固态电池蓄势待发！
文摘
2024-11-15 16:51
甘肃
固态电池作为未来核心技术受到持续关注。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，头部汽车公司和电池企业对固态电池技术研发持续投入，固态电池技术不断进步。固态电池相较液态锂离子电池有两大核心优势，高安全性和高能量密度。固态电 池采用固体电解质代替了液态电解质，大大降低了电池热失控的风险。很多无机 固体电解质材料不可燃（如氧化物固态电解质热稳定性高达 1000 度）、无腐蚀、 不挥发且不存在漏液问题，因此具有本征安全性。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。据日产介绍，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。固态电池中固态电解质是核心材料，正负极等材料的性能改进同样重要。对正极来说，当前应用于液态锂离子电池的正极材料可用于全固态锂电池。对负极来说，固态电池负极材料主要分为金属锂负极、碳族负极和氧化物负极三大类，金属锂是全固态电池最重要的负极材料。对固态电解质来说各类型各有优势与技术挑战，其中硫化物的离子电导率最高，导电性能最优。固态电解质需要解决界面接触、工艺、成本等多方面挑战，行业在积极从多方面研究改善。大多数固态电解质难以同时满足高离子电导率、宽电化学窗口和电化 学、热稳定性。氧化物固态电解质 （如石榴石型 LLZO、NASICON 型、LATP 等）对环境空气和高温状态更稳定，但界面阻抗较大，容易生长锂枝晶。硫化物 固态电解质（如晶态锂锗磷硫 LGPS）离子电导率高于氧化物，但其制备方法复 杂，环境稳定性差，生产成本高。聚合物固态电解质机械加工性能优、黏弹性好， 但其室温离子电导率低，导致电池倍率性能差。无论采用何种固态电解质，其界 面问题对于电池性能的影响都至关重要。政府对固态电池积极推动，通过政策鼓励支持固态电池发展。政府部门对固态电池从政策层面积极推动，多部委在政策端提出对固态电池技术的鼓励推动，2024年2月，国家自然科学基金委员会发布《关于发布超越传统的电池体系重大研究计划2024年度项目指南的通告》，旨在鼓励开发基于丰产元素的高比能电池新材料，支持长寿命高安全的固态电池。市场需求空间广阔。新能源汽车高速发展，固态电池逐步替代现有锂电池空间广阔。低空经济发展迅速，eVTOL等新产品对锂电池能量密度要求提升，为固态电池打开需求新空间。根据机构预测到2030年全球固态电池出货量将增长至614.1GWh，到2030年中国固态电池市场空间将增至200亿元。低空经济打开固态电池需求新空间。低空经济相较于传统通用航空，活动主体从 传统的有人驾驶航空器拓展至无人驾驶航空器，经济活动的区域从传统的中、高 空发展为低空，从偏远的郊外拓展至人类活动密集的城市。eVTOL 电池能量密度和倍率性能要求更为苛刻。由于需要控制起飞重量并提升载 重，为了保证飞行器续航对电池的能量密度提出了更高的要求，同时由于在起飞、 悬停和降落过程中放电电流达到 3C 甚至以上，且悬停过程中高倍率持续时间较 长，因此 eVTOL 相对于电动车对于电池性能提出了更高要求。 马斯克 2019 年表示，要实现电动飞机的商用，电池技术的改进是关键，能量密度 门槛为 400Wh/kg ,2021 年，马斯克再次提及造电动飞机，电池能量密度门槛对比 2019 年上调到 450-500Wh/kg 水平，这对彼时的特斯拉而言需要在 254Wh/kg 的 基础上翻倍。产业链积极布局固态电池。中国产业链对固态电池研发较早，全方位布局固态电池研发。从上游原材料，到中游材料，再到电池环节，中国产业链实现全产业链布局研发。
宁德时代较早开始研发固态电池，且开发投入大，目标 2027 年量产。宁德时代在 2016 年就表示在研发固态电池，之后陆续有固态电池专利申请公开，在 2024 年 9 月的活动中，宁德时代董事长曾毓群提到用技术和制造成熟度1-9作为评价体系， 宁德时代的固态电池研发目前处于 4 的水平。近期媒体报道宁德时代硫化物路线 固态电池已进入 20Ah 样品试制阶段，产品研发又向前一步。在技术进步的同时， 工艺的提升、供应链降本等重要工作预计也将同步进行。宁德时代较早开始研发固态电池，且开发投入大，目标 2027 年量产。宁德时代在 2016 年就表示在研发固态电池，之后陆续有固态电池专利申请公开，在 2024 年 9 月的活动中，宁德时代董事长曾毓群提到用技术和制造成熟度1-9作为评价体系， 宁德时代的固态电池研发目前处于 4 的水平。近期媒体报道宁德时代硫化物路线 固态电池已进入 20Ah 样品试制阶段，产品研发又向前一步。在技术进步的同时， 工艺的提升、供应链降本等重要工作预计也将同步进行，宁德时代计划在 2027 年 具备固态电池量产能力。比亚迪也较早开始固态电池研发，2024 年 9 月比亚迪首席科学家廉玉波在 2024 世界新能源汽车大会上比亚迪已在固态电池领域进行了深入研究，预计固态电池 的广泛应用需要 3 到 5 年时间。除此之外国轩高科等电池公司也发布了固态电池产品及路线规划，国轩高科 2024 年 5 月发布采用全固态技术的金石电池，能量密度 350Wh/kg 或 800Wh/L，较传 统主流三元锂电池提升约 40%，支持 DC 直流快充。中国产业链对固态电池研发开展较早，全方位布局固态电池研发。上游原材料中，氧化物电解需要用到的元素锆、硫化物电解质需要使用的元素锗、聚合物电解质需要使用的高分子聚合物材料，均有上市公司布局。锂电产业链传统公司也在现有体系内积极研发固态电池新材料。容百科技、当升科技、厦钨新能依托自身在液态锂电池正极材料中深厚的技术积累，积极开发适配固态电池的正极材料，其他各环节产业链公司也在积极推进。投资建议：首推固态电池研发布局早、研发保持高投入的宁德时代，建议关注有固态电池规划的国轩高科、鹏辉能源、南都电源；中游材料环节建议关注依托现有材料研发深厚积累，积极开拓固态电池材料的公司容百科技、厦钨新能，建议关注布局硫化物电解质研发的公司有研新材。![]()
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