固态电池产业发展的“催化剂”来了。
近期有媒体报道称,中国或投入约60亿元鼓励有条件的企业对全固态电池相关技术开展研发,宁德时代、比亚迪、一汽、上汽、卫蓝新能源和吉利共六家企业或获得政府基础研发支持。
智车星球多方求证后得知,我国确实计划对固态电池技术进行扶持,但当前获得政府研发支持资金的企业名单并未最终确定。
一方面是政策的大力扶持,另一方面是上汽、蔚来等车企推出搭载半固态电池的车型量产,这都标志着电动汽车的第二次能源革命正式吹响号角,固态电池正在中国市场加速迎来量产化和商业化。
什么是固态电池?固态电池是一种采用固体电极和固体电解质的新电池技术,不再像当前的传统锂离子电池一样采用有机电解液和塑料类高分子隔膜,电池负极可用锂金属替代石墨和硅作为原材料。
图源:浙商证券研究所
按照电解质固液比例的不同,固态电池可分为半固态、准固态和全固态。比克电池向智电星球介绍称,半固态、准固态和全固态的电解液含量分别是5-10%、0-5%、0%。
根据固态电解质的不同,固态电池当前主要有聚合物、氧化物、硫化物三种技术路线,业内人士普遍认为,当前硫化物的导电率可以跟液态电解液相媲美,氧化物虽然导电率不高但在热稳定性上表现出色,且二者的制造难度相比聚合物要低,更有做大规模推广和应用的潜力。
固态电解质的几种类型 资料来源:浙商证券研究所
固态电池是电动汽车最为重要的能源革命技术,也被业内认为是锂电池发展的终局,这源于其拥有以下三点优势:一、安全性更高、不惧冷暖。比克电池介绍称,固态电池由于没有易燃的液态电解质,从根本上消除了因电解液泄漏、膨胀或过热导致的火灾和爆炸风险。
此外,相比液态电池-10°C到45°C的温度区间,固态电池可谓是耐低温也不怕高温,其固态电解质的工作范围为-30°C到100°C,这意味着搭载固态电池后,电动车主不必再担心冬天续航打折、性能变差等问题。
二、能量密度更高、寿命更长。业内普遍认为,液态电池的电芯能量密度上限为300Wh/kg左右,无衰减寿命为3年;而固态电池的能量密度很容易做到300-400wh/kg以上,理论能量密度则高达700Wh/kg,无衰减寿命更是长达10年,理想状态下固态电池的循环性能可达45000次左右。
三、固态电池更轻、更小。液态电池中,隔膜和电解液共占电池近40%的体积和25%的质量,在被固态电解质取代后,电池的厚度可大幅降低,加上省掉了电池内部的温控组件,体积也进一步变小。
对于消费者来说,搭载固态电池后,当前新能源汽车存在的安全、续航里程等痛点问题将不复存在。且由于固态电池寿命更长,在二手车市场也将能拥有更高的保值率。
“半固态电池”是固态电池吗?5月13日,上汽宣布智己L6搭载“行业首个量产的固态电池”上市,“固态电池”随即成为全网关注热点。不过官方随后解释称,智己L6搭载的并非全固态电池,而是上汽与清陶能源共同研发的半固态电池“光年”。
智己L6宣称的“固态电池”实为半固态电池
半固态电池是一个不约而同的说法,中国智库EVTank在《中国固态电池行业发展白皮书》中将电解液含量低于10%的电池定义为半固态电池,也有专家认为电解液含量在1%-10%之间的都叫半固态电池。
针对上汽将半固态电池直接简化为固态电池的说法,不少网友表示其混淆概念,业内人士也以反对声音居多。
“固态电池是做减法,固态电解质取代了电解液和隔膜,改变了原有的电池结构;而固液相间的半固态电池是做加法,在用到电解液和隔膜的同时,在隔膜和极片之间加了一层固态电解质,本质上还是属于液态电池。”真锂研究创始人墨柯表示,半固态电池只是应用了固态电解质,但仍属于当前液态电池的技术延伸。
“半固态电池是液态电池和固态电池之间的一种过渡产品,电解液用量减少,但不能直接称之为固态电池。”乘联会秘书长崔东树称,虽然不能否认半固态电池在能量密度和续航里程等方面的提升和技术进步,但也要承认半固态仍和固态电池有质的区别。
不过对于半固态电池,也不乏支持的声音。“朝着全固态发展的路上,半固态是必经之路,叫它半固态也好半液态也好,这都不是重点,重要的是它做了哪些有益的尝试,在电解质的成分和方向上有什么突破等。”前国内头部固态电池企业合伙人邓晓光认为,当前的半固态(液态)之争偏离了重心,应该聚焦在半固态电池的电解质成分及其电导率表现、加入电解质之后为正负极新材料应用提供的可能性等,这些为全固态电池做的技术储备和铺垫更值得业内关注和关心。
尽管在半固态电池属于固态or液态尚无统一结论,但业内人士普遍认为,具备高安全性、与现有产线的高兼容性以及良好经济性的半固态电池,是当下液态电池向全固态电池的过渡方案。
就目前来说,我国半固态电池当前的量产规模相对较小,但发展速度很快。据见智研究统计,2023年全年半固态电池装车量仅798MWh,而今年一季度的装车量则达到了769.8MWh,几乎相当于去年全年水平。
限制半固态电池大规模应用的主要原因在于其成本相对较高。有电池制造商向智车星球介绍称,目前半固态电池的成本相较液态电池而言,大约高5-10%左右。“据我个人测算,半固态电池相较液态电池的成本或价格,要高50%左右。”墨柯表示。
全固态电池还有多远?无论是半固态电池还是固态电池,都面临着高成本的问题,但这并不影响电池制造商和车企对固态电池的研发与推动量产的热情,车型方面,有岚图/远航携手孚能科技推出了岚图追光、远航Y6,蔚来搭载卫蓝新能源的半固态电池推出了蔚来ET7,上汽智己联手清陶能源量产智己L6等。
中国部分动力电池厂商半固态/固态电池布局情况一览 图源:洞见研报
按照规划,清陶能源的半固态电池在2025年除供应智己外,还将供应荣威、飞凡、名爵等品牌;赣锋锂电则陆续联手东风、广汽埃安、赛力斯、长安等车企,展开半固态电池合作。
而此前对固态电池态度一向模棱两可的宁德时代,近期也伴随着中国政府支持力度的增大改了口风。今年4月,宁德时代首席科学家吴凯在CIBF2024先进电池前沿技术研讨会上称,如果用技术和制造成熟度作为评价体系(以1-9打分),宁德时代的全固态电池研发目前处于4分的水平,该公司的目标是到2027年达到7-8分的水平。此外,宁德时代计划在2027年小批量生产全固态电池。
尽管电池制造商和车企都对固态电池抱以热情,但全固态电池当前仍面临多重挑战。孚能科技称,全固态电池在研发方面的主要技术障碍有:一、固态电解质空气稳定性差,电化学稳定性还不足;二、固态电池固固界面不稳定,同时需要超大压力保持维持界面接触;三、固态电池的干法电极工艺存在分散性、均匀性不足的问题。
除技术研发上需克服多重挑战外,固态电池在形成产业化方面同样面临不少问题,如适合固态电池的正负极材料、设备供应链等发展不成熟,固态电解质成本较高等。此外,当前以磷酸铁锂和三元锂电池为主流的动力电池产业已形成庞大的产业链和规模,也是阻力因素之一。
业内人士认为,这正是宁德时代、比亚迪等电池大厂在固态电池宣传上声量不高的原因,一方面是改造现有产线生产半固态/固态电池的投入过大,另一方面是固态电池价格贵只面向高端市场,需求不大,产线无法饱和式运作收益不高。
“固态电池毕竟是革自己的命,若固态电池技术发展成熟,电池大厂或面临船大难掉头的情况,但这说不好,调整得快,电池大厂依然会是固态电池的受益者。”一位不愿具名的业内人士评价称。
但无论是对电池制造商还是普通消费者来说,全固态电池的到来尚需时日。国汽战略院认为,全固态电池若想达到上车要求,需达到能量密度500Wh/kg、循环寿命>1000次、倍率4C、成本小于0.8元/wh等指标;其预计全固态电池将在2030年左右实现搭载车辆的小规模量产;2035年左右实现全固态电池的大规模量产和普遍使用。
简言之,全固态电池上车仍要等5-10年左右的时间。
不过伴随全球企业布局固态电池的热情,国盛证券预测,2025年全球固态电池需求量为17.3GWh;到2030年,全球固态电池需求量有望超200GWh,2025至2030年的年复合增长率达65.8%。中国智库EVTank则预测到2030年,全球固态电池的市场规模将达到2500亿元。
诚然,当前我国的固态电池仍处于初级发展阶段,但在过去10年实现弯道超车的中国动力电池产业,不会轻视这个产业迭代的重要方向,一定会加大布局和投入。
国家60亿的扶持资金只是开始,千亿市场正在前方招手,不满意目前动力电池性能的消费者,也对固态电池抱以极高的期待和关注,在当前全球汽车市场白热化的竞争下,除了自动驾驶,固态电池必定是新能源汽车产业的重要技术突破方向。
谁掌握了下一代技术,谁就拿到了引领新时代的密码。
固态电池的春天,想必不远了。