头部电池企业固态电池进展

财富 2024-11-21 23:07 广东

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会议要点（文末有彩蛋）

1、清陶的技术进展与市场应用

清陶目前是唯一一家将固态电池应用于汽车的企业，其产品已在智己L6车型上使用。该车型于2023年4月8日发布，采用了清陶为上汽提供的光年固态电池，具备900伏超快充能力和130度电容量。该电池的正极材料为高镍，负极材料为硅碳，电解质为氧化物固态电解质。虽然已量产，但由于需求量较小，目前产量不高。

清陶与上汽合作的另一个项目是富锰锂基电池，计划在2025年实现10万量级的上车计划。富锰锂基电池旨在替代传统的六系三元电池，目标市场为十几万的车型。清陶目前的产能布局主要围绕这两个项目，昆山的产能已达到10G瓦时。

2、固态电池的技术挑战与研发方向

半固态电池的主要缺点包括倍率低、充电速度慢、循环寿命较差，但其优点是能量密度高、续航能力强、安全性能好。清陶正在研发无隔膜电池，计划用固态电解质取代塑料隔膜，并最终取代电解液，向全固态电池方向发展。

清陶在全固态电池的研发中，采用复合电解质技术，即氧化物加聚合物，以改善氧化物电解质的电导率低和接触界面差的问题。清陶计划在2028年推出全固态电池产品，而硫化物路线的全固态电池预计在2030年后才会实现量产。

3、固态电池的市场竞争与经济性

清陶的富锰锂基电池在能量密度上优于高镍三元电池，且成本更低。富锰锂基电池的理论克容量为300毫安时每克，反应电压较高，能量密度因此更高。清陶计划以更具性价比的方式抢占市场，尤其是在中低端车型市场。

清陶的半固态电池与宁德时代的三元锂电池在价格上相差不大，主要原因是清陶不追求高利润，而是希望通过市场份额的扩大来实现盈利。清陶的半固态电池成本较高，主要是由于固态电解质层的增加。

4、制造工艺与材料创新

清陶在制造工艺上采用干法电极技术，以提高材料的致密性和接触界面质量。未来的全固态电池将采用正极、固态电解质、负极分别干混的工艺，极片复合后进行分条模切和叠片。

清陶的氧化物电解质采用LLZO路线，制备过程中使用氧化铝、氧化锆、氢氧化钠和碳酸锂等原材料。通过混合、热处理、球磨、干燥固化等步骤，最终形成电解质材料。

5、未来发展与市场预期

清陶预计在2028年推出全固态电池产品，主要以氧化物为主的复合电解质技术。虽然硫化物路线存在技术挑战和成本问题，但清陶仍在进行相关技术储备，以便未来可能的技术转向。

在动力电池领域，清陶的固态电池需求最为强烈，尤其是在续航超过1000公里的车型中。清陶的研发和市场策略集中在提高能量密度和降低成本，以应对市场对高性能电池的需求。

Q&A

Q：清陶在半固态电池技术、产能进展及市场化应用方面的情况。

A：清陶是目前唯一一家将半固态电池应用于汽车并上市销售的企业，其产品已应用于智己L6车型。该车型于今年4月发布，采用900伏超快充技术和130度电的光年固态电池。电池正极使用高镍材料，负极为硅碳，电解质为氧化物固态电解质。目前，该项目已量产，但产量较小，主要由于半固态电池的倍率较低、充电速度慢及循环性能不如三元电池。然而，其能量密度更高，续航可达1000公里，且安全性能更佳。此外，清陶与上汽合作的另一个项目是富锰锂基电池，计划2025年实现10万量级的上车计划。

Q：清陶在固态电池的产能规划和研发方向是什么？

A：清陶在昆山拥有10G瓦时的半固态电池产能。全固态电池方面，由于产品尚未定型，企业普遍谨慎投资产能。清陶的研发方向是全固态电池，计划推出无隔膜电池，并逐步用固态电解质取代塑料隔膜和电解液。清陶的技术路线是使用氧化物加聚合物的复合电解质，以改善氧化物电解质电导率低和接触界面差的问题。

Q：智己L6车型的实际续航里程是多少？

A：在CLTC工况下，智己L6车型的实际续航里程为1000公里，使用的是130度电的电池。

Q：清陶在全固态电池的技术路线和产业终局的规划是什么？

A：清陶及国内许多企业的全固态电池技术路线是复合电解质，即氧化物加聚合物，或氧化物加金属锂负极。产业终局的目标是实现高能量密度、长循环寿命、高倍率及安全性。清陶计划在2028年推出全固态电池产品，而硫化物路线的量产预计在2030年。

Q：清陶在2024年至2028年间的技术迭代计划是什么？

A：清陶计划在2025年推出无隔膜电池，并逐步降低电解液的使用量，预计2026年推出视觉上完全干的电芯。到2028年，清陶计划实现全固态电池的技术迭代。

Q：固态电池制造工艺需要哪些新技术？

A：固态电池制造需要新的工艺以满足材料致密化和良好接触界面的要求。现有液态电芯的制造工艺不适用于固态电池，需要开发新的制造技术。

Q：干法电极的工艺进展如何？

A：干法电极的工艺目前仍处于研发阶段，尚不具备大批量生产的条件。工艺流程包括干纤维化、致密化和叠复合等步骤，各个环节都需要逐步迭代和改进。目前设备厂商正在积极研发相关设备，但技术上仍需在产品端和工艺端继续进步。

Q：富锰锂基材料的能量密度如何，与高镍三元材料相比有何优势？

A：富锰锂基材料的理论克容量为300毫安时每克，高于高镍三元材料的280毫安时每克。此外，富锰锂基材料的反应电压较高，可以达到4.2至4.5伏，相比之下，普通三元电芯电压约为3.7伏。因此，富锰锂基材料在能量密度上具有优势。在相同能量密度下，其成本更低，不仅青岛在开发此材料，其他正极材料厂商如张生荣博也在布局这一领域。

Q：富锰锂基材料与高镍三元材料在成本上有何差异？

A：高镍三元材料的售价约为0.6元每瓦时，而富锰锂基材料的售价预计在0.5元每瓦时左右，成本约为0.35元每瓦时。相比之下，高镍三元材料的成本约为0.4元每瓦时，因此富锰锂基材料在成本上具有一定优势。

Q：富锰锂基材料在市场定位上有何不同？

A：高镍三元材料主要用于高端车型，如智己16等售价较高的车型，因其极高的能量密度需求。而富锰锂基材料则适用于售价较低的车型，因其性价比高。高镍三元材料在设计时需在能量密度、倍率和循环之间权衡，而富锰锂基材料则可以在各个维度上实现更均衡的设计，价格也更具竞争力。因此，富锰锂基材料在市场上更具竞争力，企业也在进行相应的产能布局。

Q：除了电动车之外，公司在其他下游应用的推进速度如何？

A：公司很早就开始在无人艇、无人机等领域进行推进，尤其是在军工领域，由于涉及保密，具体细节不便透露。但与低空飞行器客户的沟通显示，半固态电池产品与他们的需求较为匹配，特别是在安全性和能量密度方面，这些客户对充电速度和循环次数不太敏感，因此合作正在进行中。

Q：公司在2024年的出货量预期如何？

A：2024年年底的出货量预计不大，主要因为智己L6车型的销售表现不佳。市场竞争激烈，特别是在续航和充电速度方面，宁德时代推出的产品对市场形成了压力。

Q：目前半固态电池的成本和售价情况如何？

A：半固态电池的价格与宁德时代的三元锂电池价格相近。以清陶的半固态电池为例，能量密度更高，续航里程更长，但价格与宁德时代的产品差距不大。清陶的策略是通过市场占有率而非利润来竞争，因此售价不会高于宁德时代。

Q：清陶的固态电解质成本和对外销售策略是什么？

A：清陶的氧化硅电解质是自制的，成本约为每吨30万元。公司不对外销售此核心技术，生产车间的访问权限也极为严格。

Q：生产一瓦时电池大约需要多少吨氧化硅电解质？

A：生产一瓦时电池大约需要18吨氧化硅电解质。

Q：全固态电池的氧化物和聚合物的比例是怎样的？

A：全固态电池中，氧化物占80%，聚合物占20%。主要以氧化物为主。

Q：硫化物技术路线有哪些挑战？

A：硫化物技术路线面临多重挑战。首先，成本较高，硫化物的价格大约是氧化物的六倍。其次，硫化物容易与空气中的水反应，释放有毒的硫化氢气体。此外，制造过程中需要高压处理，并且需要开发干法电极技术以实现纤维化薄膜的致密化。

Q：在电解质层面上，半固态电池的电解液使用量为何较低？

A：半固态电池的电解液使用量较低，因为其注液系数低于传统锂电池。这意味着在相同重量下，半固态电池需要的电解液更少，从而使电池更轻，能量密度更高。当前技术趋势是进一步减少电解液的使用量，目标是将其压缩到5%以下，甚至最终完全去除。

Q：半固态电池的生产工艺是怎样的？

A：半固态电池的生产工艺包括先涂覆正极，干燥后进行滚压，然后涂覆一层氧化物固态电解质。未来的全固态电池工艺将采用正极、固态电解质和负极的干混工艺，分别进行纤维化和压实，然后复合成极片，再进行分条模切和叠片。

Q：氧化物电解质的制备成本是多少？

A：氧化物电解质的制备成本约为30万元。

Q：公司的LCO制备路线的工艺和主要原材料是什么？

A：LCO的制备路线主要涉及四种原材料：氧化铝、氧化锆、氢氧化钠和碳酸锂。制备步骤包括将这些原材料按照化学计量比例混合，然后压片并进行热处理。冷却后进行球磨，成膜后得到电解质的基础。接着加入树脂和锂盐混合均匀，放入亲自液中在真空条件下干燥固化，最终得到电解质材料。

Q：公司在固态电池的涂布工艺上采用了什么方法？

A：公司目前主要采用干法工艺进行涂布。干法工艺不使用溶剂，而是通过热转印的方式加热电解质，使其粘附在正极材料表面。

Q：在氧化物干法工艺中，公司是否遇到技术难题？

A：在氧化物干法工艺中，公司并没有遇到技术壁垒，这项技术已经使用了一两年。

Q：公司预计在哪些领域能够率先实现固态电池的大规模出货？

A：公司在多个领域都有合作，包括手机领域和动力电池领域。尽管在手机领域与华为等公司有合作，但由于成本较高且用户需求不强，预计短期内不会大规模推出。相反，动力电池领域需求旺盛，特别是在新能源车行业，车厂对续航超过1000公里的电池需求强烈。因此，公司将精力主要放在动力电池上，以满足市场对高能量密度的需求。

Q：未来产品研发的主要方向是什么？

A：未来产品研发的主要方向是提高能量密度。随着电芯技术的稳定，主机厂对能量密度的需求增加，这将推动新材料的迭代，包括正极材料、负极材料和电解质的改进。

Q：锂金属在固态电池中的应用进展如何？

A：锂金属虽然能量密度很高，但由于其活泼性，导致界面稳定性较差，目前应用进展不佳。预计在2030年之前，电池负极材料仍将以硅碳为主。

Q：硅碳负极材料的能量密度和应用限制是什么？

A：硅的能量密度高于锂金属，但由于硅在嵌锂后会膨胀三倍，导致其掺入比例受到限制，目前基本在10%左右。虽然材料端可以将掺硅比例提高到30%，但在实际应用中，过高的比例会导致制造困难和负极脱落。

Q：公司目前采用的硅碳负极技术路线是什么？

A：公司采用CVD技术，通过在碳架中嵌入硅原子，以减少硅的膨胀问题，并采用纳米包覆技术提高材料性能。

Q：未来全固态电池的负极材料计划是什么？

A：预计到2028年，全固态电池的负极材料仍将以硅碳为主。虽然曾尝试使用金属锂，但由于测试结果不佳，最终回归硅碳。

Q：金属锂的生产和使用有什么特殊要求？

A：金属锂片需要在真空或多层气体环境下生产，不能进行分切，以确保安全性。国内目前只有天津东能能够生产这种锂片。

Q：现有硅碳负极和正极材料的能量密度提升空间如何？

A：目前使用的硅碳负极和94%镍的正极材料在能量密度上提升有限。固态电池的优势在于可以使用更高克容量的材料，但提升能量密度的关键在于工艺改进，尤其是干法电极技术。

Q：固态电解质的用量会如何变化？

A：固态电解质的用量将大幅提升，从半固态状态向全固态过渡时，固态电解质的用量会增加五倍以上。这是因为全固态电池需要固态电解质来取代电解液和隔膜。

Q：氧化物路线与硫化物路线在用量上的差异是什么？

A：氧化物路线与硫化物路线在用量上存在差异。氧化物路线需要掺入聚合物，而硫化物路线的需求量可能更高。当前的估算数据可能存在差异，因为全固态电池体系尚未成型。

Q：复合电解质的制备方法是什么？

A：复合电解质主要以氧化物为主，氧化物层代替隔膜，位于正负极之间。在正极部分，会做一些垂直通道，灌入聚合物电解质浆料进行原位固化，以形成良好的电极与电解质接触界面。

Q：全固态电池的结构对制造工艺有什么影响？

A：全固态电池的制造工艺无法使用卷绕工艺，因为正负极材料需要压得非常瓷实，因此只能采用叠片工艺。

Q：锰系材料的优缺点是什么？

A：锰系材料的优点是反应电压高，能提升电芯电压；缺点是高温性能较差。推出该体系时需在能量密度和其他性能之间做平衡。锰系材料的核心卖点是成本低，且在国内可以大规模开采。

Q：锰系材料的倍率性能如何？能否实现快充？

A：锰系材料的倍率性能可以达到4C，能够实现快充，与年轻时代的电池性能相当。

Q：公司是否有计划开发硫化物电解质？

A：公司目前没有开发硫化物电解质，因为其成本高、还原电位低、湿度耐受性差。目前专利主要围绕氧化物进行，但不排除未来硫化物技术成熟后可能转向的可能性。

Q：公司当前的硅基负极材料比例是多少？

A：公司当前硅基负极材料的比例约为10%。

Q：公司使用的电解质材料是什么？

A：公司当前使用的电解质材料是LLZO，并将其涂覆在正极表面。

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