全固态电池商业化进程加速 行业复合增速有望超60%

证券时报记者 匡继雄

据中国科学院青岛生物能源与过程研究所消息,该所固态能源系统技术中心研究团队利用熔融黏结技术,干法制备出具有出色柔韧性的超薄 硫化物 固态 电解质 膜,其优异的力学性能、离子电导率以及应力耗散特性可有效抑制 电池 内部应力不均导致的机械失效。运用该方法制备出的一体化全固态电池具有优异的界面稳定性、长循环性能。

目前,液态电池为全球锂电池主流技术,工艺及供应链成熟,但电池本征安全问题及能量密度限制其进一步发展。全固态电池使用固体电解质替代易燃易爆的电解液,实现电池本征安全,同时可以应用更高比容量的正负极材料,突破锂电池能量密度“天花板”,成为全面提升锂电池性能的必然选择。

根据不同的电解质类型,固态电池主要包括 聚合物 、氧化物、硫化物三种技术路线。相比其他两类材质的固态电池,硫化物电解质离子电导率最高,电化学窗口宽,柔度和可塑性好,是目前最理想的固态电解质之一。

目前海外主要企业如丰田和三星SDI等企业均选择硫化物路线作为固态电池技术方向,并以研发全固态电池为主;国内企业如卫蓝、清陶等均选择氧化物路线,并先行研制、生产半固态电池。虽各企业技术路径选择具有一定差异,但从现有趋势来看,氧化物与半固态、硫化物与全固态成为主流搭配,硫化物或成为全固态电池终局技术路径。

该研究团队的研究成果对硫化物全固态电池的商业化具有重要意义,为全固态电池未来科学研究和工艺技术发展提供了有益参考。

多家A股公司 透露布局进展

A股 市场上,多家公司近期通过互动平台透露了其布局进展情况。

蓝海华腾投资的高能时代硫化物全固态锂电池研发进展顺利,目前已经完成20Ah级全固态电芯A样开发,同时高能时代正在搭建中试线,预计2024年年底可以实现5Ah以内小电芯量产。该股近期表现强势,月K线已3连阳,股价自2月低点以来最高涨幅超200%。

厦钨新能在固态电池 正极 材料方面,聚焦于正极材料与固态电解质的匹配问题,在卤化物和硫化物全固态电池方面均实现初期量产。

容百科技已完成硫化物、氧化物等多种固态电解质材料的开发,并且成功开发湿法、干电极制备固态电解质膜技术,已与海内外客户展开合作,并获得客户好评。

当升科技在固态锂电正极材料及固态电解质领域已开展多年研发投入,已系统布局氧化物、硫化物、聚合物等主流固态电池用关键材料技术路线,可应用于半固态及全固态电池,相关固态锂电产品已实现批量销售。

恩捷股份在3年前就布局了全固态项目,主要从事全固态硫化物、固态电解质等相关材料的研发工作,并于2023年实现了技术和量产上的突破。

行业需求将高速增长

近年来,各国加速布局固态电池产业,推出相关政策和计划,明确固态电池主要发展目标。

如美国由能源部出资,初创公司主导研发,并与众多车企达成合作,目标在2030年固态电池能量密度达到500Wh/kg。日本打造车企和电池厂共同研发体系,力争2030年实现全固态电池商业化,能量密度目标500Wh/kg。

从国内来看,2020年10月,由工信部指导、中国汽车工程学会领头编制的《节能与新能源汽车技术路线图》指出,到2025年、2030年,动力电池单体能量密度需要分别达到400Wh/kg和500Wh/kg。当前液态锂电池体系较难实现能量密度超过300Wh/kg,因此计划以固态电池为重点发展目标,来提高电池的能量密度并降低其成本。

2023年1月,由工信部等部门联合发布的《关于推动能源电子产业发展的指导意见》进一步提出加强固态电池标准体系的研究。

据国盛证券预测,2025年全球固态电池需求量为17.3GWh,到2030年,全球固态电池需求量有望超200GWh的市场规模,2025年至2030年年复合增长率达65.8%。

从行业层面来看,固态电池的优势在于安全和续航,未来有望在飞行端、新能源车端、消费电子端以及储能端都会有所应用。例如,在飞行端,低空经济有望打开固态电池成长空间。

2024年3月,工信部等四部门联合发布《通用航空装备创新应用实施方案(2024—2030年)》,提出到2027年,新型通用航空装备将在城市空中交通、物流和应急服务等领域实现商业化运营;到2030年,低空经济规模预计将达到万亿元级别。

新型通用航空装备,如电动垂直起降飞行器(eVTOL)对电池技术提出严苛标准,强调高能量密度、安全性和倍率性能,这与固态电池的特性高度契合。eVTOL的快速发展有望加速固态电池产业化进程。

机构扎堆看好16股

据证券时报·数据宝统计,固态电池概念股中,亿纬锂能、新宙邦等16股获得10家以上机构积极型(含买入、增持、强烈推荐等)评级且机构一致预测今年净利润增速有望超20%。其中中天科技、广汽集团、珠海冠宇3股年内获北上资金大手笔买入。

中天科技获18家机构一致预测今年净利润增长率达23.70%,年内(截至5月21日)获北上资金净买入1.06亿股。中天科技在互动平台上表示,公司前期已经布局固态电池研究,目前基于已有产线的半固态电池已经中试完成。

广汽集团获10家机构一致预测今年净利润增长率达31.28%,年内获北上资金净买入2889.40万股。广汽集团去年11月在其官微上表示,广汽埃安实验室通过固态电解质成分特殊设计,在负极表面诱导形成界面缓冲层,可有效降低界面阻抗,同时提升界面稳定性,解决了常规固态电池界面因固固接触导致的阻抗大、稳定性较差的问题及其进一步引发的电量严重衰减、寿命缩短的问题,实现了固态电池从实验室走向量产应用的突破。

珠海冠宇获14家机构一致预测今年净利润增长率达133.70%,年内获北上资金净买入1126.42万股。5月以来,珠海冠宇涨17.33%。珠海冠宇在2023年年报中表示,公司开发了固态电池专用正极材料,有效解决了固态电池正极与电解质界面兼容性差的问题,并运用该固态电解质膜和专用正极材料制备出了能量密度高达350Wh/kg的固态电池样品。


买电车再等等,固态电池量产,有信儿了!

你还没有买电车的原因,是续航焦虑,还是电池安全?不管是哪一个,固态电池都能很好解决。所以,眼下大家都特别关注,企业铺垫了这么久的固态电池,到底什么时候上车?

最新消息,来了!

日前,埃安宣布,将自研自产的全固态电池提前到2026年发布。无独有偶,宁德时代也加快了研发的脚步,计划在2027之后实现量产。这意味着,或许普通消费者在2027年就能买到搭载固态电池的电车。

目前固态电池量产挑战在哪?

固态电池在能量密度、安全性以及使用寿命等方面都要全面优于液态锂离子电池,其能量密度在300Wh/kg以上,这个数字几乎是液态锂电池能量密度的天花板。可以说,用上了固态电池,电车可以像燃油车一样轻,也可以做到更长的单次续航。因此它被誉为动力电池的最终形态。有不少对时下新能源车有保留意见的朋友表示,到固态电池量产装车后,才会考虑选择新能源车。

当然,固态电池也带了很多材料课题和技术问题,工艺的不成熟、固体电解质阻隔小等等,都限制了固态电池的产业化。

首先是材料问题,最大的挑战是电解质。由于电解质是固态形式,限制了电荷在材料中的移动性能,会降低电池的功能,因此需要通过更高的电压来“驱动”,这也导致了新的问题的产生:更高的电压可能会使固态电解质更快地降解,从而减少充电循环次数,也就是说现阶段的技术使用固态电池的话,要么降低功率、要么缩短使用寿命。

另外,全固态电池可以在相同能量的情况下,拥有更小的体积和更轻的质量。其中外部尺寸对内部材料的影响是比较大的,以目前最为流行的陶瓷材料为例,由于无法弯曲因此不能制造成圆柱体的电池(圆柱电池生产效益最高),直接影响了生产固态电池的经济性。

最后,生产工艺和成本也是一个问题,固态电池用的基本是新型的材料,成本较高,而且按照目前生产线的工艺与技术,要大规模加工生产固态电池,存在很大的挑战,甚至有专家表示,2030年之前不太可能实现固态电池的大规模生产。

2026年,固态电池量产元年?

各大车企厂商对固态电池的规划都集中在2025-2030年之间,可见未来这几年将会是固态电池发展的关键时期,谁能率先量产商用,谁就能争取到固态电池上的话语权。据资料显示,广汽埃安、长安深蓝、智己等车企规划在2025年前推出半固态电池,并量产装车,预计到2026年半固态电池在市场的渗透率达到了5%。当然,丰田、宝马等海外大厂都在密谋搭载固态电池的全新电动车型。

国内外对固态电池的发展都比较看好,不过有专家表示,全固态电池目前还有核心的问题需要解决,至于2026年能否成为全固态电池的元年?专家对此有所保留。业界普遍认为,全固态电池的大批量投产时间将会在2030年前后,广汽埃安第一个站出来说:我的固态电池无需等太久!

未来“石油”般的存在

就汽车出行而言,电动车已经成为包括中、欧、美、日韩在内的全球五大市场的共识,那么未来电池,就是世界能源主流形态,从这个逻辑出发,也可以说固态电池是“石油”替代品,谁掌握了技术话语权,谁就是出行能源的主导者。

因此,各国也都有不少攻克固态电池的布局,只不过,各国“押宝”的路径却大不一样。目前固态电池三种探索路径:聚合物、氧化物和硫化物。其中,宝马、大众等欧洲厂商投资了主攻聚合物固态电解质的初创公司,而丰田、LG等日韩系厂商则选择硫化物固态电解质的技术路线,咱们中国的企业则主攻氧化物固态电解质的技术路线。

现阶段,全球的厂商都处于研发和中期试验的阶段,日本在很早期就规划全固态电池的研发,目前他们的技术在全球处于领先的位置,而且全固态电池方面的专利数也是遥遥领先,达到了3043项。原计划是要在2020年实现硫化物固态电池的商业化,结果大家都能看到了,不了了之。

在研发上,日本企业多以抱团的形式,即车企和电池厂商合作。他们的研发直接跳过了半固态电池,举全国之力包括比较大的财团、整车、材料、电池的企业都参与到计划中,为的是一步到位。

作为第二梯队的中国和美国,在固态电池的研发上也有不少的突破,前者拥有相关的专利数563项,后者的专利数达到了835项。早在2019年,有关部门就发布了《新能源汽车产业发展规划(2021-2035)》,将固态电池的研发提升到了国家层面,强调了固态电池商业化的重要性。按照目前的规划和进度,国内的企业预计在2025左右能够实现大规模的量产。

中国企业研究固态电池虽然起步晚,但态度积极,相关的产业链也较为完善、产业规模大、市场也比较大,国内厂商之间的强强联手或全栈自研自产,都可以加速国内固态电池的研发进程,为尽早实现商业化提速。

而韩国和德国的固态电池发展则相对缓慢,韩国方面由本国电池龙头企业牵手,组建研发固态电池的团队,并且有1000亿韩元做支撑。德国则有政府撑腰,10亿欧元经费用于固态电池的开发。

目前在售电动车,主流动力电池是磷酸铁锂电池和三元锂电池,不过,众所周知这两类电池在能量密度和充电速度上,都已经接近物理极限。因此,寻找更高性能、更加安全的电池形态成为了共识。而固态电池,就是目标。

N点评:中国科学院院士欧阳明高说过:“这一代锂离子电池在2000年前后开始应用,预计30年后会有一次全面的革新”,这个变革,指的就是全固态电池。事实上,现在不管是日本企业,还是国内的新能源车企,都在按照2027年量产推进。广汽埃安敢为天下先,将自研自产的全固态电池提前到2026年发布。有了车企的积极推进,固态动力电池上车指日可待!

当然,全固态电池刚开始量产,成本必然高企,从目前蔚来的半固态电池包,相当于一台ET5的车价就不难预见。从量产到推广,再到下放到经济性更接近普通人的车型上,这个过程少说还得有5年时间。一般来说,城市家庭用户,一台车的使用年限中位也在5年左右。所以,普通人是不是真的要等固态电池“上车”?我觉得大可不必,目前液态锂离子电池(磷酸铁锂和三元锂电池)的成本已经降得比较低了,新能源车的售价也几乎与传统燃油车“同价”,所以说该买还是要买的,现在买一台先开着,到换车自好接上固态电池。

2023-2029全球车载固态电池市场现状及未来发展趋势

全球车载固态电池市场:现状与未来发展</

车载固态电池,作为电池技术的革新者,正引领电动汽车行业步入新时代。相较于传统液态电池,固态电池凭借其显著优势,如高能量密度</、快速充电</和卓越的 安全性 ,被视为未来动力系统的关键驱动力。核心变革在于,固态电池采用固体电解质取代了液态电解质,这使得电池在性能上有了质的飞跃。

固态电池的演进路径从液态体系出发,经历固态电解质的引入、新型负极材料的升级、正极材料的迭代以及隔膜技术的进步。目前,主流厂商正沿半固态到全固态的路径推进,电解质路线从聚合物+氧化物迈向氧化物半/全固态,再向硫化物全固态发展;负极由石墨转向硅基和金属锂;正极则从高镍三元到高电压高镍和新型材料如尖晶石镍锰酸锂。这标志着固态电池技术正在向更高性能和更高效能方向迈进。

产业链布局</方面,电池端企业如宁德时代、比亚迪和亿纬锂能等,正在积极研发固态电池技术;固态电解质领域的企业如天目先导和奥克股份则在研发关键材料;负极材料和正极材料企业如贝特瑞和当升科技也在不断突破。同时,整车制造商如丰田、大众和蔚来等,不仅自主研发,还通过投资与合作加速固态电池的商业化进程,如QuantumScape与大众的合作,以及QuantumScape的快速充电技术和锂金属电池技术测试。

QuantumScape作为行业先锋,2021年已与全球营收前十的汽车制造商合作,评估其固态电池原型,计划于2024年实现量产。其15分钟充电80%、能量密度超过400wh/kg的电池技术,展示了固态电池的未来潜力。从2021年3月的生产线扩建到2020年12月的快速充电技术,QuantumScape的每一步进展都预示着固态电池产业的蓬勃发展。

总的来说,车载固态电池市场的前景光明,随着技术的不断成熟和产业链的完善,我们期待未来几年内,固态电池将主导电动汽车动力系统,为绿色出行提供强大而可靠的保障。

固态电池入场|中国全固态电池创新发展高峰论坛顺利举行

1月21日中国全固态电池产学研协同创新平台在京正式成立。22日由平台主办的首届中国全固态电池创新发展高峰论坛顺利召开。

当前,我国的动力电池产业在全球占据主导地位,全球排名前十的动力电池企业有六家来自中国,目前动力电池以液态锂离子电池为主。美国、欧盟、日韩等国家和地区想要争夺对动力电池产业的话语权,意图从全固态电池切口进入,实现换道超车。

日本以举国之力推动全固态电池商业化,已经有官-产-学联盟。韩国三大电池企业实力较强,三星已率先开发出了全固态电池。美国全固态电池研究以股市和车企支持的创业企业为主导,Quantum Scape已发布了固态电池新产品。很多有实力的公司发布的产业化时间基本定于2027年至2030年。

在全固态电池研究上,中外之间存在差异。与国外基本是全固态电池研究不同的是,当前国内的固态电池技术路线是多元化、并以固液混合的半固态电池为主。半固态电池与液态锂离子电池的电化学原理相同,是提升安全性的技术之一,但不属于颠覆性技术。从全行业角度,国内既要发展渐进型的半固态电池技术路线,也要防范激进型全固态电池技术路线带来的颠覆性风险。

本届论坛是国内首次汇集多位院士专家,多家领军企业、知名高校、研究机构,以及多个地方政府代表的高端对话平台,超400余人参会,针对全固态电池领域的关键问题和热点问题进行深入探讨,共话全固态电池技术与产业化发展。

直面关键挑战 赓续科研创新

中国工程院院士、中国科学院物理研究所研究员陈立泉,加拿大工程院院士、加拿大皇家科学院院士、中国工程院外籍院士、宁波东方理工大学讲席教授孙学良,中国科学院物理研究所研究员李泓,中国科学院上海硅酸盐研究所能源材料研究中心主任、研究员温兆银,东风汽车集团有限公司研发总院副院长史建鹏,国联汽车动力电池研究院有限责任公司副总经理、国家动力电池创新中心副主任王建涛,南方科技大学教授许晓雄,清陶(昆山)能源发展股份有限公司总经理、高级工程师李峥出席并发表主旨演讲,上海大学教授卢世刚主持会议。

陈立泉院士回顾了我国自1976年以来的固态电池科研历程,展示了期间取得的多项重大成果。“全固态电池发展前景广阔,但是还有许多问题没有完全解决。”陈立泉院士直言,为了提升全固态电池能量密度、倍率性能和循环寿命,不仅要关注全固态锂电池的基础科学问题,如新型电解质材料、界面改性和电池失效的机制,同时也要重视全固态电池的关键技术问题,如电解质的批量生产制备技术、大面积固态电解质薄膜连续制备技术、全固态电池一体化制备技术。

(陈立泉 中国工程院院士、中国科学院物理研究所研究员)

孙学良院士发表了“新型卤化物基全固态电池的机遇与挑战”主题报告,围绕新型卤化物固态电解质材料的开发,以及界面设计与电池应用等内容介绍了最新的前沿进展与成果。“卤化物离子导电率发展到10的负二次方,大约用了不到5年的时间,已经超过了液态电解液,非常给我们信心发展全固态电池。”

(孙学良 加拿大工程院院士、加拿大皇家科学院院士、中国工程院外籍院士、宁波东方理工大学讲席教授)

李泓研究员阐述了当前全固态电池发展面临的问题,提出解决固固接触最核心难题的一种方案,汇报了中科院物理所1976年以来全固态电池的研究成果和思路。李泓研究员认为,“半固态已经实现产业化、规模化,下一步应该是3.0版、4.0版固态电池版本,2027年左右有可能实现应用,包括在消费电子类以及动力和储能上陆续开始使用”。

(李泓 中国科学院物理研究所研究员)

温兆银主任回顾了“十三五”到“十四五”期间承担的电池相关国家重点研发计划,汇报了“十四五”开展的全固态电池研究,更要把材料的基础问题解决好,全固态电池希望达到350瓦时/公斤的能量密度,同时要在1C环境下循环1000次,进行示范验证。温兆银指出,要实现全固态电池,我们的制造技术和现在的锂离子电池会有很大不同,难度要更大。希望从材料的角度、界面的角度解决问题,得到一个高安全性、高能量密度的电池体系,这个还需要大家共同努力。

(温兆银 中国科学院上海硅酸盐研究所能源材料研究中心主任、研究员)

史建鹏院长认为液态电池存在着安全、里程焦虑、能量密度三大痛点,固态电池成为国内外整车厂、零部件公司、电池公司、材料公司角力的关键。固态电池还存在高性能正极材料、复合电解质膜、负极材料、固态电池工艺问题等四大挑战。“如果各个企业、材料体系、各个系统一起发力,固态电池装汽车的日程表会大幅度提前,我相信这一天能够更早地到来。”

(史建鹏 东风汽车集团有限公司研发总院副院长)

王建涛副总经理汇报了国联汽车动力电池研究院在全固态电池及其关键材料方面的研究进展。“目前全固态电池仍然存在一些需要解决的问题,包括固态电解质材料、固态电解质膜、正负极材料选择、后端电芯结构和制备工艺挑战等”,王建涛提到,“全固态电池产业链需要协同攻关,在材料、电极和电解质膜、界面和电芯方面都需要进行大量的验证工作”。

(王建涛 国联汽车动力电池研究院有限责任公司副总经理、国家动力电池创新中心副主任)

许晓雄教授在解读聚合物、氧化物、硫化物技术路线的特性和研究进展的基础上,详细介绍了赣锋锂业在硫化物路线上的布局。许晓雄指出,在液体电池上不可能实现的高安全、低成本、高能量密度、高功率和长寿命之间的平衡,或将在全固态电池上实现。

(许晓雄 南方科技大学教授)

李峥总经理发表“全固态电池产业化路径与清陶实践”主旨报告,提出清陶全固态电池发展的目标一是实现电池的本质安全,第二是提高能量密度,第三是成本的明显下降。“清陶能源希望未来能够将固态电池成本做到目前液态电池的40%—50%,从而推动整个行业的发展。”

(李峥 清陶(昆山)能源发展股份有限公司总经理、高级工程师)

群贤毕至思维碰撞

中国第一汽车集团有限公司研发总院(科技创新管理部)院长、党委书记王德平,厦门大学教授杨勇,弗迪电池有限公司首席技术官孙华军,中国科学院青岛生物能源与过程研究所研究员崔光磊,武汉大学教授艾新平,中国科学院物理研究所长三角研究中心科学家工作室主任、中国科学院大学教授吴凡,广汽埃安新能源汽车股份有限公司副总经理张雄出席圆桌会议,中国科学院院士、清华大学教授欧阳明高主持。

全固态电池目前所面临的挑战巨大,技术门槛极高。相比国外,我国全固态电池产业的关键时间节点怎样?实现全固态电池产业化还面临哪些现实问题?现场七位嘉宾各抒己见。

王德平认为2027年全固态电池装车不乐观,但作为整车企业很迫切期望尽快实现量产。全固态电池可以解决安全性问题,减少充电次数,高能量密度可以节省大量车内空间,对整车布局、结构和安全性会有很大促进作用。

孙华军认为2027年或者2030年全固态电池可能达到小规模、小批量产业化。要在综合衡量重量能量密度、体积能量密度、成本维度的前提下,考虑全固态电池产业化及过程中面临的问题。

杨勇指出全固态电池和液体锂离子电池、半固态电池差别非常大,全固态电池还存在材料、界面、工艺、设备、产业链等复杂问题亟待解决,希望借助平台资源优势协同攻关。

崔光磊认为科研界一定要扎扎实实地把基础科学问题、技术问题理清楚,只有这样我们国家的电池才能走得更远、更快,全固态电池还有很多问题需要解决,首先需要明确技术路线,他认为发挥每种电解质的优势复合电解质是比较好的选择。

艾新平认为推动全固态电池产业化还需要在性能、安全、成本等方面综合考虑,加强评估,并提出混合动力汽车是全固态电池应该重点推动的一个应用场景。

吴凡提出日韩举全国之力研发全固态电池,在产业链上取得了一些先发优势,我国在固态电解质材料、固态电池生产设备等核心产业环节上尚处于劣势,协同创新平台的成立,有望集全产业链力量攻关全固态电池产业化难题。

张雄认为在AI赋能未来的支持下,对新的科学技术会产生质的飞跃,推动电池技术进入二次腾飞的新阶段,企业应加大对全固态电池技术的人力、物力、财力投入,提出争取2026年实现全固态电池装车应用。

欧阳明高院士指出,任何技术都会不断地革新,求新求变是我们的基本态度,论证它不行也非常重要,尤其现在我们这么大的电池产业,不能承受任何风险。人工智能会使材料合成的速度几百倍、上千倍的效率提高,将会改变我们所有的研发范式。求新求变,不断创新,才有可能保持中国新能源汽车和中国电池行业可持续的世界领先。

(欧阳明高 中国科学院院士、清华大学教授)

中国全固态电池创新发展高峰论坛,是由中国全固态电池产学研协同创新平台(CASIP)组织发起,提供行业前沿技术交流、创新思维碰撞的高端对话平台。论坛汇聚“政产学研金”各方顶尖资源及创新力量,力争为我国全固态电池产业跨越创新周期、赢得国际新一轮电池技术之争贡献重要力量!

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