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大涨！固态电池产业链解析
蓝朋友 / 11月09日 13:30 发布
固态电池因其高能量密度和安全性，成为电动汽车、无人机的理想选择，但面临电解质技术、成本控制和规模化生产等挑战。当前，锂金属负极的应用增加了全国态氧化物路线的成本，使得电芯成本达到每千瓦时约三块多钱，比全复合电解质路线高出一元。硫化物作为成本最高部分，其电解质材料如LPS或LPDS的成本高昂，导致电芯成本进一步上升。随着设备更新和生产工艺调整，虽有投资成本下降的趋势，但固态电池生产仍需对70%的设备进行更新。预计2030年前，氧化物电解质技术可能取得重大进展，而硫化物技术因专利壁垒和生产难度面临挑战。总体而言，尽管固态电池面临高初始投资和工艺调整的挑战，随着技术进步和规模化生产，成本有望下降，其发展将得到全球对新能源汽车和储能系统重视的推动，产业化进程将进一步加快。 问答 问：固态电池产业化现状及市场热情如何？ 答：目前，固态电池的产业化进程受到市场高度重视，多家头部企业发布了在2027年实现固态电池量产的目标，这极大地推动了市场对固态电池产业化现状的研究热情和关注动力。 问：固态电池技术如何实现高镍三元等材料的应用？ 答：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。 问：锰系材料在固态电池中的作用及其优势是什么？ 答：锰系材料在固态电池中因其反应电位较高而受到关注，能够显著提升电芯电压，如宁德时代通过使用锰系材料后，电芯电压可从正常的3.7伏提升至4.5伏。尽管负极材料中金属锰的反应情况尚不理想，但锰系材料因其能量密度与电压提升的潜力，在固态电池技术发展中扮演重要角色。 问：当前固态电池电解质的主要研发方向及面临的挑战是什么？ 答：当前固态电池电解质主要有氧化物、硫化物和聚合物三大路线。其中，氧化物电解质电导率低且与电极接触界面存在问题，硫化物电解质成型困难且易与空气中的水反应，聚合物电解质则随温度升高电导率上升，但单独应用时需达到较高温度才能满足性能需求。此外，日本企业在硫化物电解质领域占据主导地位，拥有大量专利，使得其他国家和地区在研发过程中面临专利壁垒和市场竞争压力。 问：全固态隔膜电芯在动力电池上的应用前景如何？ 答：全固态隔膜电芯虽然在电芯数据上表现出色，但由于其电池容量相对较小，叠层厚度不够，因此是否能在动力电池领域得到广泛应用仍持谨慎态度。 问：到2030年之前，哪条技术路线在电解质研究中最有可能取得突破？ 答：根据预测，在2030年之前，氧化物添加聚合物这一复合电解质路线可能会率先取得突破并推出相关产品，尽管硫化物路线的研发公司目前将时间线推迟至2030年，但其在此期间实现突破的可能性相对较小。 问：复合电解质研究中，材料和技术方面有哪些关键变化？ 答：复合电解质研究的迭代过程表现为逐步推进，不会立即解决所有问题，而是通过不断的技术改进来逐步提高电池性能。例如，重庆泰兰已经研发出无隔膜电池技术，这标志着在电解液和隔膜方面正在进行革命性的变革尝试。 问：对于固态电池，其对铜铝箔有何特殊要求？ 答：固态电池需要附着力更强、阻抗更低的铜铝箔。这是因为固态电池在制造过程中负极会经历穿规则膨胀，要求铜箔具有更好的附着力以防止脱落，并且需要降低阻抗以减少能量损失，甚至在铝箔表面镀镍以进一步降低阻抗。同时，新的技术革新应致力于同时满足这两项要求，而不仅仅是降低成本。 问：干法电极技术对固态电池开发有何积极作用？ 答：干法电极技术能够显著提高固态电池的压实密度，相比普通三元电池可提升约20%至30%，这对于固态电池提高能量密度具有重要作用，有助于推动固态电池的研发进程。 问：固态电池在过去和现在的发展状态有何不同？ 答：在过去几年中，特别是在2020年之前或三五年前，固态电池在安全性方面表现出重大改进。当时，由于其在针刺试验中能够做到不起火、不冒烟，被主机厂视为提升被动安全性的关键解决方案，从而满足了用户对电动汽车安全性需求的提升。然而，随着时间推移，随着宁德时代和比亚迪等企业的工艺改进，固态电池的一致性得到了显著提高，尤其是宁德时代能够实现PPDB级别的失效，即每11万个部件中仅有一个失效，虽然这一指标可能存在夸大成分，但确实做到了PPM级别（百万分之一）的极高可靠性，使得现在很少出现电池起火事件。 问：当前主机厂对固态电池的需求发生了怎样的变化？ 答：随着技术进步和市场需求的演变，主机厂对固态电池的需求已经从最初的侧重于安全性转向了对能量密度的追求。如今，主机厂普遍希望电动车能实现更长的续航里程，例如通过一次充电行驶超过1000公里。蔚来汽车在2021年1月发布了搭载150度电固态电池的车型，并在之后的L6车型上采用了900伏超快充130度电池组，以实现四驱车型超过1000公里的长续航。然而，半固态电池方案目前并未完全符合市场需求，尽管它在能量密度、安全性能（通过针刺测试）及快充能力（如宁德时代能达到2C或4C快充）等方面有所优势，但在倍率性能上受限较大，只能达到约1.6C，且循环寿命相较于宁德时代的电池有一定差距，通常只能跑1000圈左右，而非宁德电池的2000至3000圈。因此，半固态电池被认为是一个过渡形态的产品，其市场推广面临一定挑战。 问：如何解决追求高倍率充电与材料体系矛盾的问题？ 答：为了解决高倍率充电需求与材料体系之间的矛盾，可以通过将材料分层设计来实现。具体做法是底层使用大颗粒材料以保证能量密度，上层则采用疏松的小颗粒材料以利于快速充电。这种分层材料体系能够在能量密度和快充性能之间取得较好的平衡，是当前较为先进的技术手段。 问：固态电池在车端动力和消费端的不同要求及区别是什么？ 答：固态电池在车端动力（如汽车）和消费端（如手机）的应用场景有不同的要求。首先，在标准层面，低空无人机等对锂电池的安全性能要求更为严格，高于动力电池的标准。其次，在应用场景上，比如低空飞行器，由于充电条件限制，更需要固态电池能承受较低充电速率并在特定环境下稳定运行；而在手机等消费电子产品中，目前尚未找到与固态电池特别契合的应用场景，且现有技术已经能满足其基本需求。 问：宁德时代在固态电池技术上处于何种地位？ 答：宁德时代在固态电池技术方面处于领先地位，其工艺上进行了创新，虽然底层技术基础体系未变，但通过材料体系的优化和创新，已经实现了在保证安全性能的同时，向固态电池方向发展的目标。不过，固态电池技术的完全成熟和广泛应用还需要更多时间和研发投入。 问：固态电池在航空级性能要求下，应用于低空场景是否需要更多研发投入？ 答：在满足航空级失效率等严格要求前提下，将固态电池应用于低空场景确实需要更多的研发努力和投入。这不仅包括提高固态电池的安全性能，确保其在极端环境下的稳定性和一致性，还涉及到验证过程中的各项指标达标，以及解决现有固态电池在一致性方面的不足，以适应高空作业的严苛条件。 问：宁德时代目前的产品研发状况如何？ 答：宁德时代现在处于产品研发的关键阶段，他们的液态电池产能已经达到了很大规模，但固态电池的研发尚未完成。一旦固态电池推出，现有的液态电池产能可能会受到影响。 问：工信部为何要投入60亿资金？ 答：工信部在2024年5月份投入60亿资金是为了稳定供应链，防止关键技术被外部抢走，尤其是针对电池技术的发展。 问：宁德时代对于新产品推向市场的态度是怎样的？ 答：宁德时代在内部进行严格验证后才会将产品推向市场，与创业公司急于融资不同，宁德时代对产品研发更加谨慎，未来两年可能侧重于消息面上的布局而非实质产品推出。 问：宁德时代现在是否在加大投入并推进电池技术研发？ 答：是的，宁德时代在接到政府资助后，开始积极投入资源研发电池技术，特别是在大连招聘人员从事固态电池的研发，并且已经在研发过程中制造出一些样品，不过测试结果显示其循环性能和电率方面表现不佳，仍处于产品研发阶段。 问：欧美企业如Quantum（QS）在固态电池领域的进展如何？ 答：QS虽然声称拥有出色的性能，但实际测试中并未达到大规模量产的标准，其技术方案虽卖给大众汽车，但能否实现真正的大规模生产还需观察，目前国内外企业在固态电池产业中的突破性进展并不明显。 问：对于软包电池（软带电子封装工艺）的未来发展趋势怎么看？ 答：虽然软包电池在能量密度和安全性上有优势，但目前大部分厂商采用铝壳封装，如宁德时代等企业在电池包技术上有持续迭代和创新，如CTP技术，而软包电池在电池包装配环节更多由主机厂自行完成，因此实际应用中需结合客户需求和技术发展趋势来确定最优方案。 问：未来电动汽车技术的发展趋势如何？ 答：在未来，电动汽车技术可能会同时发展硫化物和氧化物电池技术，具体选择取决于主机厂自身。目前，日本企业在硫化物电池领域占据主导地位，拥有较多专利，而国内在氧化物电池方面，如青岛蔚蓝等企业则具有较强的技术积累和专利优势。 问：固态电池在成本上与其他类型电池相比如何？ 答：固态电池的成本相比传统液态电池有所不同。其中，复合电解质路线的成本相对较低，预计电芯成本可以做到两块钱左右；而全固态氧化物路线由于采用了锂金属负极等昂贵材料，成本会增加到三块多钱。相比之下，硫化物路线的成本最高，能达到4块到5块钱。但需要注意的是，成本的变化与材料成本波动有关，并且规模化生产后，成本会有进一步下降。 问：固态电池产业化初期的资本开支（CAPEX）大概会在什么水平？ 答：目前很难准确预估固态电池大规模化生产的具体资本开支，因为产品仍处于研发阶段，尚未定型。不过，根据现有数据推测，相较于两年前，固态电池产线的投资成本已降低约三分之一。例如，过去建设一条GWh级别的锂电池产线可能需要3亿，而现在可能只需要2亿左右。然而，改造现有厂房以适应固态电池生产，其成本甚至可能高于新建厂房。 问：固态电池生产所需更新或重新开发的设备有哪些？ 答：在固态电池开发过程中，需要对搅拌机、电极制作设备、装配机以及封装测试设备等进行重新设计和开发。例如，干法工艺将改变搅拌逻辑，不再需要卷绕电芯的相关设备，转而采用叠片工艺，并可能需要额外的预锂化和特殊保护措施来确保电池与空气隔绝。保守估计，约有70%的现有设备需要更新换代以适应固态电池生产的需要。股市调研
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