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问:在固态电池产业化方面,最近有哪些龙头公司发布了关于2027年前两款目标的情况?这是否引发了市场对固态电池产业化现状的热情研究?
答:是的,最近一些龙头公司发布了关于2027年前两款固态电池的目标,这确实引起了市场对固态电池当前产业化现状高度关注的热情研究。
问:从长远来看,哪类电解质可能会在全固态电池中脱颖而出?对于日韩和国内头部厂商重点布局硫化物的情况,您怎么看?
答:根据目前的研发进展和行业动态,在全固态电池的产业终局中,可能最先取得突破的是氧化物复合电解质路线。尽管硫化物电导率高,但在成型、固接触界面及稳定性等方面存在问题,且专利壁垒较高,预计在2030年前可能难以实现广泛应用。因此,在短期内,氧化物复合电解质可能成为主流发展方向。
问:固态电池在性能上需要达到哪些标准?
答:固态电池的理想终局应具备以下性能指标:能量密度大于500瓦时每公斤、循环次数至少2000次且保持80%以上能量密度、充电速率至少达到5C以上,以及最重要的安全性,例如通过针刺测试,消除安全隐患。
问:固态电池的核心技术是什么?目前主要的电解质材料有哪些研究方向和进展?
答:固态电池的核心技术在于能够应用高容量的电极材料,而受限于传统电解液和隔膜。目前主要的电解质研究路线包括氧化物、硫化物和聚合物三大方向。国内主要以氧化物为基础,添加聚合物改善电导率和固接触界面问题;宁德时代在探索硫化物路线,但循环性能和耐空气稳定性有待优化;此外,聚合物因其电导率随温度升高而增加的特点,在单独应用时受温度限制,通常需与其他材料配合使用。
问:目前重庆泰来无隔膜电池的进展如何,以及下一步要解决的主要问题是什么?
答:重庆泰来已经研发出了无隔膜电池,并且今年内有望实现商业化。当前的重点是通过改变电解液配方来替代隔膜,目前虽然已经解决了隔膜问题,但电解液的革命更具挑战性。主要原因是电解液中的氧化物电导率低和接触界面差的问题,解决思路是通过聚合物进行改性以提高电导率和界面稳定性。
问:在全固态电池的应用推广中,复合铜铝箔是否会成为重要辅材,以及固态电池面临的主要问题是什么?
答:复合铜铝箔在固态电池应用中可能成为一个关注点,但固态电池主要需要解决的是附着力更强的统一波和阻抗更低的问题。由于固态电池负极材料膨胀系数大,容易导致负极脱落,因此需要附着力更好的铜箔;同时,固态电池内部电压增大,对阻抗要求更高,目前国外研究通过镀镍等方式降低阻抗,但这会影响成本,而从固态电池性能角度看,仍需核心技术和工艺革新以满足附着力和阻抗要求的平衡。
问:对于干法电极技术在固态电池开发中的地位及其研发进展如何?
答:干法电极技术是一种新工艺,它能提高固态电池的压缩率约20%至30%,有利于固态电池的开发。这一技术可以有效提升固态电池的压实密度,从而对固态电池的整体性能产生积极影响。
问:目前国内固态电池和半固态电池上车的情况,以及近期反馈效果如何?
答:过去几年,固态电池主要需求集中在安全性上,尤其是针刺实验下的不起火、不冒烟、不爆炸的安全保护。然而,随着技术进步,电池一致性提高,能量密度成为主机厂当前的主要需求,尤其是追求更长续航里程和超快充能力的电动车。尽管蔚来汽车曾发布过搭载150度电固态电池的车型,但由于能量密度和快充倍率等方面的限制,市场反馈并未达到预期,半固态电池目前在能量密度、快充速度等方面的表现与市场需求存在一定的差距。
问:在电池性能方面,能量密度增大后,是否会有续航里程的显著增加,以及是否会牺牲循环性能?
答:能量密度确实有所增大,但续航里程增加不多。同时,在追求高能量密度的同时可能会牺牲循环性能,例如宁德时代电池在理想状态下能跑两三天,而大部分电池只能跑1000圈,即行驶约100万公里后,电芯剩余容量变小,掉电速度加快。
问:对于半固态电池的看法,您认为它是过渡形态的产品吗?其市场前景如何?
答:我个人认为半固态电池是一个过渡形态的产品,它基于氧化物电解质的特殊形态,需要电解液改善性能。然而,目前半固态电池的优势不足以改变整个行业现状,市场需求有限,无法拉动大规模产能。
问:针对倍率和循环寿命这两个关键性能参数,是否存在一些迭代路径或突围方向来改善它们之间的矛盾关系?
答:倍率与能量密度之间存在一定的矛盾关系,但可以通过材料体系的创新来平衡两者。比如宁德时代通过将材料分层,底层使用大颗粒材料以追求高能量密度,上层则采用小颗粒材料以提高快充性能,从而在一定程度上解决了这个问题。
问:固态电池在动力(车端和飞行器端)和消费端的应用有何不同要求,特别是在低空飞行器方面?
答:固态电池在车端和飞行器端的应用有明显区别,尤其是低空飞行器对锂电池安全性要求更高。目前市面上的固态电池技术尚未达到完全满足低空飞行器需求的程度,但固态电池在充电速率和安全性上的优势使其在低空飞行器领域有较大需求空间。
问:在固态电池的研发过程中,针对车规级和航空级性能要求,哪种场景下的投入可能更大?
答:车规级和航空级对固态电池的要求不同,车规级侧重于被动安全性验证,航空级则更为严格,不仅要求电池具备出色的被动安全性,还强调一致性。目前,在固态电池研发上,创业公司虽然走得较快,但在一致性方面仍需改进。总体而言,航空级要求更高,但在实际应用中需根据具体场景和需求来判断投入程度。
问:宁德时代在固态电池方面的研发进度如何?对于欧美公司如quality cape在固态电池领域的表现,您怎么看?
答:宁德时代虽然在2024年5月份获得了工信部60亿的研发资金支持,并且拥有大量资源和资金投入固态电池研发,但他们目前仍处于产品开发阶段,测试样品在循环寿命和电率方面表现不佳,因此离推出成熟产品还较早。宁德时代内部有严格的产品验证流程,只有经过充分验证的产品才会推向市场。quality cape虽然声称其固态电池方案性能优异,但实际测试结果并未达到大规模量产的标准。其展示的软包电池设计较为初级,安全性和能量密度方面还有待提高。因此,在固态电池产业终局的发展上,国内外并没有明显的突破性进展。
问:固态电池封装工艺上,软包封装是否会占据主导地位?
答:从技术层面讲,软包封装最适合固态电池,因其能量密度更高。然而,当前市面上半固态电池方案多采用铝壳封装,主要是由于软包封装中的隔膜材料在高温下易漏液,安全性不如铝壳电池。此外,电池包技术方面,大部分主机厂基于宁德时代的旅客电信电芯进行迭代创新,这也导致铝壳电池包技术在市场上的广泛应用。未来软包和铝壳封装可能会根据市场需求和技术发展并存。
问:固态电池材料工艺上是否存在海外专利壁垒,特别是在硫化物方向上?
答:在固态电池的关键材料硫化物方面,确实存在一定的海外专利壁垒,尤其是日本人占领了大部分相关专利。这也是为什么国内企业更多关注氧化物或聚合物方向的研究。尽管在氧化物领域国内企业拥有较多专利,但如果要转向硫化物方向进行研发和突破,难度相对较大。
问:电机厂除了宁德和比亚迪之外,还有哪些可以选择的?
答:电机厂除了宁德和比亚迪,其他都可以选择,但要注意的是,某些厂商在不赚钱的情况下仍需考虑其设备开动带来的成本问题,这反映出当前电竞行业产能过剩的现象。
问:固态电池的成本情况如何?
答:固态电池的成本方面,复合电解质路线的成本相对较低,目前电芯成本大约在两块钱左右,随着产量增大,成本可能会进一步下降至一块多。而全固态氧化物路线由于材料成本较高,例如应用了基础不极铝金属,成本可能达到三块多钱。相比之下,硫化物路线的成本最高,因其电解质材料成本昂贵,成本可能高达五块钱甚至更多。
问:未来商业化阶段,单极软石这类电池的资本开支水平大概会在什么水平?
答:资本开支的具体水平难以准确预估,因为现有产品还在研发阶段,没有定型。不过,从成本角度来看,相较于两年前,现在新建一条晚时锂电池产线的成本已经下降了约三分之一。此外,新建厂房和产线在投资价格上通常比改造现有厂房更为经济,预计新建固态电池工厂的整体投资成本可能在四个亿左右。
问:在全固态电池开发过程中,哪些设备需要重新开发和更新?
答:在全固态电池开发中,需要对搅拌工艺、装配方式以及涂布工艺等设备进行重新开发和更新。比如,固态电池可能采用干法工艺,这与当前锂电池的湿法工艺不同,需要专门的设备。另外,固态电池的电极制作和装配方式也会有所变化,例如使用叠片工艺代替卷绕工艺,并且需要一体化的生产设备。对于电解质涂布,也会从现有的施法涂布逐步转向干法涂布技术。