固态电池产业化进程加速,硫化物电解质迎来发展空间!

青云笔记 2024-08-22 19:30:21

事件刺激:

【自主科技】是我们近期重点跟踪的主线之一。固态电池(半固态电池)凭借其高能量密度和高安全性优势,在成本优化和性能不断完善的背景下,产业化持续推进。上半年固态电池在车端及消费电子领域应用进程提速,产业化有望迎来放量转折点,市场关注度与预期走高可提振板块估值,有技术先发优势且应用端领先落地的企业将主要受益。

最新消息:

鹏辉能源发布消息称,全固态电池取得重大突破,2024鹏辉能源产品技术发布会将于8月28日召开,系列重磅新品即将发布。日前,鹏辉能源在互动平台表示,公司半固态电池和固态电池有自己的研发路线图,目前的产品处于送样测试阶段,目前下游应用领域以数码类产品为主,后续会持续进行迭代升级。

关注逻辑:

固态电池作为下一代电池技术,相比传统锂电池优势更突出

固态电池是一个电池技术,使用固体电极和固体电解质,代替液体或聚合物凝胶电解质中发现的锂离子或锂聚合物电池。据信,固态电池技术通过启用锂金属阳极可提供更高的能量密度(2.5倍)。它们可以避免使用商业电池中发现的危险或有毒物质,例如有机电解质。

由于大多数液体电解质都是易燃的,而固体电解质是不可燃的,因此固态电池着火的风险较低。需要更少的安全系统,进一步增加了能量密度。固态电池技术还被认为可以实现更快的充电。更高的电压和更长的循环寿命也是可能的。

研究表明,在热失控下,内部带有液态电解质的传统电池中,热量的产生仅为20-30%。此外,全固态电池还可比传统锂电池节省50%的成本,同时将能源密度提高一倍,充电速度提高三倍,充电时间也可以减少至10分钟,从而最大程度上降低车主的里程焦虑。

总体来看,固态电池相比液态电解质电池具有更高的能量密度、更好的安全性、更长的循环寿命、更快的充电速度和更宽的工作温度范围等优势。这些优势使得固态电池在各类应用场景中展现出巨大的潜力和优势,成为未来电池技术的重要发展方向。

半固态电池率先上车,固态电池产业化进程加速

24年以来,多家电池厂和车企公布固态电池相关进展,且规划装车时间,随着政府首次对固态电池研发进行规模资金支持,行业有望加速发展,产业化时间或将提前。

今年固态电池发展时间线:4月8日,智己汽车发布全新纯电车型智己L6,首发搭载“第一代光年固态电池”;4月12日,广汽集团宣布全固态电池计划于2026年上车,将首先搭载于昊铂车型;5月17日,国轩高科发布全固态电池—金石电池;5月24日,上汽集团宣布将于2026年量产全固态电池,27年实现装车交付。

据上汽集团官方资料,智己L6即将上车的130kWh超快充固态电池,正极采用专利自研的纳米尺度固态电解质包覆超高镍材料,负极为新一代高比能复合硅碳材料。通过高新材料及工艺,大幅提升电池能量密度,赋予车辆超长续航性能。

除了超长续航,智己L6还支持准900V超快充,可在10分钟内将电量从30%充至80%,充电400公里,告别充电焦虑。搭载该固态电池的智己L6,可突破1000公里CLTC续航里程,一次充电,能从北京直抵大连,上海-合肥轻松往返。

这一“超级电池”通过采用自研的“高离子电导率、耐高温固态电解质”,以及“干法固态电解质层一体成型”技术,电芯整体内阻大幅下降,获得超快充性能。高新技术还解决了硅基材料高膨胀问题,并保证固态电池的稳定性、循环性能和安全性能,能够实现“整包无热蔓延不起火”。

除了智己L6固态电池将上车外,多家企业的固态电池在性能提升、量产进度等方面也在不断推进,不少车企也在积极推动固态电池的搭载计划。2023年12月,搭载卫蓝新能源150kWh半固态电池的蔚来ET7进行了续航测试,行驶里程1044公里,采用固液混合电解质,能量密度360Wh/kg。搭载半固态电池的车型预计2024年开始量产。

东风汽车2022年首批搭载赣锋锂业半固态电池的50辆东风风神E70正式交付。2022年12月搭载孚能科技半固态电池的东风岚图追光首发。2024年东风新一代固态电芯(能量密度超405Wh/kg)有望开始量产。

当前,动力电池企业纷纷在布局固态电池,宁德时代持续加大固态电池投入,凝聚态电池能量密度最高可达500Wh/kg,远超当前市场上的三元锂电池能量密度;辉能科技固态电池生产线已正式投产,初期产能0.5GWh,最大产能可达2GWh,可实现12分钟充电80%,超1000公里续航,样品已送样至各新能源车企测试;国轩高科能量密度260Wh/kg、160KWh三元半固态电池包已经装车应用,360Wh/kg三元半固态电池将在2024年量产。

随着车企积极推动固态电池产业化,并在2025-2030年陆续推动固态电池车型量产;同时无人机、储能等场景对于长续航高安全电池需求持续提升,固态电池进入发展快车道。据GGII预计,2024年固态电池(半)有望实现大规模装车,全年装机量有望超过5GWh。

固态电池电解质体系显著变化,硫化物电解质是理想路线

固态电池具有广泛的应用前景,2023年以来,在半固态电池装车引领下,全固态电池未来可期,随着未来固态电池产业化程度不断推进,固态电池产业链各环节将充分受益。

其中,固态电池正极材料兼容性强,正极仍可沿用现在的磷酸铁锂、三元材料等体系,但现有材料电池能量密度进一步提高难度较大。因此,需要选择更高容量的正极材料来提升固态电池能量密度。目前,固态电池正极开发主要集中在高镍三元正极、镍锰酸锂、富锂锰基等路线。其中高镍三元正极凭借能量密度高、倍率性能好、商业化程度高等优势,成为当前主流正极材料体系。富锂锰基、镍锰酸锂等材料高能量密度优势突出,有望成为未来的主要方向。目前,大多数三元正极企业均拥有高镍三元产品布局,其中容百科技、当升科技等均已经实现对固态电池企业的出货。

负极材料方面,固态电池的负极材料主要包括石墨、硅负极、合金负极、金属锂等。硅理论比容量高达4200mAh/g,是目前石墨类负极材料的十倍以上,其优势在于:1)电位低、克容量高,能量密度高;2)地壳中含量高,理论成本低;未来其有望成为中短期重要的负极材料方案。硅基负极或成为固态电池负极材料中短期主要解决方案。而长期来看,金属锂有望在固态电池负极实现应用。金属锂理论克容量高、电极电位低,是固态电池的理想负极材料,但目前金属锂产业化还存在一些挑战。硅基负极方面,贝特瑞、杉杉股份、翔丰华、璞泰来等具有明确产能规划,部分企业已与固态电池企业达成合作协议。金属锂负极方面,金属锂及锂盐公司如赣锋锂业、天齐锂业等依托自身资源优势,进行积极的产业布局。

从产业链机会来看,固态电池的变化主要在于电解质方面,从液态形态切换成了固态的电解质。目前主流的固态电解质技术路线可以分为聚合物、氧化物、硫化物三种,这三种技术路线各有优劣。复合固态电解质综合了聚合物和氧化物的优点,在离子电导率、可加工性等方面具备优势,未来有望率先实现产业化。

硫化物电解质具有离子电导率高、界面性能好等优势,成为全固态电池理想的技术路线。据宁德时代首席科学家吴凯近期透露,宁德时代2027年小批量生产全固态电池机会很大,硫化物路线进展较快,并已建立10Ah级全固态电池验证平台。广汽集团今年4月发布了能量密度达400Wh/kg以上的全固态电池,计划于2026年首先搭载于昊铂车型。

教学案例:

海顺新材300501

公司长期以来坚持技术创新为核心驱动力,拥有丰富的专利成果和技术积累,掌握包括21项发明专利在内的160项专利,在高阻隔、可回收复合材料等领域的技术研发处于行业前沿,其中对称式高阻隔聚三氟氯乙烯药用复合硬片等项目的研发列为苏州市重点产业技术创新项目,公司不断推动产品升级,满足市场对环保、高效包装的需求。凭借更好更快更便宜、更专更新更环保的产品和服务,公司成功拓展国内外市场,建立了广泛的销售网络,和国内医药工业百强的80余家保持良好的合作关系,赢得了包括辉瑞制药、阿斯利康等知名品牌的青睐。公司已经陆续开发了下游锂电池客户,铝塑膜产品正在逐步验证导入,目前已经实现小量订单出货。铝塑膜主要应用于高能量密度、高安全性软包锂离子电池的封装。

美联新材300586

公司控股子公司安徽美芯致力于湿法隔膜的研发、生产和销售,拥有经验丰富的管理和技术团队,在该领域拥有多项国家发明专利,目前已有3亿㎡湿法隔膜产能投产,有4亿㎡的产能正在建设中。安徽美芯将立志成为锂电池、钠电池、半固态电池等产业优秀的湿法隔膜供应商。半固态电池作为固态电池的过渡阶段产品将率先产业化,公司的隔膜产品可以应用在半固态电池上。此外,公司尚投资设立了控股孙公司美南新材从事半固态电池的合成材料研发。

300XXX

公司主要从事锂电池负极材料的研发、生产和销售,自成立之初就始终坚持以客户为中心,以市场为导向,通过持续不断的产品和技术创新,为客户提供更好的产品与服务,是国内先进的锂电池负极材料供应商。公司现产品主要是石墨负极材料,产品广泛应用于包括动力(电动交通工具,如新能源汽车、电动自行车等)、3C消费电子和工业储能等锂电池领域。公司已与清陶能源签署战略合作协议,双方约定将在固态/半固态电池高比容负极材料关键技术研发、供应等方面达成全面战略合作。

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