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具颠覆性潜力,材料厂商备战全固态电池产业化

第一财经 2024-01-29 11:36:45 听新闻

作者:李泓霖    责编:黄宇

我国能否顺利闯过固态电池技术和量产关口,是确保实现汽车强国、保持全球领先地位的关键一战。

凭借高能量密度和安全性等多维优势,全固态电池被视为未来电池的终极形态。中国科学院院士、清华大学教授欧阳明高日前在中国全固态电池产学研协同创新平台成立大会上表示,全固态电池是下一代电池技术竞争的关键制高点,相较液态电池具备颠覆性的技术潜力。

现阶段,全固态电池产业化仍然面临一系列科学难题。有动力电池厂商人士对第一财经表示,电极材料和电解质材料是全固态电池主要的技术难点。欧阳明高预计,全固态电池2030年有望实现产业化。

全固态电池技术具颠覆性

在固态电池技术路线的选择上,国内企业是以固液混合为主。欧阳明高表示,半固态电池是提升安全性的技术之一,但不属于颠覆性技术。

上述动力电池厂商人士也表示,半固态和全固态电池其实不是一回事,要分开看待。“半固态是将电解液含量从1逐渐减少趋于0,但全固态电池完全去除电解液,整个体系就变了,要完全解决固-固(固态电极与固态电解质)界面等各种问题。”

也有机构研究人员对第一财经表示,半固态电池是偷换概念。“目前半固态电池低成本、安全性能打不过铁锂,高能量密度方面现阶段高镍已经够了。”此前半固态电池被视为全固态电池的过渡产品,得以率先步入市场。

理论而言,全固态电池具备高安全性、高能量密度以及高功率。

安全性方面,硫化物固态电解质的热稳定性可以保持到300℃,较液态电解质增加了200℃的安全空间;全固态电池可以做成双极板,不论是单体电池还是电池模组都有高能量密度潜力;高功率方面,锂离子在固态电解质中传递速率更高,充电速度可以大幅提升。

孚能科技(688567.SH)董事长王瑀认为,发展到最后,电池能量密度增加,安全方面一定要靠固态电解质来解决,也只有固态(电解质)才能让更高能量密度的材料得到应用。

全固态电池产业化稳步推进

作为下一代电池首选方案之一,全固态电池已被我国列入国家发展战略。

2020年国务院发布的《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》指出,加快固态动力电池技术研发及产业化,这是首次将固态电池研发上升到国家层面。2024年1月9日,工业和信息化部副部长辛国斌在国新办新闻发布会上表示,支持企业开展联合创新,加大全固态电池等技术攻关,进一步提升产品市场竞争力。

在国家政策支持下,尽快学术研究领域暂时落后,但我国全固态电池的产业化仍在稳步推进。

从专利数量来看,我国和布局较早的日本还有一定差距——2022年7月《日经中文网》的一项调查数据显示,2000-2022年3月末,丰田拥有1300多项全固态电池专利技术;而根据智慧芽全球专利数据库,截至2023年10月,我国拥有全固态电池授权专利最多的企业专利数量也不足100项。

“从学术角度来看,日本确实在全固态电池的技术储备比较好,但是我们现在也追的很快,从成果的角度没有差多少。”上述机构研究人员表示。

广汽埃安在2023年年末表示,将于2026年实现全固态电池的量产装车,首发高端品牌昊铂;长安汽车计划于2027年之前推动重量能量密度达到350-500Wh/kg、体积能量密度750—1000Wh/L的全固态电池,2030年实现全面普及。

而2008年就开始从事全固态电池研究的丰田则将全固态电池预计量产时间从2027年推迟到了2030年以后。

中国电动汽车百人会副理事长董扬认为,日本在研发和专利方面的优势,不一定意味着日本在固态电池领域的胜势,一方面,我国目前固态动力电池研究并不落后,在世界科学期刊发表文章数已居世界第一;另一方面,日本虽然在研发方面处于强势,但中国有全球最大的新能源汽车市场,未来在固态电池的产业化方面有望实现领先。

关键材料厂商加速技术、产品升级

中国电动汽车百人会理事长陈清泰在上述全固态电池大会上表示,我国是否能够顺利闯过固态电池技术和量产关口,是确保实现汽车强国、保持全球领先地位的关键一战。

现阶段,全固态电池产业仍需持续提升关键材料等基础支撑能力,不断夯实全固态电池发展的基础。

正极材料仍然是决定全固态锂电池能量密度的关键因素,国信证券预计2030年全固态电池正极需求量为1.9万吨,市场空间约为56.5亿元。

理论而言,全固态电池正极仍可沿用现在的磷酸铁锂、三元材料等体系,但现有材料电池能量密度难以进一步提升。

“肯定是高电压会合适一点。”上述机构研究人员称。其中,富锂锰基作为新兴正极材料具有更高能量密度上限和电压平台,有望成为全固态电池未来正极材料最优选择。富锂锰基正极材料理论上约300mAh/g左右的克容量,较三元锂电池最高可高出50%,4.5V的额定电压也较三元电池的3.7V有明显提升。

上市公司中,容百科技(688005.SH)低钴富锂锰基材料处于中试阶段,适配于硫化物体系的全固态电池正极(改性高镍三元)处于小试阶段。2022-2025年卫蓝新能源将向容百采购不少于3万吨固态电池正极材料。

当升科技(300073.SZ)自主研发固态锂电正极材料、新型富锂锰基等多款先进正极材料。2021年12月,公司与卫蓝新能源达成战略合作,卫蓝拟在2022-2025年期间向当升采购2.5万吨以上固态锂电材料;2022年7月,公司与清陶能源达成战略合作,在2022-2025年期间采购不少于3万吨固态电池正极材料。

负极材料中,由于硅理论比容量高达4200mAh/g,是目前石墨类负极材料的十倍以上,硅基负极或成为全固态电池负极材料主要解决方案之一。国信证券预计2030年全固态电池负极需求量为0.23万吨,市场空间约为25.4亿元。

翔丰华(300890.SZ)开发的硅碳负极材料产品处于中试阶段,已具备产业化条件。公司与清陶能源签订战略合作协议,双方将在固态/半固态电池负极材料关键技术研发、供应等方面达成全面战略合作。

固态电解质主要包含三条技术路线,分别是聚合物、氧化物、硫化物。“这些技术路线各有利弊。”上述相关人员表示,目前还没有大规模产业化的技术路线,只能说硫化物的进度要快一些。

从各国对技术路线的选择来看,日韩企业多选择硫化物电解质路线,欧美则选择氧化物技术路线居多,中国三种电解质路线均有布局。

2021年1月,宁德时代(300750.SZ)曾公开一项“一种硫化物固态电解质片及其制备方法”相关专利;清陶能源第一代电池选择了氧化物+聚合物的技术路径,第二代固态电池选择了氧化物+卤化物+聚合物的路径;蜂巢能源则对硫化物和氧化物固态电解质均有涉及。

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