固態電池,被譽為電池技術的“圣杯”。其能量密度和循環次數數倍于傳統的液態鋰電池,有望徹底解決困擾新能源汽車的續航焦慮和熱失控難題,因此被視為動力電池的顛覆性創新。
2024年,固態電池在技術上不斷進階。尤其下半年以來,各大車企、動力電池和材料供應商,頻頻拋出有關固態電池新進展的消息。日前,廣州汽車集團股份有限公司表示,已初步打通全固態電池全流程制造工藝,預計2026年搭載昊鉑車型；重慶太藍新能源有限公司（以下簡稱“太藍新能源”）宣布無隔膜固態鋰電池技術重大突破；寧德時代新能源科技股份有限公司加大全固態電池研發投入,華為技術有限公司申請的固態電池專利通過初步審查……隨著新技術層出不窮,生態鏈逐步打通,固態電池正加速從理想照進現實。
不過,固態電池想真正面向大眾仍有多道關要闖。
“全固態電池面臨的離子電導率問題、固固界面問題（固體電解質與電極材料之間的接觸問題）和循環性能問題等尚未完全解決。”中關村新型電池技術創新聯盟秘書長于清教在接受《證券日報》記者采訪時表示,但作為未來能源革命重要的支撐技術之一,固態電池在新能源汽車、低空經濟、儲能等多領域具有廣闊的市場發展前景。固態電池的商業化應用的腳步已經漸行漸近,誰先占據產業制高點,誰就能掌握發展主動權。
半固態電池
已實現商業化落地
隨著全球能源結構的轉型和新能源汽車市場的快速增長,市場對高性能、高安全性電池的需求日益增加。
近期,國內外頭部企業不斷推進固態電池的研發與應用。11月14日,“飛行汽車第一股”廣州億航智能技術有限公司（以下簡稱“億航智能”）宣布,搭載固態電池的飛行汽車（eVTOL）成功不間斷飛行了近50分鐘,續航時間提升了60%至90%。緊接著,11月18日,全球首條GWh級新型固態電池生產線正式落戶安徽蕪湖,落地生產線設計產能1.25GWh。
據國盛證券預測,2025年全球固態電池需求量為17.3GWh,到2030年全球固態電池需求量有望超過200GWh的市場規模,2025年至2030年年復合增長率達65.8%。
全固態電池之所以備受企業推崇,首先是安全性,其次是能量密度,最后是成本。由于破除了與電解液的匹配限制,正極材料的選擇將不再局限于磷酸鐵鋰和三元鋰,材料多樣性提供了清晰的降本邏輯,成本降幅或高達40%。
從能量密度的角度而言,全固態電池要達到500Wh/kg甚至700Wh/kg以上,而從目前已經量產裝車的固態電池來看,大多數能量密度多在350Wh/kg左右,嚴格來說應屬于半固態電池。
“目前公司批量生產裝車的是半固態電池。”清陶（昆山）能源發展集團股份有限公司（以下簡稱“清陶能源”）聯合創始人、總經理李崢對《證券日報》記者表示,在實現全固態電池產業化的過程中,半固態是一個必然的發展階段,能夠大幅減少造成熱失控隱患的液態電解質。
根據中國汽車動力電池產業創新聯盟統計,2024年上半年,半固態電池裝車量達2.2GWh,已初具規模。
多條技術路線
競逐全固態電池量產
今年以來,終端車企“價格戰”壓力傳導至供應鏈上游,為保障供應鏈的安全、穩定與協同,各方要么持續合作共建,要么加強自研自造。總之,在保證需求、提質降本的同時,持續借差異化尋增量,固態電池量產上車被加快提上日程。
然而,頭部電池企業對固態電池的態度卻表現得相當克制。作為電池巨頭,寧德時代至今未發布半固態和全固態電池,僅推出過一款凝聚態電池。與之類似,盡管比亞迪股份有限公司早在2016年以前就開始投入固態電池的研發工作,并數度傳出固態電池完成裝機測試傳聞,但截至目前,比亞迪尚未公開推出與固態電池相關的產品。
產業端和研發端“一熱一冷”背后,值得思考。事實上,固態電池領域正在形成一個全新的競爭局面。目前,我國企業在固態電池的研究上以硫化物、氧化物和復合物電解質三種技術路線為主。其中,硫化物電解質技術路線的主要代表企業是寧德時代,氧化物電解質技術路線的代表企業包括贛鋒鋰業、上海上汽清陶能源科技有限公司等,聚合物路線的代表企業是以軟包電池為核心的孚能科技（贛州）股份有限公司。
“這幾條技術路線并不是什么新興概念,早在二三十年前各國的科學家就已經做了很多的探索。”孚能科技研究院院長姜蔚然對《證券日報》記者表示,如今拿來被研究和比較,為的是在現有的技術工藝和市場接受度的背景下匹配市場化的合理性,基于不同的歷史條件和市場需求,技術路線會有一個起伏的過程。
李崢則表示,從材料的角度來看,單一種類的材料各有優缺點。通過復合材料的設計實現“1+1>2”,這是學術研究以及產業化過程中都非常堅持的一點,從成本的角度看,按照高鎳三元+鋰金屬負極體系測算,硫化物固態電解質和鋰金屬負極價值量占比最高,其中硫化物固態電解質價格約40000元/公斤,對成本影響極大,距離量產仍需時日。后續發展需要結合材料、設備和工藝等方面的突破,進行持續跟蹤。
“從技術成熟度來看,要想實現全固態電池產業化,需要解決的科學工程問題也非常多。”李崢解釋道,現有的動力鋰電池材料體系是一個多孔的體系,為的是讓電解液能進行充分飽和的浸潤。而全固態電池則是一個完全致密（致密程度達到95%至98%以上）的狀態,相當于從造一塊“海綿”改為造一塊“石頭”,需要從材料學到制造工藝進行全面革新。
除了在技術路線分野之外,汽車整車企業也盤算著通過固態電池的技術革新“反客為主”。中國乘用車產業聯盟秘書長張秀陽告訴記者,動力電池占到整車成本的40%以上,對于車企而言,它們對于擺脫或減少對動力電池廠商依賴的意愿十分強烈,理由也很簡單——實現核心自研和采購降本,樹立車企技術創新的品牌形象。
近年來,整車企業自研關鍵核心技術的浪潮愈發澎湃,主流車企已經先后進入自研動力電池的道路。從2024年新車產品來看,吉利汽車集團有限公司、廣汽集團等新能源車企自研動力電池已經紛紛上車,且廣汽集團的因湃電池科技有限公司、廣州巨灣技研有限公司,吉利汽車的衢州極電電動汽車技術有限公司、江蘇耀寧新能源有限公司等也已先后出現在動力電池裝機前15名的廠商榜單中。
“雖然車企自研動力電池裝機量占比還比較小,短期內尚不能對頭部電池廠商構成實質性威脅,但他們的存在無疑為車企提供了更多元化的選擇。”張秀陽認為,這股自研力量在快速演進與應用的同時,也悄然改變著動力電池產業的生態格局。
全產業鏈
受資本關注
實際上,自2021年起國內固態電池賽道開始受到市場關注,投資者和投融資機構在持續密切關注政策走向和市場動態。這期間,固態電池產業鏈受到了資本市場的極大關注,相關企業開啟融資競賽,至今仍在持續升溫。
據《證券日報》記者不完全統計,截至目前,國內已有23家固態電池制造領域企業（含固態電池、固態電解質、正極材料等）共獲得73輪融資。預計2024年全年固態電池產業鏈融資項目數和融資金額都有望超過2023年,再創新高。
具體來看,清陶能源獲10輪融資,北京衛藍新能源科技股份有限公司獲8輪融資,欣界能源科技（江蘇）有限公司、太藍新能源、深圳索理德新材料科技有限公司獲7輪融資,排名靠前；從融資數量來看,2022年和2023年均完成19筆融資,約為2021的兩倍；2024年前三季度已完成14筆融資,約占2023年的75%；從融資金額看,在公開融資金額的企業中,清陶能源已獲融資金額最高,至今共融資超30億元。
此外,在固態電池技術專利布局方面,我國已實現領跑。國家知識產權局統計顯示,近5年,我國固態電池全球專利申請量年均增長20.8%,增速位列全球第一。據《證券日報》記者檢索國家知識產權局發明公布情況,按照申請公布日統計,截至12月5日,我國年內新公布的固態電池相關專利已達1007項。
在中國科學院院士歐陽明高看來,作為過渡技術路線,國內發展半固態電池有必要且有意義,但更重要的目標,仍是具有顛覆性的全固態電池技術開發。
全行業以及相關企業都在將固態電池作為下一代鋰電終局技術進行加速布局。
“全固態電池是下一代電池的首選方案之一,被列入中國、美國、歐盟、日韓等主要國家和地區的發展戰略,也成為下一代電池技術競爭的關鍵制高點。”歐陽明高強調,2030年左右,全固態電池產業化突破的可能性極大,國內產業需要敲響警鐘,重視全固態電池的技術發展,謹防全固態電池帶來的顛覆性變革。
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