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布局固态电池产业链
固态电池成为新能源行业的“新风口”。
随着全球能源结构的转型和新能源汽车市场的快速增长,市场对高性能、高安全性电池的需求日益增加。固态电池理论上具备更高的能量密度、更好的热稳定性、更长的循环寿命等优点,成为未来大容量电池的发展方向。
11月18日,全球首条GWh级新型固态电池生产线正式落户安徽芜湖。根据《安徽日报》报道,该生产线规划了5GWh固态新一代电池研发中心和高集成自动化生产线,此次落地的首条生产线设计产能1.25GWh。
亿欧智库发布《2024中国全固态电池产业研究报告》表示,全固态电池因其卓越的安全性、高能量密度和长循环寿命等特性,成为能源存储和动力电池领域的研究热点。这种电池技术不仅对电动汽车行业的未来至关重要,也是推动能源革命和实现可持续发展的关键。
招商证券认为,目前传统液态锂电技术迭代已达瓶颈,而固态电池在兼顾高能量密度和本征安全性两方面具有显著优势,有望成为未来电池技术的重要发展方向,为相关企业带来巨大的市场机遇。固态电池作为一项革命性的技术,被众多车企与能源企业视为未来相关产业链发生变革的核心;率先在固态电池领域取得突破的企业,势必将改变现有的市场发展格局,成为能引领新能源汽车行业未来发展的新巨头。
全球电动化快速发展,锂离子电池凭借高能量密度、长循环寿命等优势成为消费电子、新能源汽车、储能等诸多下游行业主要供能载体,支撑全球电动化进程。但与此同时,液态电池仍然存在着一些问题制约其未来的发展与应用。
一是安全问题,液态锂电池结构中的电解液和隔膜可能引发安全性问题;二是能量密度问题,目前液态锂电池的能量密度天花板是300Wh/kg。
固态电池作为能够大幅提升锂电池能量密度,提升电池安全性的下一代电池核心技术,受到新能源汽车与锂电池行业重点关注。
固态电池相比传统锂电池,采用固态电解质替代传统液体电解液提供离子传导路径,降低漏液短路风险,提升电池安全性,同时固态电解质可以承受更高电压、电流,打开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。
根据慧博投研的总结,固态电池相较液态锂离子电池主要有两大核心优势,即,高安全性和高能量密度。
固态电池核心优势之一为其具有高安全性,主要由于其以热稳定性强、不易燃的固态电解质,替代易燃的液态电解液,大幅降低电池自燃、爆炸风险。此外,固态电解质具有更高的机械强度,能更好地抵抗电池内部的机械应力,防止锂枝晶穿透隔膜导致短路。同时,其化学稳定性强,不易与电极材料发生反应,进一步增加电池稳定性。因此,机械滥用、电滥用、热滥用三大锂电池热失控主要成因,在固态电池的应用下均得到良好的解决,固态电池安全性较液态电池大幅提升。
固态电池另一大核心优势为能量密度大幅提升。当前,液态锂电池能量密度已经逐渐逼近上限(350Wh/kg),而固态电池可以轻松实现350Wh/kg-400Wh/kg的能量密度。据介绍,从材料和性能组合考虑,固态电池的能量密度极限可以达到1000Wh/L左右,换算成重量能量密度大约为500Wh/kg。可以匹配高能正极和锂金属负极更是全固态电池提升能量密度的独有优势。
固态电池提升能量密度主要通过:一是以固态电解质替代液态电解质与隔膜,减少电池内部非活性材料,增加有效储能空间;二是固态电解质不易燃,不挥发,也不易引起电池内部短路,使电池可以承受更高电压,使用更广泛的电极材料,如金属锂负极、富锂锰基等,同时提升正负极材料比容量及电压平台,进而提升能量密度;三是结构优化,由于没有液态电解质,固态电池结构设计可以更紧凑,减少电池组件之间的空间,从而提高体积能量密度。
除高安全性及能量密度,固态电池具有更好的低温性能。液态电池在低温下,由于电解液粘度增加,锂离子电导率降低,电池内阻上升,容量损失较大,甚至可能因电解液凝固导致电池无法正常工作。固态电池由于使用固态电解质,避免了液态电解质的这些问题,根据相关研究资料,聚合物固态电池在-20℃的表现远优于液态电池,且在-50℃条件下仍能正常工作。
根据山西证券研报,全固态电池量产仍面对挑战,半固态电池率先产业化。如大多数固态电解质中的离子扩散速率与液态电解质存在数量级差异、固固界面难以始终保持良好接触等。而半固态电池安全性、倍率性能介于液态和全固态之间,相比于全固态电池,半固态可以兼容现有液态电池工艺设备和材料,许多企业选择从液态到半固态再到全固态的渐进式发展路线。未来随着材料体系创新、工艺创新持续降本、设备创新实现量产,锂电池将逐步迈入全固态。
固态电池产业链与液态锂电池大致相似,也包括上游资源端、中游制造端和下游应用端,两者主要的区别在于中游材料端负极材料和电解质的不同,在正极材料方面基本一致。未来随着半固态电池逐步发展至全固态电池,隔膜也将被替代。同液态电池类似,固态电池整体成本主要由电池材料成本及
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