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固态电池产业化指日可待?让子弹再飞一会

发布于 2023-05-15 16:37

在2023年1月的广州车展上,多家车企宣布加速布局固态电池。东风汽车表示,目前正在研发第二代固态电池,预计将在2024年上半年实现量产上车,届时车辆续航里程可达1000公里以上;长安深蓝称其半固态电池研发已经进入工程化阶段,2025年将搭载整车应用。

 

国轩高科、格林美等多家上市公司近期也都对外公布了固态电池研发最新进展。在头部动力电池企业中,宁德时代、中创新航、赣锋锂业、孚能科技等都已公开表示在固态电池技术方面加大投入力度。众多企业在固态电池领域密集布局,给人的感觉是固态电池要热起来了。

 

那么如何看待不同企业在固态电池领域布局的不同技术路线的前景?日韩企业在固态电池领域是否依然占据优势?近期固态电池产业化进度如何?固态电池何时能商业化落地?固态电池的研发路径中是否必然要经过半固态过渡?固态电池能否凭借其能量密度、安全等属性替代锂离子电池的市场地位?

 

为解答上述问题,妙投邀请到某一线动力电池工程师黄先生,为投资者探明固态电池领域的机会与风险。

 

核心看点:

  1. 目前固态电池的聚合物、氧化物、硫化物路线最受关注,对产品来说短板决定了一款产品或者一个技术能否最终商用,对技术来说不求长处非常突出,但求短板不那么明显。

  2. 聚合物路线的长处与短板都极为明显,目前产业内对界面材料的认知有限,可能10年内都不会有聚合物固态电池商用。

  3. 目前国内氧化物路线的研发进度最快,各企业宣传的固态电池大多是氧化物路线制备的半固态电池,但也依然不成熟。

  4. 日韩企业深耕硫化物路线,在硫化物固态电池领域拥有雄厚的专利储备,构建了难以逾越的专利墙,国内企业从硫化物路线中实现技术突破不易。

  5. 日韩在固态电池的研发领域领先国内一年左右,在政策层面成体系的组织与协调也领先于国内。但在产业链方面,日韩没有中国那么大的下游市场需求,产业推动力较弱。

  6. 目前半固态电池即将拿出一些无法商用的样品,循环寿命和成本令人发指,半固态真正能够成熟商用的时间节点在2025年左右,全固态电池商用要2030年以后。

  7. 成本偏高决定了固态电池不可能完全替代锂离子电池的市场,固态电池的未来市场定位集中于高端纯电车型。


Q:如何看待不同企业在固态电池领域布局的不同技术路线的前景?

 

目前三种最受关注的技术路线是聚合物、氧化物和硫化物三种,就目前的各个技术路线发展情况看,聚合物路线在理论上是最好的,但同样也是最难的,PEO固态聚合物、聚碳酸酯体系与聚合物锂单离子导体基体系都涉及到全新电化学体系的建立,即便在实验室里聚合物路线都不成熟,涉及到混合多种材料和基础电解质材料的更新。

 

聚合物固态电解质与其他电池组件之间的界面不稳定性阻碍了其实际应用,目前产业对界面的认知还很有限。恐怕10年内都不会看到商业化落地,聚合物路线属于那种长处和短板都很明显的技术路线,但对产品来说短板恰恰决定了一款产品或者一个技术能否最终商用,对技术来说不求长处非常突出,但求短板不那么明显,聚合物路线目前的发展深受材料的限制。

 

氧化物路线是目前国内企业集中布局的固态电池技术路线,值得注意的是氧化物路线分为薄膜型和非薄膜型,目前一些生产已经投产或是即将投产的固态电池其实都是薄膜型固态电池,严格意义上来说只有非薄膜型氧化物电池才能被称为固态电池,薄膜型氧化物路线其实是半固态电池。


真正的固态电池是没有薄膜的,半固态电池是介于固态电池和锂离子电池中的一种,依然存在电解液和隔膜等传统电池结构。氧化物路线的固态或是半固态电池是国内最有可能率先落地量产的路线。同样也是性能最低、生产难度最低的固态电池路线。

 

国内布局硫化物电池的企业相对较少,核心原因就是日韩多年深耕硫化物路线,路线中大部分必要技术的专利都已经被日韩申请,国内在硫化物领域布局相对较晚,无论从专利布局上还是技术研发上都不如日韩企业。


虽说硫化物路线有日韩企业在前面探路,但后来者难免费力绕过其布局的专利墙,大型电池企业一定不会走日韩企业的老路,所以只能通过绕开专利墙,相对来说虽然硫化物路线从技术简单一些,但即便在日韩厂商那里,硫化物固态电池依然没有商业化使用。但是就前景来看,日韩的硫化物电池可能是率先落地的全固态电池。

 

Q:日韩企业在固态电池领域是否依然占据优势?

 

日韩在硫化物路线中依然占据优势,在其他技术路线中国内和日韩各有胜负,总体来说依然是日韩厂商占据优势,固态电池在日本是一个国家项目,有国家层面组织和扶持,各企业和高校的研发分工更加明确,虽说进度一直推迟,但也是有明确进度时间安排。国内在固态电池研发各自为政,缺乏国家层面的组织协调,日韩企业的优势主要体现在技术和研发环境上。


在产业链方面,日韩是不如国内的,国内拥有巨大的新能源汽车市场,市场红利巨大,产业链研发的动力充足,使用新电池的意愿强烈,市场也存在对高续航固态电池的需求,这是日韩所不具备的。从研发进度上,国内相较海外的差距在一年左右,国内在产业方面的领先没法时间衡量。

 

Q:近期固态电池产业化进度如何?固态电池何时能商业化落地?

 

目前半固态电池已经可以拿出一些可以初步使用的、循环寿命较低的初级产品,这是在2022年取得的进展,但在固态电池产业化道路上,这种进展缺乏实质性的作用。


这些产品都是不可能大规模商用的样品,可能会有些合作车企拿来上车装装样子,不可能真正卖到消费者手里,目前半固态电池的循环寿命和成本令人发指,就像曾经发布的氢能乘用车一样,完全不可能正式商用,聚合物和硫化物路线的进度更慢,初级产品都看不到,完全处于研发阶段。

 

2023年可能会看到一些不是很成熟的半固态电池产品发布,但这都不是真正能拿来使用的产品,都是品牌营销向的宣发真正的商业化量产至少要等到2025年,2025年可能看到的依然是打着固态电池口号的半固态电池。


真正的硫化物和聚合物固态电池的研发进度安排目前已经没有可参考价值了,研发进度一次又一次地延期,真正的固态电池大规模量产可能都要等到2030年之后。

 

Q:固态电池的研发路径中是否必然要经过半固态过渡?

 

这个不一定,只不过是说目前的半固态电池更容易落地,或者说落地的可能性更大,时间上更快,半固态电池也能带来能量密度、安全等综合性能的提升。


并不是为了过渡而过渡,半固态电池只要能在能量密度和综合性能上相较传统锂离子电池有所提升,那他就是有意义的。更应该将其看做是现有电池的升级,而不是锂离子电池和固态电池之间的过渡。

 

其实对于电池来说,不需要关注他的传统锂离子电池还是半固态还是固态,也不需要关注他到底采用哪条技术路线,只要产品本身能带来更好的能量密度、更高的安全性、更高的性价比、且无明显短板,那它就是一个好的产品。

 

Q:固态电池能否替代锂离子电池的市场地位?

 

5年内都不可能,更长期看可能性也很低。量产初期的固态电池的循环寿命低,不如三元锂电池,成本却要高出很多,可感知的优势仅有能量密度、温度容量衰减两个维度,安全性的提升消费者是无法感知的。早期的量产产品虽说已经量产但依然是一个不是那么成熟的产品,并不会有特别亮眼的市场表现。

 

后续寿命问题会逐渐解决,但成本问题是无法规避的,固态电池的电解质要比现有锂离子电池更贵,这个问题是无法通过任何方法大幅度改善的。成本是最关键的因素,这个问题就和曾经的三元与磷酸铁锂电池竞争是一个道理。


三元电池能量密度高,但也依然无法完全替代磷酸铁锂电池,核心就在于成本。一种电池能否替代要看它的市场定位,只有极高端定位的车型才会选择性价比较低、续航较长的固态电池。


即使在固态电池成熟后,三元和磷酸铁锂电池也会有自己市场,而且从车辆销售数据看,定位中低端的车型一直都是主力销售车型,锂离子电池也会受车型销售的影响,大概率还是占据主力地位。

 

就目前三元电池长达1000公里的标称续航看,三元电池其实已经能在很大程度上缓解消费者的续航焦虑,固态电池额外的续航里程仅仅是锦上添花的作用,这是纯电的情况。


混动车型续航原本就高,使用三元电池的都比较少,更不会有动力使用固态电池。所以说未来固态电池的市场定位就是集中于高端纯电车型,这部分市场其实极其有限。


研发固态电池对电池企业来说象征性的意义更大,固态电池的研发和布局对其品牌价值的提振更明显,对实际效益的提升恐怕很有限。

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