中國基金報
張燕北
2024-09-02 10:43
在鋰電池的進化之路上，全固態(tài)電池是終極目標。
近期多家電池企業(yè)紛紛發(fā)布全固態(tài)電池產(chǎn)品，為全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化摁下了“加速鍵”：8月28日，鵬輝能源發(fā)布了第一代全固態(tài)電池；同一天，中創(chuàng)新航發(fā)布了名為“無界”的全固態(tài)電池，計劃在2027年實現(xiàn)小批量裝車驗證；寧德時代也表示，公司全固態(tài)電池2027年有望實現(xiàn)小批量生產(chǎn)……
有電池材料企業(yè)提供“彈藥”，鋰電池設(shè)備企業(yè)打造“槍炮”，中游的電池企業(yè)正共同奔赴固態(tài)電池的萬億征途。中信證券研報表示，2024年以來，我國固態(tài)電池行業(yè)出現(xiàn)半固態(tài)量產(chǎn)車型上市、半固態(tài)電池裝車滲透率達1%等邊際變化，產(chǎn)業(yè)化信號已至。據(jù)測算，2030年全球固態(tài)電池出貨需求將達643GWh，2024年—2030年復(fù)合年均增長率達133%，合計市場空間達1.2萬億元。
固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化大幕已經(jīng)緩緩拉開，全國固態(tài)電池的發(fā)展情況究竟如何？從液態(tài)到半固態(tài)、再到全固態(tài)電池的征途上有哪些“險關(guān)要隘”難以攻克？固態(tài)電池真正“量產(chǎn)元年”將在何時到來？記者探訪了多家固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)鏈廠商尋求答案。
固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化“大幕揭開”
一瓶不起眼的白色粉末，蘊藏著鋰電池從液態(tài)走向固態(tài)的“龐大能量”，這是廣汽埃安向證券時報記者展示的全固態(tài)電解質(zhì)。走進位于廣州市番禺區(qū)的廣汽埃安大堂展廳，記者看到了用玻璃瓶裝起來的粉末狀的高環(huán)境適應(yīng)性復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)，以及用其生產(chǎn)的鋰金屬全固態(tài)電池、無鋰負極全固態(tài)電池。
廣汽埃安固態(tài)電池和固態(tài)電解質(zhì)
據(jù)廣汽埃安工作人員介紹，采用固態(tài)電解質(zhì)生產(chǎn)的全固態(tài)電池“開發(fā)難度堪比攀登珠穆朗瑪峰”，它可以實現(xiàn)高安全性能和400Wh/kg的超高能量密度，比目前量產(chǎn)的液態(tài)鋰電池體積能量密度提升50%以上。廣汽埃安也定下了一個目標：在2026年完成全固態(tài)電池開發(fā)，并首先搭載于昊鉑車型。
據(jù)起點研究院統(tǒng)計，中國固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)主要集中在珠三角和長三角。從珠三角到長三角，從中游電池企業(yè)上溯到鋰電設(shè)備廠商，記者又來到位于江蘇無錫的先導(dǎo)智能工廠。一臺臺精密又龐大的設(shè)備在這里被制造而出，先導(dǎo)智能已經(jīng)完成從全固態(tài)電極制備、全固態(tài)電解質(zhì)膜制備設(shè)備到高壓化成分容、致密化設(shè)備等全固態(tài)電池整線解決方案的技術(shù)攻關(guān)，攻破了全固態(tài)電池量產(chǎn)的“設(shè)備大關(guān)”。
先導(dǎo)智能工廠
先導(dǎo)智能董事長王燕清向證券時報記者表示：“全固態(tài)電池從技術(shù)成熟度來看已經(jīng)接近‘商用階段’，只是由于尚未實現(xiàn)規(guī)模化量產(chǎn)，成本效益相對較低，目前仍處于市場探索與驗證階段。如今高端玩家已經(jīng)結(jié)束觀望，正積極投身于全固態(tài)電池的市場開發(fā)和建設(shè)中，行業(yè)有望迎來快速發(fā)展機遇期。”
從技術(shù)路線來看，中國鋰電池行業(yè)從液態(tài)電池走向全固態(tài)的征途中，還要經(jīng)過半固態(tài)、準固態(tài)電池的過渡階段。半固態(tài)、準固態(tài)和全固態(tài)電池，被統(tǒng)稱為固態(tài)電池。近期，鵬輝能源和中創(chuàng)新航紛紛發(fā)布全固態(tài)電池產(chǎn)品，而半固態(tài)電池商業(yè)化進程更快，嵐圖追光、智己L6等車型均搭載半固態(tài)電池，vivo X Fold3系列手機也采用了半固態(tài)電池，固態(tài)電池已經(jīng)拉開了產(chǎn)業(yè)化的大幕。
據(jù)起點研究院發(fā)布的《2024固態(tài)電池發(fā)展白皮書》，截至2024年8月底，中國固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)（不包括設(shè)備企業(yè)）已超過250家，其中電芯企業(yè)100家，固態(tài)電解質(zhì)企業(yè)達50家。目前各家企業(yè)公布的（半）固態(tài)電池產(chǎn)能及規(guī)劃已經(jīng)超過400GWh，未來幾年固態(tài)電池發(fā)展將加速落地。
資本也為固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展“添了一把火”。起點研究院向記者提供的數(shù)據(jù)顯示，從2021年1月1日到2024年8月30日，據(jù)不完全統(tǒng)計，國內(nèi)固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)鏈融資案例發(fā)生不低于40例，融資金額超過95億元，其中衛(wèi)藍新能源融資6次，太藍新能源融資5次。
電池產(chǎn)業(yè)鏈將“覆地翻天”
現(xiàn)階段，液態(tài)鋰電池的四大關(guān)鍵材料分別為正極材料、負極材料、隔膜和電解液，每個材料環(huán)節(jié)都涉及大量產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)。而全固態(tài)電池之所以比起液態(tài)電池具有更高安全性和更高能量密度，是因為其用不易燃的固態(tài)電解質(zhì)取代了電解液和隔膜，可以兼容更為高比容的正負極材料。
這意味著，液態(tài)電池走向固態(tài)電池的進程中，電池產(chǎn)業(yè)鏈將產(chǎn)生“翻天覆地”的變化。英諾貝森能源科技集團聯(lián)合創(chuàng)始人、副總裁徐萬江認為：“全固態(tài)電池技術(shù)對產(chǎn)業(yè)鏈主要環(huán)節(jié)的影響程度，從大到小依次為隔膜、電解液、負極材料、正極材料。”
起點研究院研究主管吳雨龍表示，從正極材料來看，現(xiàn)有液態(tài)電池主要采用三元、磷酸鐵鋰和鈷酸鋰等，全固態(tài)電池將采用超高鎳三元、鎳錳酸鋰、富鋰錳基等。從負極材料來看，液態(tài)電池主要采用石墨，全固態(tài)電池的硅碳系比例會提高，鋰金屬也將更多應(yīng)用在固態(tài)電池負極。
除此之外，鋰電設(shè)備方面將迎來大規(guī)模“更新?lián)Q代”。“在制造方面，如果全固態(tài)電池采用濕法工藝，那么目前液態(tài)鋰電池的一般設(shè)備都不能用。如果采用干法工藝，那么目前液態(tài)鋰電池三分之二的設(shè)備都不能用，因此要重新設(shè)計匹配全固態(tài)電池生產(chǎn)的工藝及設(shè)備。” 吳雨龍說。
不過，液態(tài)電池產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)仍有較長的“緩沖期”來應(yīng)對上述變化。中南大學(xué)張永柱教授表示，半固態(tài)和全固態(tài)要對目前的產(chǎn)線進行修改、調(diào)整，這需要一些時間。在新能源行業(yè)里，液態(tài)電池產(chǎn)線已經(jīng)投資了幾萬億，企業(yè)們是一定要把傳統(tǒng)的液態(tài)電池投資先收回來，然后再搞半固態(tài)和全固態(tài)。未來3年—5年，設(shè)備廠、軟件廠、芯片廠需要騰出時間來做半固態(tài)和固態(tài)的產(chǎn)業(yè)化，來降低成本。
張永柱認為，未來鋰電池產(chǎn)業(yè)將是多種技術(shù)路線共存的局面，到2030年半固態(tài)電池有望占據(jù)10%的市場份額，全固態(tài)電池占據(jù)5%的市場份額，改良的液態(tài)電池仍然是主流。
量產(chǎn)路上仍存“險關(guān)要隘”
起點研究院預(yù)計，全球固態(tài)電池未來兩年將加速發(fā)展，2025年到2030年將是半固態(tài)電池和準固態(tài)電池產(chǎn)品導(dǎo)入期，2030年到2035年將是全固態(tài)電池產(chǎn)品導(dǎo)入期。
盡管多家車企已經(jīng)實現(xiàn)了半固態(tài)電池的“上車”，但固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展仍存在技術(shù)、路線、材料、制造、成本等多重難關(guān)。
從技術(shù)來看，主要是“固固界面”的難題待解。在固態(tài)電解質(zhì)中，電極和電解質(zhì)之間的界面接觸從固—液接觸變?yōu)楣獭探佑|，接觸面積小，形成了更高的界面電阻。這導(dǎo)致了固態(tài)電池循環(huán)壽命差、快充性能差等問題。“如何解決好固態(tài)電池中的界面問題，成為了固態(tài)電池能否大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵，如何兼顧電導(dǎo)率、減少副反應(yīng)、降低阻抗仍是目前產(chǎn)業(yè)在攻克的方向。”吳雨龍表示。
其次，固態(tài)電池涉及路線較多，僅固態(tài)電解質(zhì)就涉及聚合物、氧化物、硫化物三大路線。吳雨龍稱，根據(jù)固態(tài)電解質(zhì)前驅(qū)體材料的選材不同，每種路線下面又有很多分支，哪種路線綜合性能最優(yōu)、成本最具有性價比、最有可能實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)，都需要學(xué)界和產(chǎn)業(yè)界共同努力“探路”。
從材料來看，固態(tài)電池體系采用高性能的正負極材料，往往涉及高價稀有金屬，原材料成本遠高于液態(tài)電池。“固態(tài)電池所需的電極材料、電解質(zhì)等材料多為高科技新材料，加之產(chǎn)業(yè)鏈尚不完善，部分原材料未實現(xiàn)量產(chǎn)，整體產(chǎn)業(yè)鏈成本也比較高昂，這也在一定程度上制約了市場的發(fā)展。”王燕清向記者表示。
制造方面，由于固態(tài)電池在電解質(zhì)、制造工藝方面與液態(tài)電池存在顯著差異，因此需要開發(fā)全新的生產(chǎn)設(shè)備和工藝流程。吳雨龍表示，干法電極制備技術(shù)、電解質(zhì)轉(zhuǎn)印涂布技術(shù)、等靜壓成型技術(shù)等都有待進一步攻克，很多生產(chǎn)環(huán)節(jié)設(shè)備需要定制生產(chǎn)，這些都進一步抬高了制造成本。
從價格來看，起點研究院向記者提供的數(shù)據(jù)顯示，某固態(tài)電池企業(yè)賣給車企的半固態(tài)電池售價超過2元/Wh，某新興固態(tài)電池企業(yè)賣給某飛行器企業(yè)的準固態(tài)電池售價超7元/Wh。而同期液態(tài)車用三元電芯價格是0.5元—0.6元/Wh，磷酸鐵鋰電芯是0.3元—0.45元/Wh。可以看到，固態(tài)電池價格目前是液態(tài)電池的數(shù)倍。降低成本將成為固態(tài)電池大規(guī)模商用前需要攻克的重點關(guān)隘。
不過，在液態(tài)鋰電池的能量密度已經(jīng)接近安全極限的情況下，發(fā)展固態(tài)電池是大勢所趨。王燕清認為：“隨著生產(chǎn)技術(shù)的提高和規(guī)模化生產(chǎn)的推進，全固態(tài)電池的成本將逐漸下降，最終將具備與半固態(tài)電池乃至傳統(tǒng)液態(tài)電池相抗衡的市場競爭力。”
校對：王錦程
