固态电池作为下一代电池的标杆技术,目前其产业化已迈入一个全新的发展节点。
尽管国内的大部分固态电池生产线,无论是在设备供应还是在生产制造方面,都仍然停留在中试线的阶段,但是固态电池的产业化进程正在加速推进。
据相关业内专家透露,固态电池的大规模量产预计将在2025年下半年或2026年上半年实现。
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固态电池发展图线:
固态电池概览当前新能源汽车市场的迅速扩张,对动力电池的能量密度和安全性提出了更高要求,这为固态电池的发展提供了强大动力。
固态电池产业链涵盖了从上游的金属原材料供应,到中游的电池材料制造,再到下游的固态电池产品生产等各个环节。其中,中游的电池材料包括正负极材料、隔膜以及固态电解质等。与传统液态锂电池相比,固态电池的最大差异在于中游原材料的创新和升级。
固态电池产业链:
资料来源:行行查
固态电池与液态电池的核心区别在于电解质的不同。传统液态锂电池由正极、负极、电解液和隔膜四大要素构成,而固态电池则采用固态电极和固态电解质。其中,固态电解质取代了传统液态锂电池中的电解液和隔膜。
根据电解质的种类,可分为氧化物、硫化物、聚合物三种路线。
国内多数企业倾向于选择氧化物技术路线进行研发。
聚合物体系率先在欧洲商业化,优点为易于加工、生产工艺兼容、界面相容性好、机械性能好,缺点为常温离子电导率低、电化学窗口略窄、热稳定性和能量密度提升有限,因此制约了其大规模应用。
由于氧化物电解质具有硬度高、孔隙率大的特点,这可能导致电离子传输通道不畅。因此,在现有技术条件下,需要加入电解液以提高性能。
正因如此,国内研发的氧化物固态电池主要朝固液混合方向发展。诸如卫蓝新能源、清陶能源、赣锋锂电、辉能科技等国内领先的固态电池公司,都选择了以氧化物材料为基础的固液混合技术路线进行研发和生产。
在全固态电池正式进入商业化应用之前,半固态电池是有效的过渡技术。
半固态电池采用固液混合电解质,其中电解液的含量占比在5-10%之间,并增加了涂覆固态电解质。
尽管其电化学原理与液态锂电池相似,但半固态电池在性能上实现了显著的提升。与液态锂电池相比,半固态电池具有更高的安全性、能量密度、灵活性、循环寿命和工作温度范围,同时更能抵抗挤压和震动。
固态电池产业竞争格局梳理当前,全球各家厂商都在不断摸索和积累经验,为远期全固态电池的应用奠定坚实基础。
从全球固态电池产业布局来看,中国企业数量最多,涵盖了传统电池企业、初创电池企业以及整车企业等多个领域;日本在技术实力方面表现最为突出;美国则主要以一些初创企业为主;欧洲主要是车企与美国的初创企业展开合作;韩国虽然企业数量不多,但其实力也不容小觑。
固态电池的广阔产业前景不仅吸引了大量资本的涌入,还推动了量产项目的迅速落地。
根据GGII的不完全统计,仅在2023年,国内就有多达15个固态电池项目宣布扩产,这些项目涵盖了公告、签约、开工等各个阶段。
2023年固态电池在汽车行业的应用也取得了新的突破。
东风纳米01在2023年8月发布了搭载固态电池的车型。蔚来则在同年6月从卫蓝新能源接收了半固态电池,并在12月进行了150度半固态电池的直播路测,显示其续航里程超过1000公里。
丰田在10月与日本能源巨头出光兴产达成合作,计划量产全固态电池,并预计在2027-2028年推出搭载全固态电池的汽车。
2024年有望看到固态电池在汽车行业应用的更多进展。例如,清陶与上汽合作的第二代半固态电池计划在2024年量产并应用于汽车上。此外,公司计划在2027年推出全固态电池,并实现10万辆级的量产装车
全球固态电池产业呈现出多元化、竞争激烈的格局,而中国在全球固态电池领域的参与度和影响力日益提升。
全球固态电池产业布局概况:
资料来源:电动卡车观察,东莞证券
在固态电池设备方面,除了先导智能外,还有多家装备企业也纷纷表示已在固态电池领域进行了相关技术布局。利元亨具备生产固态电池生产线相关设备的技术储备,还拥有固态电池领域的单机/整线设备的丰富交付经验。逸飞激光的电芯装配线完全适用于半固态/固态电池的生产,并且已经成功供货给相关厂商。
结语当前,固态电池仍然面临着固-固界面接触问题、界面反应机制与稳定性等工艺难点。固态电池的产线产品研发需要下游电池企业提供明确的方向指引和设计要求。
未来随着固态电池产业链各环节的不断成熟,固态电池的大规模商业化应用有望进一步加速。
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