全固态与量产仍有短则1年、长则6年的距离,固态电池产业整体却出乎意料地在2024年一季度多次引爆市场情绪。

一季度共有3起投融资事件发生于固态电池的上游材料环节,与电池环节的投融资平分秋色。同时,前驱体、正极、隔膜、固态电解质等相关材料的产能建设、量产出货也不断提速。资本和产业两股力量正合力推进固态电池产业链的不断完善。

盘点固态电池最新进展

eVTOL拓宽半固态电池应用边界

1月,美国初创公司Quantum Scape全固态电池样品通过大众集团的50万公里耐久性测试,完成时电池仍保持95%容量,成为今年固态电池行情上升的起点。

值得注意的是,就在此消息引起市场关注的半个月前,蔚来汽车对其自研150kWh半固态电池包进行了1000公里续航测试的直播,彼时虽也圆满完成,但在半固态、近30万元高昂成本、未量产等多重影响因素的叠加下,并未成为突出利好。

随后,在辉能2GWh固态电池工厂投产,海内外相关企业先后公布全固态电池量产时间点、最早有望于2025年便实现等事件的接连推动下,固态电池热度得以延续。

直至3月,“低空经济”作为新增长引擎首次被写入政府工作报告,以及后续相关任务文件、扶持政策的出台,直接带动低空飞行器eVTOL进入商业化提速阶段。

eVTOL对于配套电池的需求也首次被确定下来,产业需加速推动400Wh/kg级航空锂电池产品投入量产。结合现有液态锂电池的能量密度瓶颈为300Wh/kg来看,能量密度在350-400Wh/kg之间的半固态电池,正是产业中最贴近eVTOL需求的电池产品。

市场捕捉到半固态电池在车端应用之外应用场景延伸的信号,也意识到其成长天花板将由此打开,及时给出了正面的反馈。

在此之后,上汽智己于3月底开启其初代超快充半固态电池上车的宣传,其激起的水花,与蔚来汽车相比已经截然不同。受其影响,固态电池概念拉升,且强势延续。

智己L6即将上车的超130kWh超快充固态电池,正极采用专利自研的纳米尺度固态电解质包覆超高镍材料,负极为新一代高比能复合硅碳材料。
这句话用了密度极高的复杂词汇,搞得大家云里雾里。我给大家拆解下,它的意思是说,他们将一种“粉末状(纳米尺度)”的电解质材料利用了特殊工艺(包覆工艺)涂在了正极上(正极为超高镍材料)
不过他们没说的是,这款电池依然需要液体成分润湿极片,以方便电子在极片间运动。这不依然是电解质的工作特性嘛。而且这款“润湿剂”的质量占比约为电池整体的10%,也就比液态锂离子电池低5%左右。
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我们也能侧面做下验证。这款电池是与清陶能源联合研发的产物已经不是秘密了,从其官网介绍看,有一个氧化物固态电解质粉体,应该就是使用在智己L6上。所以不难判断,智己确实使用的是一款半固态电池。

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当然了,如果我们只是纠结于它是不是真固态,其实对这个产品本身也是不公平的。

三元锂电池的能量密度通常在150Wh/kg~250Wh/kg,固态电池的能量密度可以达到此数据的1倍甚至更多。比如智己L6 Max光年版搭载的固态电池单体能量密度为368Wh,相比250Wh/kg,能量密度增加高达47.2%,这提升的能力是实打实的,应该给予肯定呀。

昊铂这边,明确提到他们的全固态电池采用100%固态电解质。具体来看,是采用第三代海绵硅负极和高面容量固态正极。很可惜,昊铂对“高面容量固态正极”有何玄机没有过多展开。

按照2月广汽埃安公布的数据,该电池的能量密度超过了350Wh/kg,等到4月,这一数据被定义到超过400Wh/kg,看来是实验室又有突破,能量密度增加了60%。

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昊铂能做到400Wh/kg,与其全固态正极可达到 5mAh/cm2 以上的高面容量有直接关系。

根据广汽埃安总经理古惠南在接受《证券日报》记者采访时所说,他们初步计划是今年年底就要固态电池装车测试,明年主要是测试电池性能,后年争取量产。

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在多位专家看来,电池技术的创新周期大约是30年。自 2000年起,锂离子电池开始在动力方面应用,预计到2030年,全固态电池有望实现产业化。如果广汽埃安能顺利推进,这一速度比预期早了4年。

不过广汽埃安也不能认为自己就能拔得头筹,2023年宝马汽车的主要合作伙伴态能能量公司(Solid Power)也发布过一款全固态电池,能量密度为390W·h/kg。宝马希望在2025年之前推出第一辆基于Solid Power电池技术的原型车,就看谁的速度更快了。

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另外,由于全固态电池产线与现有液态电池产线无法兼容,直接投资全固态电池生产线会花费过多成本。蔚来汽车曾透露,一块150kWh的半固态电池价格就已接近 30 万元。居高不下的产品成本成为固态电池商业化路上的“拦路虎”。

如果广汽埃安用湿法工艺,大概能保留一半的现有设备,如果用干法工艺,2/3的设备都不能用,所以必须要实现设备厂商同步。

结合一级市场的视角来看,一季度固态电池领域的投融资整体保持克制的节奏,但也出现了触角向中上游延伸的变化,有三家分别在固态电池补锂材料、电解质、集流体等材料环节有所布局的企业获得融资。
由此看来,固态电池概念在二级市场的火爆,正切实推动着固态电池产业链企业得到支持。
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平价半固态下场,展示降本可能性
与此同时,半固态电池上车主要面临的成本考验也正在被解决。
从智己所搭载的上汽清陶半固态电池可以感知到的趋势是,目前在国内市场,由车企主导的半固态电池产业化的推进,暂时脱离全固态电池的遥远愿景而独立存在。也就是说,半固态电池更像是被视为提高电池性能、冲击高端市场的一个解决方案,而不是原先的“动力电池终极形态”,也因此被叠加了超快充等综合特质。
有观点认为,半固态电池如今能实现的能量密度,尚未能与液态锂电池拉开差距,且成本昂贵,不具备明显优势。
但本次智己L6在33万元车型上搭载半固态电池发布,已经展示了半固态电池降本的可能性。要知道,2023年底蔚来公开其半固态电池产品时,曾提及其电池包成本要超过30万元。
据上汽集团此前透露,其可实现半固态电池量产成本“仅略高于”三元锂电池。另结合其固态电池产能规划来看,预计今年共有超过9GWh的固态电池投产,满产情况下可支撑7.5万台车的装车需求(按照单车带电量120kWh计算),此规模下其生产成本也将得以摊薄。
这背后一方面是传统锂电材料进入相对价格低位,另一方面也与固态电解质等固态电池相关材料的投产提速有关。
此外,格林美在今年2月表示,公司已实现固态电池前驱体的量产出货;恒瀛新能源6条半固态高端隔膜产线也预计于5月投产等。
另据业内人士指出,在三元、铁锂电芯价差逐渐缩小的情况下,铁锂电池依旧占据了接近7成的市场份额,意味着终端对于电池成本考量的“锱铢必较“。
这一决策思路也同样适用于性能提升上,超过360Wh/kg的能量密度虽不及全固态电池,但其相较于现有锂电池而言,也已经是可使得续航里程突破1000公里的切实提升。
值得注意的是,当半固态电池的研发出发点在于做出更高性能的动力电池,而非突破电池材料体系的瓶颈时,其也就与高端铁锂、高端三元电池等进入了同一个池子竞争。
而此时动力电池竞争旋律仍以降本为主,高端车型渗透增速有限,半固态电池装车后能否得到消费者认可,还具备不确定性。
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固态电池被大家调侃成“薛定谔的动态电池”,说的是它总被拉出来吹概念,落地遥遥无期,而且吹概念也罢了,有时候到底是固态还是半固态,都没个准话。

辨别液态、半固态还是全固态,重点看电解质的是什么状态,电解质的作用是为电子转移提供媒介。像“稀饭”一样的就是液态电池,像“粥”一样就是半固态,像“熟米饭”一样就是固态。

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液态电池与固态电池内部结构对比图。液态锂电池主要使用碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯等,作为离子迁移的电解质,固态电池主要使用固态的氧化物或者硫化物作为电解质。

(1)循环寿命衰减和电池容量

固态电池量产仍存在固态电解质之间界面接触不良、生产成本过高等问题。由于固态电解质特性,电解质与正负极材料间接触会产生较大阻抗,导致损耗过高和稳定性差等问题,由此造成电池电量和循环寿命衰减。所以广汽埃安后续的实验验证应该花大量的精力在此。

换个视角看,这也是半固态电池的优势所在,在固态电池中注入少量液态电解质,可以大大提高固态电池的容量,改善固态电池存在的能量偏低、倍率性较差的问题。

(2)电池安全性

由于固态电池中没有液态电解质,从而可以提高电池的安全性,这会是广汽埃安固态电池的优势。

但半固态电池的安全性则是制约其发展的关键因素,由于半固态电池的物化性质相对传统液态锂离子电池不同,如何判断其安全性能,获得具有适用性的动力电池的热失控评价技术,是行业当前亟需解决的难题。所以智己如果想推“半固态电池”,现阶段的重点攻克方向就在此,比如要推出更领先的BMS电池管理技术。

由于固态电池使用固态电解质,稳定性更强,不存在液态电解质容易燃烧和爆炸的风险,与液态电池相比,固态电池被认为是下一代高性能锂电池重要代表。但与此同时,半固态电池并不是就应该人人喊打,现阶段这种产品的折中优势也不少。

不管如何,好的技术要鼓励,两种模式的电池都很好,只是车企一定要坚定自己的想法,别想着“贴金”,最后显得不自信,反而不好。要我说,智己就大大方方说自己使用的是半固态,但产品很难打。广汽埃安说自己使用的是全固态,但要再等等看。

 

 
新能源汽车的快速发展带动了动力电池的高速增长。动力电池生产流程一般可以分为前段、中段和后段三个部分。其中,前段工序包括配料、搅拌、涂布、辊压、分切等,中段工序包括卷绕/叠片、封装、烘干、注液、封口、清洗等,后段主要为化成、分容、PACK等。材料方面主要有正负极材料,隔膜,电解液,集流体,电池包相关的结构胶,缓存,阻燃,隔热,外壳结构材料等材料。 为了更好促进行业人士交流,艾邦搭建有锂电池产业链上下游交流平台,覆盖全产业链,从主机厂,到电池包厂商,正负极材料,隔膜,铝塑膜等企业以及各个工艺过程中的设备厂商,欢迎申请加入。

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