近来,A股市场震荡盘整为主,但仍有热点频频引爆市场。这其中,强势出圈的非固态电池莫属。尤其4月9日,固态电池板块全面爆发,翔丰华(300890.SZ)、丰元股份(002805.SZ)等多股集体涨停,当升科技(300073.SZ)、容百科技(688005.SH)、硅宝科技(300019.SZ)均涨超15%。随后的10日、11日,随着大盘弱势运行,板块有所回落,但丰元股份、德福科技(301511.SZ)等概念股依然持续飙涨。
固态电池在资本市场站上风口,核心催化是今年来利好消息不断,特别是近期车企、电池厂、科研院所等纷纷下场官宣相关新品、研发突破,大有产业化提速之势。
量产上车、超长续航、A股热炒,固态电池一时风头无两。但业内人士纷纷告诉钛媒体APP,当前的固态电池并非真正意义上的固态电池,说半固态/准固态电池更为准确。此前宁德时代(300750.SZ)召开业绩会时也表示,目前还有很多基本的科学问题待解决,产业化路远。
那么,固态电池真的来了吗?真能给新能源汽车带来颠覆性革命?核心难点又在哪里?
固态电池站上风口
固态电池,它真的来了。
早在去年6月,北京卫蓝新能源科技有限公司(以下简称“卫蓝新能源”)宣布360Wh/kg锂电池电芯正式交付蔚来汽车。同年12月17日,蔚来CEO李斌开着一辆搭载150kWh电池包的ET7,在气温只有-2℃的上海,完成了1000公里的续航挑战,引发多方关注。
进入2024年,前有日本电池企业麦克赛尔开发出了圆柱形全固态电池;后有QS的固态电池产品在实验室中通过了大众的耐久性测试;1月11日,哈佛大学也宣布使用新方法提高了固态电池的寿命。
到今年3月25日,智己汽车联席CEO刘涛又在微博发文透露,准900V超快充固态电池即将在智己L6量产上车。4月8日,率先搭载行业首个量产上车的“超快充固态电池1.0”的的智己L6正式发布。该固态电池可实现高温不可燃、减少穿刺短路的同时,峰值充电功率达400kW,充电12分钟续航增加400km。
稍早之前的4月2日,太蓝新能源宣布在“车规级全固态锂电池”研发方面取得重大进展,首发车规级 720Wh/kg体型化全固态电池。
无独有偶,4月9日,广汽埃安旗下昊铂品牌也官宣,昊铂“全固态”电池即将亮相,将于4月12日发布。据介绍,该电池采用100%固态电解质,具备超高能量密度、超强本征安全(主要指单体安全),超宽使用温域等特点,并已经“从实验室走向量产应用”。
当然,除了车企开卷外,电池企业及上游材料端也不断释出固态电池相关利好。宁德时代4月初就在互动平台透露,“公司非常重视固态电池,已经进行了多年的布局,最近加大了很多投入,在固态电池领域处于行业领先地位。与此同时,公司发布了凝聚态电池,能量密度最高可达500Wh/kg,正在进行民用电动载人飞机项目的合作开发,执行航空级的标准与测试,满足航空级的安全与质量要求,同时,我们还将推出凝聚态电池的车规级应用版本。”
最新的消息来自中科院青岛生物能源与过程研究所先进储能材料与技术研究团队,他们在硫化物电解质研究领域取得了重大突破,成功解决了制约硫化物全固态电池叠层工艺的关键痛点和技术瓶颈。
量产上车和更多应用消息纷至沓来,早在2023年就曾在资本市场掀起过风云的固态电池概念又一次搅动A股,成为当下最热板块,个股更是牛气冲天。比如,三祥新材(603663.SH)在最近的10个交易日录得8个涨停板,股价实现翻倍;当升科技和东方锆业(002167.SZ)股价也大幅上涨,10天累计上涨高达57.01%和59.59%。
颠覆新能源汽车的未来电池主流?
锂电池由正极、负极、隔膜和电解质四部分组成,运作原理大同小异。电池放电的过程,是锂释放电子成为锂离子,而电解质隔膜能够通过锂离子不会通过电子,从而让锂离子通过到另一边;充电的时候,锂离子再从电解质隔膜穿回去拿回电子,如此往复。电解质液的功能就是让锂离子通过而不要电子通过,而如果电子通过,则会发生电池爆燃、爆炸。
新能源汽车的动力电池,关键指标就三点:能量密度、充电速度、极端天气下的工作效率。当前主流的三元锂电池和磷酸铁锂电池均属于液态电池,通常使用石墨作为负极材料,其理论比容量有限;且由于电解液的存在,始终面临充电效率低、碰撞起火等问题。
“固态电池被广泛认为是未来电池技术的主流发展方向之一,原因在于它们相较于传统液态锂离子电池具有多项潜在优势。”深度科技研究院院长张孝荣告诉钛媒体APP,固态电池最大的优势包括更高的能量密度,这意味着在相同体积或重量下可以存储更多的电能,从而提高电动汽车的续航里程;其次,是更好的安全性,因为固态电解质不可燃,减少了热失控和电池燃烧的风险;以及更宽的工作温度范围,使得电池在极端环境下也能保持良好性能。
这其实很好理解,固态电池是将液态电解液部分或全部替换成固态电解质,且固态电池负极采用更高能量的电极材料,如硅基负极(理论比容量约3000mAh/g),甚至纳米硅碳负极、锂金属负极,能量密度更高;且固态电解质的分子排列更紧密有序,锂离子可以更直接、更快速地通过这些通道,充电速度也起来了。
同时,全固态电池的电解质在-30°C和100°C的范围内都不会凝固,不会气化,温度适应性也更好。
另外,使用固态电解质取代液态电池的隔膜和电解液后,固态电池正负极之间的距离可以缩短到只有几到十几个微米,从而大幅降低电池的厚度,进而缩小电池体积。
技术和成本掣肘下产业化道远
既然固态电池完胜液态电池,为何不全面替代液态电池?因为,固态电池技术突破仍需努力,量产还太难。
宁德时代就在2023年度业绩说明会上坦言:“固态电池有3条技术路线,即氧化物路线、硫化物路线及聚合物路线。目前还有很多基本的科学问题待解决,如大多数固态电解质中的离子扩散速率与液态电解质存在数量级差异、固固界面难以始终保持良好接触等,在突破这些科技问题后,还会遇到产业化的问题。”
万联证券屈放也向钛媒体APP表示,技术方面,固态电解质离子输运机制、锂金属负极锂枝晶生长机制和多场耦合体系失控失效机制为固态电池发展面临的核心问题。
除了技术难点外,固态电池面临的最大问题是量产难,这就涉及材料成本高和制程复杂的问题。
“举个最简单的例子,固态电池的负极材料目前较多采用硅碳负极,但硅碳负极材料目前产能有限,价格在15万元/吨以上,是人造石墨负极的5倍甚至更多。”有锂电池生产企业人士向钛媒体APP直言,成本降不下去,产品就大概率卖不出去,产业化就难以落地。
根据Mysteel的数据,4月11日,人造石墨负极26000元/吨,天然石墨负极33000元/吨,而硅碳负极价格为14万元-20万元/吨,硅氧负极15-20万元/吨,纳米硅更是达到25-40万元/吨。
华金证券则从上车的电池包成本解释固态电池成本高的问题,“以蔚来2023年7月上线的150kWh电池包信息测算,其半固态电池成本约为1.7-2.2元/Wh,远高于同期车用方形三元电芯、铁锂电芯均价0.73、0.65元/Wh。截至2024年4月3日,方形三元电芯、铁锂电芯均价已降至0.465、0.375元/Wh。”
上述锂电池生产企业人士还提到,由于固态电池需要控制精密的温度和压力参数等,所以生产环节往往工艺复杂,需要很多精密设备,成本又叠加上去了。
技术和成本限制下,固态电池产业化任重道远。
“解决这些问题需要跨学科的研究合作、新材料的开发、电池设计的创新以及生产工艺的优化。”张孝荣称,预计在未来5到10年内,随着材料科学和制造技术的进步,固态电池的产业化难点或将逐步得到解决。
这就意味着,目前所谓的固态电池其实并不是真正的全固态。中关村物联网产业联盟副秘书长、专精特新企业高质量发展促进工程执行主任袁帅向钛媒体APP指出,“目前市场上所谓的固态电池可能仍含有少量液态电解质,以提高离子导电性或解决其他技术问题。因此,根据这些电池的实际组成和性能,称其为半固态电池或准固态电池可能更为准确。”
智己L6动力电池供应商清陶能源联合创始人、总经理李峥也坦陈,清陶能源的固态电池产业化分为三步:第一代固态电池,即在智己汽车上装车量产的电池,也被称为半固态电池;2025年会开发第二代固态电池;最终实现的第三代固态电池,也就是全固态电池。
全产业链发力
尽管真正的全固态电池仍是未来时,但在让新能源车彻底摆脱了“充电焦虑”和“续航恐惧”的强大性能面前,车企、电池厂已然纷纷入局,全产业链发力已经开始,这也是A股市场频频炒作的预期。
产业链来看,固态电池上游为基础材料及设备,包括原材料矿产、电芯材料和生产设备;中游为电池包加工制备,包括电池封装、电池管理系统等;下游为应用领域,包括新能源汽车、消费电子、储能、eVTOL等。
东方证券认为,未来固态电池材料体系全面优化,产业链存在较多潜在机会。其中,电解质为固态电池关键创新点;正负极材料向高性能方向迭代,打开高镍三元、硅基负极乃至锂金属负极的应用空间;封装多采用软包路线,铝塑膜需求也有望提升。
华金证券则分析指出,鉴于传统液态电池能量密度限制和eVTOL对电池性能的高要求,固态电池有望率先在eVTOL市场放量。
方正证券测算,目前国产新能源车企已实现半固态电池装车,预计2026年-2030年为全固态电池放量窗口期。2027年/2030年,固态电池需求量或超100GWh/460GWh。2024-2025年,全球锂电行业维持较高增速,2026年后增速或放缓。
钛媒体APP梳理发现,作为过渡,目前产业链各环节已经在加速推进半固态电池的产业化和商业化了,全固态电池研究同步进行中。
负极材料端,目前国内企业正在布局产能,比如:硅宝科技2023年建成1000吨/年动力电池用硅碳负极生产线,1万吨/年的项目去年完成全部基建,目前开始设备安装;杉杉股份(600884.SH)硅氧、硅碳在建产能为4万吨,预计今年8月份实现量产;贝特瑞(835185.BJ)有硅氧、硅碳负极0.6万吨/年产能,4万吨/年产能仍在建;璞泰来(603659.SH)硅氧、硅碳在建产能则为1.2万吨。
电池生产方面,赣锋锂业固态电池4GWh产能已经于2023年建成量产,后续36GWh产能正在建设中;卫蓝新能源总规划50.2GWh产能,已投产30.2GWh产能;清陶能源规划36GWh产能,已建成2GWh产能。
下游新能源车厂则纷纷以半固态电池方案过渡,规划逐步实现向全固态电池的转化。比如,已经在智己L6上搭载800V超快充半固态电池的上汽集团,规划2025年在智己、飞凡、荣威、MG等车型上实现固态电池量产;广汽集团拟2026年在昊铂车型上实现全固态电池量产;长安汽车拟2025年开始量产能量密度达到350-500Wh/kg固态电池产品,2030年实现全面普及,2035年左右实现锂金属电池、锂硫电池等装车应用。(本文首发于钛媒体 APP,作者|苏启桃)
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