被视作动力电池革命性产品的固态电池,正迎来大批“玩家”。
11月5日,国家知识产权局公布信息称,华为公司申请的一项硫化物固态电池发明专利,已通过初步审查。该项专利名为《掺杂硫化物材料及其制备方法、锂离子电池》;专利摘要显示,本实现方式公开的掺杂硫化物材料,可以作为硫化物固态电解质应用在锂离子电池中,使得锂离子电池具有较长的使用寿命。
11月7日,太蓝新能源与长安汽车联合发布无隔膜固态锂电池技术。
11 月8日,广汽集团在互动平台表示,公司已初步打通全固态电池全流程制造工艺,预计于2026年装车。
而早在9月,欣旺达(300207)表示,公司第一代半固态电池已经完成开发;国轩高科(002074)则将其研发出的车规级全固态电池命名为“金石电池”,并计划2027年小批量上车实验,2030年量产;电池巨头宁德时代(300750)更是在今年增加了对全固态电池的研发投入,将固态电池研发团队扩充至超 1000 人。
除此之外,奇瑞、上汽、丰田、日产、比亚迪(002594)、吉利、一汽、蔚来、东风、宝马、保时捷、亿纬锂能、卫蓝新能源、三星、鹏辉能源等车企以及动力电池企业,都先后公布了其在固态电池方面的进展及规划。
越来越多的企业疯狂涌入固态电池赛道,资本对于这一市场的热情也被彻底点燃。“妖王”、“黑马”等已经成为固态电池的潜在标签,就连中国石化也开始下场投资这一技术。
“固态电池被认为是锂电池的终极形态,已成为全球动力电池领域竞争的技术高地,中国、日韩、美国均将其作为下一代电池技术的制胜点,试图抢占先机获得一定的竞争优势,成为下一个‘宁王’。”业内资深人士表示,随着越来越多车企下场自研电池,未来动力电池市场格局可能会更加多元化。
终极解决方案
与行业当前普遍搭载的液态锂电池相比,固态电池在能量密度、安全性、工作温度等方面更具优势,一定程度上可以提高电动车的续航里程、减少当前液态锂电池存在的潜在风险,例如热失控和电池燃烧。因此,固态电池已成为新一代动力电池发展的重要方向。
据悉,固态电池技术突破了传统电解液和隔膜对高容量材料应用的限制,使得自然界中比三元或石墨克容量更高的材料得以利用。通过固态电池技术,高镍三元等高能量密度材料可以被有效应用于电池正极,从而提高电芯的能量密度和电压水平。
像长安汽车与太蓝新能源联合发布的无隔膜固态锂电池技术,减掉隔膜,并在极片表面导入高致密复合固态电解质层。固态电解质层完全不燃烧,在保证高锂离子传导能力的同时,又兼顾提供优异的耐热性。这种固态电解质层还具有相当的韧性和机械强度,有效抑制了高温、机械力、锂枝晶(锂电池在充电过程中锂离子还原时形成的树枝状金属锂)等因素诱发的热失控,从根本上提升了电池安全等级。
能量密度方面,横向对比数据可以更清晰看出固态电池为何被称作终极解决方案。磷酸铁锂电池能量密度一般为100—160Wh/kg,三元锂电池能量密度通常为150—350Wh/kg,固态电池能量密度则为400-900Wh/kg。对于电池来说,能量密度越高,意味着在相同体积或重量下,电池能存储更多的电能。
从目前情况来看,宁德时代麒麟电池能量密度为255Wh/kg,比亚迪二代刀片电池能量密度为190Wh/kg。而众多企业公布的固态电池进展显示,400Wh/kg的能量密度,已经成为起跑线。
比亚迪固态电池的能量密度目前预计能达到 400Wh/kg;宁德时代全固态电池能量密度500Wh/kg;广汽集团的全固态电池实现了400Wh/kg以上的能量密度;吉利最新的全固态电池能量密度达到400Wh/kg;奇瑞固态电池的能量密度超过600Wh/kg;欣旺达进一步将固态电池能量密度提升至500Wh/kg;卫蓝新能源能量密度将达到400-500Wh/kg。
2024年4月,太蓝新能源曾宣布,研发出世界首块车规级、实测能量密度达到720Wh/kg的超高能量密度全固态锂金属电池,刷新了能量密度的行业纪录。
“固态电池安全性大幅提高且不易燃,能量密度比液态电池高,能够解决里程焦虑且成本低。”业内人士指出,这已经足以吸引各个企业涉足布局。除此之外,从动力电池技术层面来看,目前仍处于这一代锂电池技术,这一代也就是指电解质是液态。目前动力电池还未出现真正的颠覆性产品和革命性变革。对于动力电池行业来讲,真正的下一代革命性产品就是固态电池。
像“宁王”一样押宝
电池技术的“造神”,在行业里已有先例。
成立于2011年的宁德时代,在宝马背书以及政策东风下,短短几年内从一家普通动力电池公司一举成为全球动力电池巨头,市值在2023年底一度高达1.6万亿元;而截至11月13日收盘,“宁王”市值约12415亿元。其中关键的因素之一,就是宁德时代全力押宝的三元锂电池技术。
2013年前后,新能源纯电动车型产业开始起步,彼时汽车动力电池产业的主要技术路线在于比亚迪主推的磷酸铁锂电池,以及相对弱小的三元锂电池。而宁德时代在2012年迎来了华晨宝马这个大客户,彼时,华晨宝马与宁德时代建立高规格的联合开发团队,向宁德时代提供了800多页德文版的电池生产标准文档,并派出工程师驻扎到宁德时代。
尽管项目难度巨大,但正是通过这次合作,宁德时代对动力电池的理解与技术水平逐渐上升到了国际顶级标准,建立了一套完整的工艺流程,并成就了宁德时代的金字招牌,开始在业界显露头角。随后的几年里,宁德时代的合作伙伴名单不断扩增,先后拿下宇通、吉利、上汽、金龙、长安等汽车厂商的大单,一举成为中国乃至全球动力电池的重要玩家。
2015年3月,工信部发布《汽车动力蓄电池行业规范条件》,其中清一色都是中国动力电池企业,在政策的东风助力下,宁德时代更是如虎添翼。2016-2020年,宁德时代在巩固国内领先地位的同时,更是大步走出国门,在法国、美国、加拿大、日本等地设立子公司,2017年就荣登全球第一的宝座,一举超越松下、LG化学和三星SDI等行业巨头。2020年,宁德时代的锂离子电池销量飙升至46.84GWh,全球市场份额逼近25%,稳坐全球第一的宝座,“宁王”称号不胫而走。
2023 年,宁德时代的市场版图进一步扩张,其全球动力电池总使用量约为 259.7GWh,市场占有率高达 36.8%,连续 7 年登顶全球第一,比第二名高出近 21 个百分点。
对宁德时代的飞升,很多人将之解读为,宁德时代一直以来在汽车动力电池领域采用三元锂电池+磷酸铁锂电池的双重布局,只待利好政策就能快速发力。而另一种解释就是宁德时代偏向押宝三元锂电池,在那个关键节点里,踩到了风口上。
彼时,业内仍然存在磷酸铁锂电池和三元锂电池路线之争。比亚迪出于安全性考虑,长期选定了磷酸铁锂电池路线,并基于磷酸铁锂电池发明出了刀片电池。宁德时代则与比亚迪不同,他们在动力电池领域选择了主攻续航和快充更优秀的三元锂电池,但也没放弃磷酸铁锂电池的技术研究。
最终,宁德时代赌对了。在电动汽车行业爆发式增长中,宁德时代成了最大的赢家。2022年世界动力电池大会上,广汽集团董事长曾庆洪甚至说到:“电池厂商把所有利润拿走了,广汽一直是在给宁德时代打工。”
虽然宁德时代在全球布局、技术品控方面也颇有建树,但对选择宁德时代作为合作伙伴的多数企业而言,技术突破仍是造就“宁王”的关键因素之一。因此,固态电池,也被视作下一个“造神”的赛道。
但不可忽视的是,宁德时代仍然占据技术高地。宁德时代董事长曾毓群曾将固态电池研发进度分为9个等级,并透露公司目前处于等级4,目标是在2027年提高到7-8级,实现全固态电池的小批量生产。这一时间线与丰田汽车、LG新能源、三星SDI等竞争对手相似,而曾毓群在2024年9月的动力电池大会上表示,宁德时代的研究“领先一大步”,并罕见地高调宣称“Second to none(首屈一指)”。
政策市场双驱动
“十四五”期间,国家也对动力电池的发展进行了相应布局 ,以固液混合和全固态为主,对新型锂离子电池方面再做进一步支持;与此同时,加快固态动力电池的技术研发和产业化工作。
2023年1月,工业和信息化部(以下简称“工信部”)等六部门联合发布《关于推动能源电子产业发展的指导意见》,明确提出“加快研发固态电池、钠离子电池、氢储能/燃料电池等新型电池”;2024年6月,工信部印发的《2024年汽车标准化工作要点》中明确提出“围绕固态电池、电动汽车换电、车用人工智能等新领域,前瞻研究相应标准子体系,支撑新技术、新业态、新模式创新发展”。
5月29日,据《中国日报》报道,中国或将投入约60亿元用于全固态电池研发,包括宁德时代、比亚迪、一汽、上汽、卫蓝新能源和吉利共六家企业或获得政府基础研发支持。
除了汽车领域外,低空经济领域也正逐步成为固态电池的重要落地场景。中信建投表示,预计至2025年,全球各类固态电池市场空间或达到几十GWh至上百GWh、千亿元规模。
在市场需求与政策支持的双重驱动下,固态电池行业迎来了前所未有的发展机遇。
“从目前各家动力电池的布局来看,2027年小批量生产全固态电池,2030年以后是产业化主要时期。这几年将是各个企业争夺固态电池的关键时期,也是二三线动力电池企业能否逆袭的关键时期;谁能够率先实现固态电池的上车也就具有了先发优势。”业内资深人士表示,目前,动力电池领域里,宁德时代和比亚迪两强的格局非常明显;但在固态电池领域,除了动力电池企业外,车企也在下场自研电池,未来动力电池市场格局可能会更加多元化。
不过,业内人士也指出,国内目前大体上都还是要经历从半固态阶段到准固态进而全固态,整体方向是电解液用量越来越少直至不用。但这个过程中需要解决很多问题,如技术层面、工程化量产层面;以及需要经过不断试应用来发现问题并解决问题,因此固态电池的真正应用还需很长时间。
今年4月,智己L6 Max光年版搭载的固态电池,其单体能量密度达到368Wh,续航可以达到1000km。不过,业界对智己汽车提出的“超快充固态电池”定义存在不同意见,部分专家认为其实际上属于“半固态电池”。另外宁德时代计划发布凝聚态电池,这种电池相比于固态电池可以更快实现量产,且实现高比能与高安全兼得,能量密度最高可以做到500Wh/kg。福田、长安、广汽等车企都有计划推出搭载半固态电池的新能源车。
行业普遍认为,半固态电池作为从液态锂离子电池向全固态电池过渡的中间形态,因其技术革新较小,供应链与现有体系的重叠度较高,因此对产业链的冲击有限,更有可能率先在航空飞行器、医疗设备、消费电子产品等高端应用场景实现商业化落地。
《固态锂电池技术发展白皮书》显示,整体来看,整个产业正朝着2027年左右上车、2030年实现大规模产业化的目标规划全固态电池的商业化进程,2026~2028年有望成为国产新能源汽车全固态电池搭载集中上市窗口。在全固态电池实现规模化量产之前,半固态电池的渐进式路线将率先走向商业化。
“谁要是能率先解决固态电池相关问题,谁就会在未来的竞争格局中占据显著优势。”上述人士如是说。