沃泽干股理念:干市场,就干核心资产,核心资产不好干,也得干主线,不然就是被市场干。
近期固态电池在股市愈发的活跃。
主要是由于产业界越来越密集的传出固态电池量产的时间表,说明量产越来越快了。
而股市嘛,就是炒预期,固态电池又是一个万亿级别的市场,一旦技术路线被确定成长空间是极大的。
这也给了市场炒作的依据。
用沃泽周期的投资框架看,当下固态电池处于一个产业化初期的阶段,能够看到产业化的可能性,但是不能确定技术路线,做概念炒作还行,但是能否最终成真还需要后续验证。
一、固态电池简介
固态锂电池从宏观方面看,也是由固态正电极材料、固态电解质、固态负电极材料构成的,其工作原理和液态锂电池类似。
固态电池正电极材料是活性物质,其作用是大量地集合锂正离子;在化学电势作用下正离子失去电子,电子由外电路流向负电极;失去电子的锂离子通过固态电解质游离向负电极。
固态负电极材料的作用是大量地嵌入失去电子的锂离子,这些失去电子的负离子在负电极与电子结合之后的正离子又向正电极游离。
固态电解质的作用是让锂离子在正负电极之间顺利地传导。
简单地说,固态锂电池也是仅仅依靠锂离子在正负极之间的移动来实现充放电过程的。
上图是目前固态锂电池的基本结构,其中的缓冲层是为了让固态电极和固态电解质能够有效地相容结合所使用的;隔离层是为了防止内部的正负极短路而设置的,如果技术再进步,就可以去掉隔离层。简单地说,固态锂电池和液态锂电池在宏观结构方面是一样的,根本的区别在于电解质是固态的。
上图所示的含有隔离层的称为准固态电池,没有隔离层的称为全固态电池。
二、固态电解质优势
相比于传统的锂电池有以下4点优势:
①完全消除了电解液腐蚀和泄露的安全隐患,热稳定性更高,不会发生燃爆问题;
②电池单体的电压可达5V以上 ,能量密度也较高,可以匹配高电压电极材料;
③固体电解质是单离子导体,不存在副反应,电池使用寿命更长。
④电池由固体功能块拼装,不仅能够减轻重量而且能够降低生产成本。
也正是固态电解质的原因,固态锂电池在材料选择和加工方面都产生了新的要求:
①“固态电解质”要求能够在室温下具有高电导率和电化学稳定性;
②正负电极材料要求能够满足高能量密度,材料的热稳定性好;
③在固态电极和固态电解质的界面,要求有良好的电导率和相容性。
三、固态电解质是固态锂电池的关键
这里所说的是固态电解质,它要求能够离解锂盐,顺利传导锂离子,还要对正负极材料是相容的。目前比较成熟的有3类:一是聚合物固态电解质,二是氧化物固态电解质,三是硫化物固态电解质。
详细介绍见上篇技术路线分析-----
大致结论如下:
1.聚合物电解质产业化难度低,率先实现投产,但常温下电导率低,电化学窗口较窄,且稳定性不佳,多与其他无机物混合使用。
2.氧化物电解质热分解温度高,化学性质稳定,但界面问题严重,电导率低,通常保留约5%的电解液,以半固态形式投入使用。
3.硫化物电解质常温下电导率最高,是3种技术路线中最接近液态电池电导率的电解质,但需隔绝空气加工,研发难度高,产业化难度大。
四、正电极材料
固态电池正电极材料要求离子活性强,为了让正电极材料与电解质材料相容并有利于离子传导,一般采用复合电极,即在电极活性材料中掺入一些固态电解质和导电剂。
正电极活性材料应用较为普遍的有LiCoO2、LiFePO4、LiMn2O4等氧化物。
从目前发展的态势来看, 短期和中期内比较有应用前 景的高能量密度正极材料主要是:
1.高镍三元材料
2.富锂锰 基材料
3.具有高反应电势的 5 V 尖晶石镍锰酸锂材料 和 5 V 磷酸盐材料系列.
五、负电极材料
固态电池的负极材料主要有三种:金属锂、碳材料和硅材料。
1、金属锂主要应用于固态锂离子电池和固态锂硫电池中。其中,固态锂离子电池是一种高能量密度的电池,可以应用于电动汽车、无人机等领域;而固态锂硫电池则是一种高能量密度和高安全性的电池,可以应用于航空航天、军事等领域。
2、碳材料主要应用于固态锂离子电池中。其中,碳纳米管是一种常见的碳材料,它具有高的比表面积和优异的电化学性能,可以应用于高性能的固态锂离子电池中。
3、硅材料是一种新型的负极材料,它具有高的比容量和较低的成本。在固态电池中,硅材料可以与固态电解质反应,形成锂离子,从而实现电池的充放电。与金属锂和碳材料相比,硅材料的比容量更高,但是它的循环稳定性较差,容易发生体积膨胀和结构破坏。硅材料主要应用于固态锂离子电池中。其中,硅纳米线是一种常见的硅材料,它具有高的比表面积和优异的电化学性能,可以应用于高性能的固态锂离子电池中。
总之,越来越多的新技术用到正负电极的设计方面。很多高性能的正负极材料正在不断地研发出来。
六、隔膜
隔膜材料是固态电池的重要组成部分,主要用于隔离正负极,防止产生电子导通。
隔膜材料的成分主要包括聚合物、纳米级粉末等。
有研究认为通过双层涂覆可替代隔膜,无机固态电解质层涂覆于负极片的双面,有机聚合物层涂覆于无机固态电解质层的表面,目前有观点称硫化物、氧化物全固态电池无需隔膜。而公开的多种固态电池的专利中,也提出了复合隔膜概念,例如无机-有机复合的隔膜。
当然后续的发展也会朝着无隔膜的时代发展,例如太蓝公司目前在做相关研究。
只是现阶段固态电池仍旧处于一个实验室阶段,正负极材料都存在诸多不确定性因素,我们或许可以将目光投向更具确定性的电池厂。
毕竟真正走向固态电池,最具颠覆性的还得是下游的电池厂。
六、相关标的(不完全统计)
1.赣锋锂业:采用氧化物厚膜技术路线规划产能:已建成0.3GWh固液混合产能,2021年扩大1GWh产能。 项目:2017年12月子公司浙江锋锂投资2.5亿元建设固态锂电池研发中试生产线。2021年7月与东风公司技术中心签约,共同开发固态电池。进度:2019年建成第一代固态锂电池研发中试生产线;2021年12月举行首批载混合固液锂电池东风E70电动汽车试车仪式。技术水平:第一代单体容量10Ah,能量密度超过240Wh/kg,第二代能量密度超350Wh/kg,循环寿命约400次。
2.辉能科技:2021年1GWh;2023年7GWh;2025年54GWh。项目:2017年建成40MWh的中试线;2019年与蔚来合作,为其生产“MAB”固态电池包;2021年获3.26亿美元融资,用于固态锂电池量产建设及全球扩产规划。进度:2020年45.1Ah大容量电池产品在德国莱茵实验室完成了动力电池第三方测试并取得报告;2021年半固体达1GWh产能,具备小批量生产能力。技术水平:2019年开发的电芯能量密度已超过液态电池包的水准;2020年预计达到384Wh/L超过丰田以及Tesla-Model3的水准。
3.国轩高科:2020年开始固态电池技术引入阶段;2022年开始固态电池产业化;2025年生产全固态电池。进度:2019年,公司推出半固态电池的试生产线;2021年宣告为国内高端纯电动配套半固态电池实现超1000km的续航里程比其第一代车型提高了一倍。技术水平:能量密度达到300Wh/kg。
4.卫蓝新能源:现有产能0.2GWh,2022年新增2GWh,2023年新增8GWh。
项目:2019年3月开启固态电池一期项目,总投资5亿元;2021年2Gwh固态电池项目,总投资9.5亿元。进度:溧阳基地中试线2020年已投产,湖州基地2GWh项目2022年投产;北京房山基地8GWh项目2023年量产。技术水平:已完成300Wh/kg以上高镍三元正极的混合固态电池设计开发,已向整车厂送样测试。
5.珈伟股份:一期0.1GWh,二期2GWh。项目:年产2.1GWh快充类固态电池项目,总投资为3.8亿元,分成两阶段进行。进度:一期已正式投产,产能为0.1GWh;二期建设正在进行产能为2GWh。技术水平:36Ah类固态软包三元材料动力锂离子蓄电池通过国家质检,安全性高。
6.清陶能源规划产能:年产10GWh。 项目:2019年7月开启年产10GWh固态锂电池项目,项目分两期建设。一期年产1GWh,投资5.5亿元;二期年产9GWh,投资49.5亿元,开工后两年内全部投产。进度:2021年一期年产1GWh项目已投产。技术水平:清陶QT-360高能量密度固态动力电池单体实测放电容量(1/3C)超过116Ah,能量密度为368Wh/kg。
7、神州巨电规划产能:年产10GWh。 项目:2019年12月开启年产10GWh单体大容量、固态聚合物动力锂电池项目,项目计划投资总额为60亿元,分两期建设(准备期)。进度:项目一期计划投资20亿元建设期18个月;项目二期计划投资40亿元,建设期18个月、占地1000亩。
截至目前,实验室环境中已经报道的固态电池的能量密度数值范围相当广泛,从几百到几千瓦时每千克不等。一些最前沿的研究成果宣称,其实验室制备的固态电池样品能量密度已经超过了500 Wh/kg,甚至接近或超过1000 Wh/kg。这些令人瞩目的数字预示着固态电池未来在电动汽车和其他应用中的潜力巨大。
尽管这样的实验室数据令人鼓舞,但我们也必须认识到,这些高性能的固态电池样品往往是在非常理想化的条件下制造出来的,而且往往只生产了极小的规模。
因此固态电池的技术路线还有不少的路要走,需要不断跟踪,调研,最终才能发现真正的柚子的固态电池公司。
固态电池,期待技术突破!
目前分析最到位的人[鼓掌]