最近大家聊新能源车,总能听到“固态电池”这个词。有人说它是未来电动车的终极解决方案,也有人觉得它离我们还很远。到底什么是固态电池?简单来说,它就是把传统锂电池里的“液态电解液”换成“固态材料”。这样一来,不但安全性更高,还能让电池容量更大、寿命更长。这听起来是不是很诱人?不过,固态电池目前还面临一些技术和成本上的挑战,离大规模商用还有段路要走。
今天整理了固态电池的技术路线、市场动态、关键企业进展以及未来发展方向,以下是一些重要的总结点:
1、固态电池三大技术路线优劣势
氧化物:
优势:化学稳定性高、适应高低温、较快实现量产(可先做半固态)。劣势:电导率低,界面接触不佳。近两三年更适合量产,特别是在车载半固态领域。
硫化物:
优势:电导率最高,被视为长期终极方案。劣势:成本高、制备过程复杂,有毒气体处理问题。量产时间较远,预计2030年左右。
聚合物:
优势:界面相容性好。劣势:室温下电导率低,安全性不高。单独使用前景有限,更多依赖复合技术。
2、企业动态
清陶发展:当前产品为半固态电池,能量密度达310Wh/kg。下游客户:北汽、上汽、广汽。下一步改进:富锰基体系(降低成本),2025年量产目标。
宁德时代:起步较晚,但资金和研发能力雄厚。当前聚焦硫化物方案,短期内全固态仍面临技术难题。
华为:长期技术储备,以应用于手机和整车。当前研发阶段主要解决界面不稳定问题,尚未涉及量产。
奇瑞:计划2025年推出400Wh/kg产品,2027年目标500Wh/kg全固态。
3、材料与技术突破
富锰材料:成本低于三元材料,克容量潜力更高。适用于跑量车型,循环次数目标1200圈。
硅碳负极:核心壁垒在于CVD工艺和膨胀系数控制。国内企业如兰溪智德较早涉足相关技术。
氧化物电解质:关键成分为LLZO,成本每吨约30万元。减少液态电解质比例,提升安全性与性能。
设备技术:干法电极工艺将成为未来趋势,设备成本或降低30%。
4、行业趋势与未来展望
重大事件:2025年或为固态电池半固态方案的集中量产窗口期。富锂猛击体系、无隔膜电池等技术将陆续登场。
技术目标:全固态电池能量密度未来目标达500Wh/kg。制造工艺向更高精度致密化发展,特别是叠片技术。
下游应用:在汽车、军工(无人机、核潜艇)领域加速应用,兼顾高安全性与能量密度。
整体来看,固态电池行业正在技术迭代中快速发展,氧化物路线短期内更具商业化潜力,硫化物和聚合物方案则着眼于中长期竞争力。
以下是专家纪要会议的原文:
Q:固态电池的三大技术路线的优劣势是什么?从近两三年量产的角度来看,哪一种更优?
A:固态电池的三大技术路线主要是氧化物、硫化物和聚合物。氧化物的优点是化学窗口稳定,高低温性能优良,但电导率低和界面接触不佳。氧化物的量产速度最快,因为可以做半固态。硫化物电导率最高,被视为终极解决方案,但成本高,制造和售后需解决有毒气体问题,量产时间预计在2030年。聚合物界面相容性好,但在室温下电导率低,安全性不高。总体来看,氧化物在未来两三年内量产较快。
Q:清陶的固态电池产品进展如何?其产品参数和下游客户有哪些?
A:清陶的固态电池产品已经上市,配备于智己L6车型,采用133度电的半固态电池,能量密度达到310瓦时/公斤。相比宁德的液态电池,清陶的电池能量密度更高,但倍率较低,循环次数较少。清陶的客户主要是北汽、上汽和广汽,这三者也是清陶的股东。
Q:清陶今年的出货量是多少?下一代产品的改进方向是什么?
A:清陶今年的出货量较小,约为两百多兆瓦时。清陶正在与上汽合作开发富锰基体系,以降低成本,计划在2025年中开始量产,目标是每年10万辆的上车计划。当前行业内全固态电池尚无量产,主要是半固态电池在投产。
Q:清陶半固态电池的价格与传统液态电池相比如何?
A:清陶半固态电池的价格与宁德的三元锂电池相差无几。以智己L6为例,清陶的电池多了33度电,能多跑230公里,价格贵了3万块钱,显示出半固态电池的成本与传统三元锂电池相近。
Q:宁德时代在固态电池方面的进展如何?
A:宁德时代在固态电池领域的布局较晚,主要变化发生在今年5月份,当时工信部设立了60亿元的固态电池专项基金,宁德获得了其中的20多亿元。这笔资金的注入以及政府明确的方向指引,促使宁德开始积极行动,组建固态电池团队并进行相关研发。目前,宁德正在测试硫化物样品电芯,但循环和倍率性能尚未达到预期。宁德倾向于选择硫化物,因为其重视电芯的电化学性能。尽管如此,全固态电池的最终解决方案仍存在许多技术难点。宁德在这一领域的后劲较强,主要因为其资金实力雄厚。
Q:华为在固态电池领域的布局和策略是什么?
A:华为在固态电池领域的布局较早,早在2000年之前就与清华大学陶瓷材料实验室合作,该实验室的技术来源于华为和丰田的赞助。华为对固态电池技术的关注主要是为了其手机业务和整车电车业务的发展。尽管华为不是电芯厂,但其对相关技术的重视程度很高,并曾与清陶探讨合作。
Q:华为在固态电池领域的进展如何?他们是否计划自己生产固态电池?
A:华为目前在固态电池领域仍处于早期阶段,主要专注于解决硫化物固态电解质与金属界面的不稳定问题。他们尚未生产出样品电芯。华为不太可能自己下场生产固态电池,而是进行技术储备,以便做出正确的战略决策。
Q:清陶在固态电池技术上的下一代产品有哪些提升?
A:清陶计划推出富锂猛击体系,该体系在短期内将提升半固态电池的能量密度,电压可提高至4.2-4.5伏,具有市场竞争力。长期来看,清陶将走复合电解质路线,结合氧化物和聚合物,预计2028年推出全固态电池方案,硫化物方案可能在2030年推出。
Q:氧化物固态电池的成本构成如何,与液态电池相比有哪些变化?
A:氧化物固态电池相比液态电池多了一层固态电解质层,主要成分为锂镧锆氧(LLZO)。清陶自制固态电解质,但原材料如碳酸锂、氢氧化锂、氧化锆和氧化铝是外购的,氧化铝和碳酸锂占比最大。固态电解质层使得成本增加约15%。氧化物电解质的市场价格约为每吨30万元,比硫化物便宜,硫化物价格超过200万元。
Q:在固态电池中,正极、负极和电解质分别占总成本的比例是多少?是否有添加新的材料来升级?
A:正极和负极的材料与传统三元电池相似,没有特别的变化。正极材料如97或容百,负极材料如贝特瑞的硅碳,供应商相同,均未添加新材料。
Q:目前半固态电池中电解液的含量是多少?未来是否有减少电解液用量的计划?
A:目前半固态电池中电解液的含量约为10%至15%。未来计划逐步减少电解液用量,以提升氧化物固态电解质的性能。减少电解液的目的是为了使用更高容量的正负极材料。
Q:氧化物固态电池的核心技术壁垒在哪里?零部件供应商中哪个环节的竞争格局或壁垒较高?
A:氧化物固态电池的核心技术壁垒在于电解质的配方和添加剂。固态电解质的制造工艺是保密的,只有少数人可以接触。正极材料由大厂供应,竞争壁垒较高的是硅碳负极,因其需要控制膨胀系数,使用CVD工艺。
Q:哪些前期厂商可能在硅碳负极领域涌现?是否有其他材料如多孔炭在开发中?
A:目前所有负极材料厂商都在开发硅碳负极,进度相似。较早参与的公司如兰溪智德与清陶合作较早。CVD技术最早由美国国泰开发,所有厂商都在推进相关工艺。
Q:硫化物固态电池的成本构成是否会有显著变化?哪些零部件环节可能有显著增量?
A:硫化物固态电池的主要成分是硫化锂,占比约70%。硫化锂的成本较高,约四百多万,降低其成本是硫化物固态电解质的重要课题。关注硫化锂生产厂商是关键。
Q:硫化物的核心技术壁垒在哪里?哪些环节的竞争格局可能会更好?
A:硫化物的核心技术壁垒主要在于界面问题和不稳定性问题的解决。目前,谁能降低硫化锂的价格,将其做到50万元,将对行业发展有很大促进。硫化锂的成本降低是关键,目前国内只有少数公司如赣风、湖北新润德、杭州凯亚达和成都汉普高新在进行小规模的实验室生产,尚未实现大规模工业化生产。
Q:氧化物技术路线的未来发展有哪些变化?密度能提升多少?
A:技术将逐步迭代,可能在2025年推出无隔膜电池,但不会立即应用于车辆。无隔膜电池用固态电解质替代隔膜,逐步减少电解液用量。全固态电池将加入PU材料,但目前主要是用量变化。
Q:固态电解质的总成本是多少?
A:1G瓦时的电芯大约需要30吨固态电解质,成本为每吨35万元,总成本约为600万元。固态电解质占总成本的1/。
Q:固态电池是否已与低空飞行器结合?
A:固态电池已在军工项目中应用,包括无人机和核潜艇。固态电池在安全性要求高的领域有优势,尽管充电速度较慢,但在低空飞行器上应用契合度高。
Q:未来半年内,固态电池行业有哪些重大事件或技术进展?
A:固态电池行业热度高,车厂、电芯厂、材料厂和设备厂都在积极研发。上市公司会不断发布消息以维护股价,但需关注实质性进展。
Q:上汽和广汽的固态电池项目何时能够装车?
A:明后年都会有产品推出。这些项目与北上广的合作已经进行了两年,并非刚刚开始。整车项目的周期较长,尤其是电芯这种对安全性要求高的产品,需要一到两年的时间。因此,如果电芯厂尚未与主机厂合作,预计2027年推出的计划并不靠谱。
Q:奇瑞的固态电池计划是怎样的?
A:奇瑞成立了一家小型公司,目前团队规模较小,约几十人。公司现阶段量产的是280瓦时每公斤的半固态产品,计划在2025年推出400瓦时每公斤的产品,并在2027年推出500瓦时每公斤的全固态产品。然而,预计2027年的计划可能会延后。奇瑞采用的是氧化物路线。
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