固态电池:万里长征的第一步_详细解读_最新资讯_热点事件

编者按:本文来自微信公众号“策金财经”(ID:gh_bca44fc77ad0),作者:麦片杀手,36氪经授权发布。

2020的Nio day上,蔚来创始人李斌发布了旗下首款轿车ET7。150kwh的固态电池搭配AQUILA超感系统,让ET7一跃成为行业中的黑马。1000公里的续航里程让特斯拉也黯然失色。

这则消息立马被人们解读为一场电池技术的革命到来,是对传统动力电池的降维打击。

于是在1月11日早盘的时候,新能源板块出现了大幅分化。新能源电池供应链中,生产隔膜和电解液的龙头企业纷纷出现了大幅度的下跌,同时固态电池的概念股先是在早盘大范围走强,然后到午后却纷纷出现跳水。

行情大起大落的背后,是资金的投机心理在作祟。震动市场的固态电池,其实仅仅是万里长征第一步。对行业的热情终究需要恢复理性,对长期估值发挥作用的,还是动力电池赛道的商业逻辑。

传统液态电池的发展瓶颈

动力电池作为新能源汽车的核心,其技术水平和产业发展对新能源汽车的整体发展影响重大。

我们认为在谈论固态电池之前,有必要讲述当前动力电池的发展的情况。

一般而言,电池由四大核心部件组成:正极、负极、电解质以及隔膜。正负极作为电池氧化反应的核心,其重要性显而易见。

根据正负极材料的不同,目前新能源车企主要采用磷酸铁锂和三元锂电两种锂电池。

磷酸铁锂电池指的是采用磷酸铁锂作为正极材料的电池,由于不含有诸如钴等贵金属材料,因此价格相对低廉。在实际使用过程中具有耐高温,安全性能好的特点。但能量密度低,以及低温环境下放电性能弱是磷酸铁锂电池的最大缺点。

再来看看三元锂电池,三元锂电池采用镍钴锰作为正极,石墨作为负极。其特点就是能量密度大,电压更高,也就意味着相同质量的电池组容量更大,性能更好。不过由于三元锂在200度就容易起火,所以在安全性能上不如磷酸铁锂。

我们整理了磷酸铁锂和三元锂电池在各方面的对比,可以看出除了成本和使用寿命,三元锂电池具备着更好的综合性能。

从能量密度的角度看,虽然三元锂电池的单体能量密度理论上能达到300Wh/kg,但是这和2025年设定的400Wh/kg的目标仍有较大的差距。随着技术和工艺的不断迭代,目前三元锂电的单体能量密度已经接近极限,很难再有重大的突破。同时安全性能成为制约锂电池性能继续发展的一道瓶颈。

综上所述,研发一种能量密度高,安全性能好,循环性能高以及低温放电性能好的电池就显得迫在眉睫。

固态电池的优点

固态电池从名字上看像是和上述两种电池截然不同的两种电池。实际上固态电池就是一种在工艺和技术上对现有锂电池进行改进的电池。其结构上最主要的区别就是将传统锂电池的液态电解质替换为固态电解质,时取消了隔膜。

为什么要采用固态电解质?

锂电池本身存在锂枝晶问题。锂电池在充电过程中,锂离子会在负极表面通过还原反应形成树脂状的锂原子晶体,一旦锂晶体刺穿隔膜来到正极,就会造成内部短路,引发起火。

传统三元锂电对于锂枝晶的解决方案就是采用石墨作为负极表面的材料,虽然这样可以有效解决锂原子野蛮生长的问题,但是电池的能量密度也就上不去了。

那么除了替换负极表面材料还有别的办法解决锂枝晶的问题吗?有,就是把电解质的材料从液态替换为固态。由于锂枝晶在固态电解质中生长缓慢且难刺透,可燃性差,因此热稳定性更强。

在解决了安全问题后,固态电池就可以采用更高性能的正负极材料,使得能量密度突破300Wh/kg。

理论上,采用固态电池的新能源车,能在同体积的电池包下,拥有更长的续航里程以及安全性,同时也提升了二手车的保值率。这相比于传统三元锂电和磷酸铁电池,各个直击新能源汽车用户的痛点。

固态电池的技术难题

看到这里是否觉得固态电池是传统电池完美的替代产品?其实不然,摆在固态电池生产商面前的有两大难题,技术和成本。

首先是技术,相比于传统电池的固-液接触面,固态电池的固-固界面的接触较差,并加大了固体电解质破裂或分离的可能;且导电率低,全电池阻抗大。导致的直接结果就是循环性、倍率性能差。

兴业证券朱玥指出,不使用电解液,只使用固态电解质导电率会大幅度降低,而且目前没有好的解决办法。因此企业先从半固态开始做起。

就拿蔚来这一次发布的“固态电池”举例,这是一种采用了固液电解质技术(蔚来称之为原位固化技术)的半固态电池。作为初级的半固态产品,在电解质中仍然需要电解液和隔膜。通过采用高镍正极、硅碳负极、预锂化等技术提升了能量密度。

李斌在发布会上也表示:“我们正在加紧推进量产,希望大家能理解,这是最新的量产技术。”

由此可见,就算是目前的半固态电池,在大规模生产上也具备一定的难度。

再来看成本,全固态电解质的成本较高。例如陶瓷基电解质LLZTO,由于含有镧和锆两种稀有金属,成本上远远高出三元锂电池。据兴业证券的计算,MCM811固态电池的成本相比传统电池高出约75%。高出的成本主要集中在固态电解质的部分。

NCM811液态电芯和固态电芯在成本上的对比,固态电解质的成本几乎占到了固态电芯总成本的一半

固态电池产业化任重而道远

固态电池的这条赛道的布局,国内外多家企业其实早早便开始布局。如今虽然蔚来将固态电池带入了大众的视野,但是从产业的规划与进展来看,固态电池的发展仍然处于起步的阶段,万里长征刚刚迈开了第一步。

上图是国内外主要车企对固态电池电动车的规划时间表。我们看到搭载固态电池的产品预期最早也要于2022年后才开始量产。

在朱玥看来,市场还无需担忧固态电池抢占液态锂电池的市场。他在研究报告中表示,未来技术路径成熟、产业化之后,固态电池将逐步用在对成本不敏感的消费锂电、高端车型上。同时受制于固态电池固态电解质较高的成本,若无革命性技术路径创新,固态电池很难大规模装车,预计车用动力电池占比不超过20%。

也就是说,未来固态电池和液态电池将会在市场上共存。固态电池将主攻高端豪华电动车领域,而在更亲民的消费电动车领域,依然会采用技术成熟,成本相对更低的液态锂电池。

新能源车的新纪元

2021无疑开启了新能源车的新纪元,首先是年初特斯拉的大幅降价提升了消费者对智能电动车产业的关注和认可程度,而在短短的一个多星期后蔚来汽车又为消费者带来了革命性的固态电池。

我们回顾新能源发展的历史,不难发现动力电池的技术路径一直处于风水轮流转的迭代发展状态。无论是技术上取得的重大突破,还是政策和原材料价格上的变化,都会使得行业的发展的天平出现倾斜,甚至将先前的产业中的“王者”拉下神坛。想要在这条赛道上取得绝对领先的优势,光靠一两个技术上的革新或许远远不够。

今天我们看到固态电池在市场中掀起了一场风暴,明天或许我们会看到燃料电池新能源车的崛起。但是不论技术如何发展,新能源行业茁壮发展的趋势是极其明确的。不论是日德的老牌车企对新能源车的大手笔布局,还是国内新能源巨头的蓬勃发展,都注定在未来给我们讲述一个个更加精彩的故事。

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