約300GWh。全固態(tài)電池則預(yù)計2028年可實現(xiàn)出貨量突破1GWh。
值得注意的是，下半年伊始，關(guān)于固態(tài)電池的“文字游戲”有所減少，絕大多數(shù)廠商在宣發(fā)時都會區(qū)分半固態(tài)電池和全固態(tài)電池。
近期，廣汽集團宣布，全固態(tài)電池將于2026年搭載在昊鉑車型上，能量密度達400Wh/kg；奇瑞汽車宣布計劃在2026年開始全固態(tài)電池上車，2027年將批量上市，屆時純電續(xù)航里程將有望突破1500公里。
能量密度是衡量電池的重要性能指標(biāo)，過去三十年間，電池廠力求在同等的體積和重量中塞入更多的電量。
曾佑鵬建議，量產(chǎn)初期企業(yè)一般在材料體系的選擇上不宜太激進，否則全固態(tài)電池實現(xiàn)量產(chǎn)的技術(shù)難度太高。按時間線劃分，2027-2030年期間量產(chǎn)的第一代車用全固態(tài)電池，預(yù)計能量密度大部分將落在300-400Wh/kg之間,2030年之后有望實現(xiàn)400Wh/kg以上全固態(tài)量產(chǎn)，并在2035年之前實現(xiàn)500Wh/kg全固態(tài)量產(chǎn)。
固態(tài)電解質(zhì)進階：硫化物押注最多
傳統(tǒng)電池使用液態(tài)電解質(zhì)或凝膠電解質(zhì)，而全固態(tài)電池一大變化是將液態(tài)電解質(zhì)替換為固態(tài)電解質(zhì)。固態(tài)電解質(zhì)更加穩(wěn)定和安全，因而在正極和負(fù)極用料上可以更加激進，這也使得電池性能得以極大提升。
目前，固態(tài)電池按電解質(zhì)可劃分為氧化物、硫化物、聚合物等，硫化物固態(tài)電池離子電導(dǎo)率比較高，在能量密度、循環(huán)壽命以及快充上優(yōu)于氧化物固態(tài)電池。
因此，包括寧德時代、豐田、三星在內(nèi)的廠商均選擇了硫化物路線。寧德時代首席科學(xué)家吳凱曾表示，硫化物路線的性能上限最高且量產(chǎn)進度最快。
曾佑鵬表示，固態(tài)電解質(zhì)材料今年以來逐步取得突破。例如固態(tài)電解質(zhì)與正負(fù)極材料固—固接觸界面的處理，不同固態(tài)電解質(zhì)的復(fù)合策略等。同時在制造端，硫化物固態(tài)電解質(zhì)百噸級的工程放大驗證即將逐步開始。
不可否認(rèn)的是，硫化物固態(tài)電池仍面臨著多項技術(shù)難題。其中，硫化物固態(tài)電池搭配金屬鋰負(fù)極，在充放電過程中，金屬鋰負(fù)極與硫化物電解質(zhì)的界面容易發(fā)生副反應(yīng)，導(dǎo)致“鋰枝晶”現(xiàn)象的出現(xiàn)。
樹杈狀的“鋰枝晶”刺穿電解質(zhì)后會讓電池短路失效，進而影響電池壽命。盡管液態(tài)鋰電池也面臨這一問題，但由于全固態(tài)電池在使用含鋰量更高的材料后，鋰枝晶的沉積會比液態(tài)電池更快，更難處理。
11月5日，華為公布了硫化物的固態(tài)電池專利便是針對這一現(xiàn)象，該專利通過摻雜包括氮元素等材料，使得摻雜硫化物材料對金屬鋰具有較佳的穩(wěn)定性，制備的鋰離子電池具有較長的使用壽命。
TrendForce集邦咨詢研報顯示，硫化物性能潛力大，但成本高，降本空間大。預(yù)估硫化物固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化初期電芯BOM成本在1-2元/Wh，當(dāng)硫化物電解質(zhì)規(guī)模量產(chǎn)后，中期（2030年）電芯BOM成本預(yù)計在1元/Wh以內(nèi)，遠期（2035年）當(dāng)固態(tài)電解質(zhì)成本降至30萬/噸以內(nèi)時，電芯BOM成本有望降至0.4元/Wh以下。
除此之外，同樣不乏電池廠商選擇押注氧化物或聚合物的技術(shù)路線。今年6月，億緯鋰能中央研究院常務(wù)副院長趙瑞瑞表示，億緯鋰能固態(tài)電池選擇硫化物和鹵化物固態(tài)電解質(zhì)的技術(shù)路線，預(yù)計2026年推出全固態(tài)電池，先落地于混合動力汽車。
近期，欣界能源發(fā)布獵鷹高能量鋰金屬固態(tài)電池，采用金屬鋰作為負(fù)極，氧化物陶瓷作為電解質(zhì)，其能量密度達480Wh/kg。
當(dāng)下，不同固態(tài)電解質(zhì)之間的競爭仍在延續(xù)，短時間內(nèi)看不到絕對的領(lǐng)先優(yōu)勢?！皯?yīng)該說都有其發(fā)展?jié)摿Γ煌瑧?yīng)用場景下技術(shù)路線的選擇可能會有差異?！痹御i表示。
低空經(jīng)濟與固態(tài)電池雙向奔赴
不僅新能源汽車需要固態(tài)電池解決續(xù)航焦慮，低空經(jīng)濟等新興市場同樣亟需固態(tài)電池的幫助。
德迅投資總監(jiān)周華林在接受21世紀(jì)經(jīng)濟報道記者采訪時則表示，汽車和eVTOL對電池的需求是類似的，eVTOL對電池的需求有充電速度更快、放電倍率更高、能量密度更高、電池高安全性等。
11月14日，億航智能的EH216-S完成了全球首例eVTOL搭載固態(tài)電池飛行測試，續(xù)航時間達到了48分10秒，續(xù)航時間提升了60%~90%。
該電池便是由欣界能源研發(fā)和制造，億航智能目前正爭取在2025年底前實現(xiàn)固態(tài)電池在EH216-S的認(rèn)證和裝機量產(chǎn)。
“作為低空經(jīng)濟的重要組成部分，eVTOL或?qū)⒃谖磥韼啄暧瓉肀l(fā)，現(xiàn)階段類似于2012年或2013年電動汽車市場的趨勢。未來將持續(xù)提升固態(tài)電池的性能以增加EH216-S的續(xù)航時間，2025年有望進一步提升25%至60分鐘。”欣界能源董事長陳霖表示。
看上低空經(jīng)濟這塊蛋糕的不僅只有欣界能源，今年年初，寧德時代戰(zhàn)略投資峰飛航空。峰飛航空方面透露，雙方將在eVTOL航空電池領(lǐng)域共同研發(fā)，著力提升電池的能量密度和性能表現(xiàn)。
航空燃油的能量密度約為12700Wh/kg，為當(dāng)前eVTOL電池能量密度的幾十倍，目前純電eVTOL的續(xù)航時間在15-60分鐘之間，僅能覆蓋城市內(nèi)的短途飛行需求。
億航智能副總裁張宏在2024高工鋰電年會上表示，eVTOL所需的電池能量密度要達300Wh/kg以上，在這基礎(chǔ)上越高越好。
除此之外，因為電力驅(qū)動是實現(xiàn)零排放、降低運營成本的核心。隨著相關(guān)產(chǎn)業(yè)規(guī)?；l(fā)展，未來eVTOL核心運價有望降低至5-7元/公里。
有業(yè)界觀點認(rèn)為，為保證eVTOL的運行經(jīng)濟性，頭部eVTOL企業(yè)還希望電池循環(huán)壽命能夠達到500次以上，600~700次更佳。
周華林表示，鑒于eVTOL數(shù)量較少，能夠承擔(dān)更高的成本，因此全固態(tài)電池很有可能在eVTOL上率先使用。
根據(jù)GGII數(shù)據(jù)，到2035年，儲能市場，以及以eVTOL、機器人、特種動力為代表的新興領(lǐng)域和3C數(shù)碼產(chǎn)品，預(yù)計將分別貢獻固態(tài)電池出貨量的20%以上、10%以上和5%以上。
目前，半固態(tài)電池已實現(xiàn)10GWh級別出貨，全固態(tài)電池有望在技術(shù)突破、工程化量產(chǎn)及下游驗證完成后，于2028年進入GWh級應(yīng)用階段。
