固态电池加速爆发!商业进程全面提速,核心布局龙头全梳理

固态电池因其出色的能量密度和安全性而被视为下一代动力锂电的佼佼者,有望成为现有电池体系的重要技术发展方向。

能量密度方面,当前商用的液态锂离子电池已接近其理论上限,约为260Wh/kg,而固态电池则有望通过电化学和物理手段将能量密度提升至300-450Wh/kg。

安全性方面,由于固态电池采用了固态电解质,从根本上解决了传统液态电解质易挥发、易燃、易爆的问题,从而显著提高了电池的使用寿命和安全性。

当前全球各大车企都在积极布局固态电池的研发与产业化。市场研究机构预测,到2025年和2030年,全球固态电池的需求量将分别达到44.2GWh和494.9GWh,市场规模有望在2030年达到1500亿元以上。

随着固态电池产业化进程全面加速,有望成为未来电动汽车等领域的重要动力来源。

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固态电池行业概览

固态电池的工作机制与常规锂电池相似,但其独特之处在于采用了固态电解质。

这种电解质不仅不易燃烧,还能有效抵御锂枝晶的穿刺,从而显著降低了电池热失控的风险。

此外,固态电解质与高容量的正负极材料高度兼容,这使得固态电池在能量密度上实现了显著的提升。

固态电池成本拆分:

资料来源:各公司公告、国金证券

液态电池的能量密度通常在250Wh/kg以上,而半固态电池则可达350Wh/kg以上,准固态电池更是能实现400Wh/kg以上的能量密度,全固态电池则有望突破500Wh/kg的大关。

固态电池之所以能实现更高的能量密度,主要是由于固态电解质的电化学窗口较宽,能够适应更高电压的正极材料,从而提升了电池的整体电压和能量密度;其次,固态电解质具有出色的机械性能,能够有效抑制锂枝晶的形成,这使得电池能够兼容更高能量密度的锂金属负极材料;最后,由于电解质呈固态,电芯内部的极片可以采用串联连接的方式,从而提高单体电压。

固态电池与传统锂电池对比:

相较于传统锂电池,固态电池安全性更高,电解质不易泄露或燃烧,从而大大降低了爆炸或火灾的风险;能量密度更高,使得固态电池能够采用高电压和高比能量的电极材料,实现更高效的能量存储;同时,其稳定性也更为出色,电解质不易受到环境影响,确保了长期稳定的电化学性能。

半固态电池全面加速:全固态电池关键过渡方案

随着技术的不断进步,固态电池的发展正沿着从半固态到全固态的逐步迭代路径前进,其中半固态产品已经逐渐走向成熟。

这一发展路径清晰地展现了固态电池技术的演进方向:从液态电解质电池起步,逐步过渡到混合固液电解质电池,最终实现全固态电池的终极目标。

在这一过程中,有几个关键的技术变化值得注意:首先,能量密度有望获得显著提升,突破500Wh/kg的重要关口;其次,液体或凝胶类电解质在电池中的比例将逐渐降低,直至在全固态电池中完全消失;此外,隔膜也将逐步被剥离;最后,在材料方面,正极材料的变化相对较小,而负极和电解质材料则会发生较大的变革。

从技术优势的角度来看,固态电池有望彻底解决动力电池的安全问题。

但是高昂的成本和研发要求使得全固态电池在2025年前难以实现大规模装车应用。因此,作为过渡技术,半固态电池成为了一个折中的方案。它继承了固态电池的部分优点,同时在2023年已经实现了量产,并即将迎来规模化应用的新阶段。

固态电池产业链梳理:

料来源:各公司公告、各公司官网,吴敬华,杨菁,刘高瞻等、国信证券

在当前的固态电池技术领域,主要存在聚合物、氧化物和硫化物三大类固体电解质。尽管这三类电解质在技术路线上仍有所分歧和讨论,但它们各自都有其独特的优势。

聚合物固态电解质作为率先实现应用的一类,尽管在实用性上有所突破,但仍存在电导率低、电化学窗口窄以及能量密度低等不足之处。

氧化物固态电解质则因其质地坚硬和界面阻抗大等问题,目前只能在薄膜电池、高温以及小电流条件下工作,这在一定程度上限制了其应用范围。

硫化物固态电解质在电导率上表现出色,具有极高的开发潜力,但是对湿度极为敏感,电化学窗口窄导致其与正负极界面不稳定,以及固相传质等难题仍需解决。

动力电池技术发展路线:

固态电池市场竞争格局和龙头梳理

固态电池作为前瞻性的技术布局,尽管技术门槛高、难度大,但其长期前景被广泛看好。

目前,主流厂商已经以半固态、准固态的形式介入固态电池领域,积极进行技术储备和产品研发。预计在未来几年内,随着技术的不断成熟和突破,全固态电池有望在2025年及以后迎来商业化应用的重要时刻。

在全球范围内,众多企业都在加大固态电池的布局力度。丰田、松下、三星、LG化学以及美国Solid Power公司等都选择了硫化物固态电解质路线,其中丰田更是全球拥有固态电池相关专利数量最多的企业。

欧洲在聚合物电池领域虽然布局较早,但产业化进展相对较慢。而法国博洛雷集团则是聚合物固态电池领域的先行者,也是首个实现聚合物电解质固态电池商业化的公司。

在国内市场,氧化物路线的发展较为迅速。卫蓝新能源作为中科院物理所固态电池技术产业化的平台,主要基于原位固化技术,聚焦于氧化物与聚合物电解质复合的混合固液和全固态锂电池。此外,清陶能源也凭借源于清华大学南策文院士团队的技术实力,在氧化物固态电解质和固态电池的开发上取得了显著成果。

随着半固态电池在国内部分车企的搭载应用,如蔚来ET7、东风E70、岚图追风等车型的发布,半固态电池作为固态电池的过渡路线有望率先实现产业化。

上汽集团和蔚来汽车有望在2024年率先实现半固态电池车型的批量生产,而长安汽车和广汽集团等也计划在2025-2026年间推出搭载半固态电池的车型。

与此同时,海外的丰田、本田、现代、奔驰等汽车巨头则重点布局全固态电池技术,多数计划在2025-2030年间量产相关车型。

这将为固态电池的进一步发展奠定基础,同时也为纯电车的续航里程提升和性能优化带来更多的可能性。

国内部分厂商固态电池技术进展情况:

资料来源:公开整理

固态电池上游国内主要布局厂商包括东方锆业、瑞泰新材、金龙羽、三祥新材和上海洗霸等;此外,电解质领域已经涌现出天目先导、清陶能源、赣锋锂业和贝特瑞等一批领先企业;在正负极方面,传统龙头企业容百科技、当升科技、璞泰来和贝特瑞等也在加速延伸布局;电池端相关厂商包括宁德时代、亿纬锂能、国轩高科、中创新航、孚能科技、豪鹏科技等。

结语

随着电池技术的不断进步,纯电车的续航里程有望得到持续提升。特别是固态电池等新技术的迭代,为纯电车的续航带来了更大的想象空间。

目前,基于氧化物正极与石墨负极的传统锂离子电池的能量密度已经越来越接近其理论上限,约为350Wh/kg。然而,固态电池通过搭配高比能材料,能够实现大幅减重,从而提升能量密度。预计未来固态电池的能量密度有望达到500Wh/kg甚至更高水平,这将为纯电车提供更长的续航里程和更优秀的性能。

固态电池在多个关键性能上均展现出对液态电池的显著优势。据辉能公司透露,他们的固态电池在快充方面仅需12分钟便能完成0-80%的充电过程,续航里程更是超过1000km。在材料回收性上,固态电池同样表现出色,其循环性能大幅超越液态电池。

据预测,2024年全球固态电池(包括半固态电池)的需求量将达到2.3GWh,而到2030年,这一数字有望飙升至220GWh,2024-2030年间的年均复合增速高达114%。在市场空间方面,机构预计2024年全球固态电池(含半固态电池)的市场规模将达到19.5亿元,到2030年则有望扩大至1162.3亿元,期间的年均复合增速为98%。#固态电池##动力电池##锂电池##电池##新能源汽车##科技##文章首发挑战赛##财经#

在全球各大车企和产业链上下游各环节入局厂商的加速协同下,固态电池产业的进程有望全面加速!

这种协同不仅体现在技术研发上,更表现在产业链的整合与优化中。各大车企纷纷与固态电池生产商、材料供应商等建立紧密的合作关系,共同推动固态电池技术的研发与产业化。同时,产业链上下游企业也在积极布局,通过技术创新、产能扩张等方式,为固态电池的量产和商业化应用做好充分准备。

此外,各国政府也在加大对固态电池产业的支持力度,通过政策扶持、资金投入等方式,推动固态电池技术的研发与产业化进程。这些举措不仅为固态电池产业的发展提供了有力的政策保障,也为企业提供了更广阔的发展空间和市场机遇。

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页面更新:2024-02-14

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