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固态电池行业进展更新(240822)
Bobo
超短低吸的散户
2024-09-04 12:27:42 上海市
会议要点
1、鹏辉新能源的固态电池进展
鹏辉新能源计划在内蒙古乌兰察布投资建设1GWh的半固态电池产能,预计2027年完工。该项目采用氧化物固态电解质,与青山未来的解决方案类似。鹏辉计划于28号举行全固态技术发布会,但目前并未与任何车企开展合作,主要客户仍为3C类产品。
鹏辉的半固态电池主要应用于3C类产品,采用软包电芯设计,使用氧化物固态电解质。其上游供应链涉及LLZO(锂镧锆氧)等原材料,相关供应商包括三峡、东方锆业等。
2、半固态电池的技术特点与挑战
半固态电池在能量密度上有所提升,光年固态电池的能量密度可达310瓦时每公斤,相较于宁德时代的三元电池280瓦时每公斤有小幅提升。然而,其循环寿命仅为800次,远低于宁德时代三元电池的1500次。
半固态电池的充电倍率较低,最高仅能达到1.6C,充电速度较慢。其安全性虽有所提升,但仍无法完全避免针刺实验中的热失控问题,需在隔膜厚度上进行权衡。
3、固态电池的市场与技术路线
固态电池在车端的推广应用仍较为谨慎,车企普遍追求续航1000公里的技术,但对大规模市场化持观望态度。半固态电池的充电倍率提升需在材料和工艺上进行改进。
全固态电池的技术路线主要有三条:硫化物、氧化物和复合电解质。硫化物路线因成本高、安全性差而受限,氧化物路线因其稳定性和高电压特性被看好,复合电解质路线则结合氧化物和聚合物的优点,成本较为可控。
4、固态电池的政策与企业进展
国家部委计划投入60亿元支持六家企业研发固态电池,其中宁德时代获得大部分资金。尽管资金有限,但宁德时代和比亚迪等大企业凭借资金优势积极推进研发,计划建设中试线以加速技术落地。
国内全固态电池研发进展较快的企业包括青矩未来等创业公司,其技术迭代速度较快。宁德时代和比亚迪等大企业也在积极布局,但整体技术仍未完全成熟,预计2026至2027年可能实现突破。
5、固态电池的材料与供应链
固态电池的材料需求将显著增加,特别是氧化物路线对上游原材料如锆、镧的需求量将增加5到8倍。相关供应商包括东方锆业、三祥、凯盛等。
聚合物PEO材料在固态电池中的应用前景广阔,但成本较高。奥克股份是PEO材料的龙头企业,值得关注。


Q&A
Q:鹏辉即将发布的固态电池是半固态还是全固态?目前进展如何?
A:鹏辉计划在28号举行的发布会主要是技术发布会,涉及全固态电池的技术路线,而非具体产品。鹏辉在内蒙古乌兰察布投资建设1GWh的半固态电池产能,预计2027年建成。其半固态电池采用氧化物固态电解质,主要应用于3C类产品,而非动力电池领域。目前鹏辉并未与任何车企开展合作,尚无客户送样。
Q:鹏辉的半固态电池主要应用于哪些领域?
A:鹏辉的半固态电池主要应用于3C类产品,采用软包电芯和氧化物固态电解质。由于缺乏客户推动,这些项目难以推进。其上游原材料涉及LLZO(锂镧锆氧)、氧化锆等。
Q:目前车用半固态电池的能量密度、循环次数和倍率性能如何?
A:蔚来的半固态电池在能量密度上有所提升,达到310瓦时/公斤,相比宁德时代的280瓦时/公斤提升了10%-20%。循环次数方面,半固态电池约为800次,低于宁德时代的1500次。倍率性能方面,半固态电池最高可达1.6C,低于宁德时代的4C-5C。半固态电池在安全性上有所提升,但并非绝对安全。
Q:青岛为蔚来提供的半固态电池使用了什么电解质?
A:青岛为蔚来提供的半固态电池使用了LLZO氧化物作为电解质。这是青岛的主流解决方案,其专利布局也围绕氧化物展开。
Q:蔚来的ET6半固态电池面临哪些生产问题?
A:蔚来的ET6半固态电池在制造过程中存在负极脱落问题,导致电芯一致性差,无法顺利组装。这影响了蔚来ET6的交付计划,预计交付数量将较少。
Q:半固态电池的循环次数和价格如何,与液态电池相比有什么区别?
A:半固态电池的循环次数为800次,1.6C的充放电速率,价格比液态电池稍贵。其区别在于正极和负极之间涂了一层约十微米厚的固态电解质,包含氧化锆、氢氧化锂、碳酸锂和氧化铝等材料。这些原材料并不昂贵,因此整体BOM成本比宁德时代的电池贵约10%。在市场上,电芯售价约为四毛钱左右。
Q:800次循环的电池是否被车企接受用于量产?
A:是的,车企已经接受800次循环的电池用于量产。虽然国外车企可能不敢采用,但国内厂商比较大胆。800次循环对于1000公里续航的车辆来说,意味着可以达到80万公里的总行驶里程,这对于一般家庭用户来说已经足够。
Q:在制造过程中,负极容易脱落的问题是否有解决方案?
A:目前仍在通过工艺改进来解决负极容易脱落的问题。虽然电芯的一致性仍然不佳,但正在调整涂覆工艺参数以改善这一问题。
Q:当前硅碳掺杂的比例是多少?
A:目前硅碳的掺杂比例大约在7%到8%之间,不会超过10%,主要还是以石墨为主。
Q:半固态电池的负极脱落问题是否是其特有的问题?
A:负极脱落是一个共性问题,不仅限于半固态电池。石墨的比容量较低,为了提高能量密度,需要掺入比容量更高的元素,如硅碳或硅氧。硅碳的比容量最高可达600毫安时每克,而硅氧可达500毫安时每克。掺杂这些元素后,负极的能力会有所提升。
Q:掺杂硅碳或硅氧后,是否能达到600或500毫安时每克的比容量?
A:是的,掺入10%的硅碳或硅氧后,可以达到600或500毫安时每克的比容量,行业内一般不会超过15%的掺杂比例。
Q:半固态电池的循环次数能否提高?
A:提高循环次数是一个挑战。固态电解质如氧化物的电导率较低,需要通过加入少量电解液来改善性能。半固态电池通常采用氧化物作为过渡解决方案,加入电解液可以显著改善电导率和固固接触界面的问题。
Q:全固态电池的材料路线是否会统一到复合电解质?
A:全固态电池目前有三条主要路线:硫化物、聚合物加氧化物的复合电解质。硫化物路线主要由日本企业如丰田主导,但其成本较高,国内企业较少涉足。复合电解质路线则通过聚合物改善界面问题,是一种潜在的全固态解决方案。
Q:硫化物固态电池有哪些主要的安全性问题?
A:硫化物固态电池存在几个主要的安全性问题。首先,硫化物与空气中的水反应会释放有毒气体硫化氢,这在制造和使用过程中都可能带来风险。其次,硫化物材料较软,无法有效阻止锂枝的形成,导致电池可能短路并引发火灾。此外,实验表明硫化物固态电解质无法阻止锂枝的形成,这使得硫化物路线在安全性上存在较大挑战。
Q:丰田和QuantumScape在固态电池技术上的进展如何?
A:丰田原计划在2026年推出全固态电池,但由于硫化物路线的挑战,时间推迟至2030年。QuantumScape则在氧化物路线中取得创新,开发出一种固态隔膜技术,并授权给大众。QuantumScape的电池技术在循环寿命、能量密度和安全性方面表现出色,循环次数超过一千次后仍保持95%的容量,能量密度达到500瓦时每公斤,最大倍率为10C,能够解决析锂针刺等安全问题。
Q:复合电解质路线的优点是什么?
A:复合电解质路线结合了氧化物和聚合物的优点,利用氧化物的化学稳定性和耐高温特性,同时通过聚合物解决氧化物电导率低和接触界面差的问题。该路线通过微波固化技术形成全固态膜,提升界面电导率,成为目前行业研发的主要方向之一。硫化物虽然电导率高,但在成本和实际应用中存在较大困难,因此复合电解质被认为是更具潜力的选择。
Q:国家部委计划投资60亿给六家企业研发固态电池的资金补贴情况如何?宁德时代和比亚迪的研发进展如何?
A:资金已经以课题形式拨付,涉及六家企业,包括宁德时代、比亚迪、一汽、吉利、上汽和蔚来。宁德时代获得了大部分资金。然而,这60亿对电池企业来说仅够购买材料,真正的全固态研发需要更多资金。宁德时代和比亚迪的优势在于资金充裕。宁德时代的研发负责人吴凯表示,固态电池研发进度已完成40%,但仍有60%路要走。宁德时代计划建设固态电池的中试线,与比亚迪进度相似。两家公司过去对固态电池动力不足,因为技术迭代可能导致现有液态电池产能设备的浪费。
Q:市场对半固态电池在车端的需求是否有加速趋势?
A:车企普遍追求续航1000公里的目标,这是由蔚来率先推出的。每个车企和电池厂都在研发固态电池,但对于大规模市场推广持谨慎态度,担心成为首个推出产品的企业而面临风险。
Q:提升半固态电池充电倍率需要改进哪些材料?
A:提升充电倍率主要有两方面:一是选择小颗粒的正负极材料,降低能量密度以提升倍率;二是改进工艺,如调整用胶量和涂布速度。硅碳负极的不良率高于石墨。宁德时代通过创新的正极材料设计,兼顾了能量密度和快充性能。
Q:青拓给智己L6的订单情况如何?今年预计和实际出货量是多少?
A:客户预测每月订单量为1500台车,但实际交付情况不理想,预计全年交付量不超过200台。
Q:明年的订单量预期是多少?
A:如果一切顺利,所有制造问题都解决的话,明年的订单量预期每月约为1500。
Q:除了特定客户外,公司明年是否会与其他车企合作供货?
A:是的,公司还与上汽乘用车有合作项目,涉及富锰锂基材料。这种材料具有广阔的应用前景,可以将电池电压提高到4.5伏,并且成本较低。
Q:富锰锂材料的成本与NCM622相比如何?
A:富锰锂材料的成本更低,因为锰材料相对便宜。富锰锂材料主要用锰代替镍,降低了成本。
Q:富锰锂电池的电芯能量密度是多少?
A:富锰锂材料的克容量约为300毫安时每克,电压最高可达4.5伏,能量密度可以达到500左右,具体取决于负极材料的选择。
Q:上汽乘用车项目中使用的负极材料是什么?
A:使用的是硅碳负极材料。
Q:半固态电池的成本构成如何,包括材料、人工、制造和折旧等?
A:电芯制造成本约为每瓦时0.1到0.2元,总成本约为每瓦时0.4到0.6元,与三元电池成本相近,但略高一些。
Q:半固态电池的良率水平如何?
A:宁德时代的良率可达98%,而青岛的良率约为88%。
Q:如果青岛的良率提高到95%以上,成本会如何变化?
A:若良率提高到95%以上,成本可降至每瓦时0.4元多。
Q:1GWh的半固态电池需要多少氧化物电解质?
A:约需要18吨氧化物电解质。
Q:除了车用领域,半固态或固态电池在其他哪些应用领域有更迫切的需求?
A:半固态和固态电池在低空经济飞行器和电动船领域有更迫切的需求。这些领域对电池的安全性要求较高,而固态电池的技术特点更适合这些应用。
Q:在固态电池中,铜铝箔和隔膜的使用情况如何?
A:在固态电池中,铜铝箔的使用基本没有变化,仍然会被使用,其用量与三元电池相似。然而,隔膜和电解液的影响较大。全固态电池中隔膜被电解质取代,实验室已经开发出无隔膜电池。电解液在固态电池中也被排除,因为它与锂金属会发生剧烈反应。目前,国内唯一能够生产锂金属片的公司是中能锂业,他们与宁德时代等公司合作,显示出很大的发展潜力。
Q:国内全固态电池的进展如何?有哪些公司在这方面领先?
A:目前,国内全固态电池的技术进展相似,预计在2026或2027年才能取得突破。青矩未来等创业公司在技术迭代速度上较快,表现出更强的创新能力。宁德时代和比亚迪等大公司在技术上也处于领先地位。此外,一些高校如东北师大和上海交通大学也在进行相关研究,但整体技术尚不明朗。
Q:全固态电池的成本情况如何?
A:全固态电池的成本取决于所采用的技术路线。硫化物路线的成本约为每瓦时6元,氧化物路线约为每瓦时4元。相对便宜的是复合概念和聚合物路线,成本约为每瓦时2元多,这种成本在市场上更容易被接受。
Q:固态电池技术面临的主要问题是什么?
A:固态电池技术面临的主要问题是固液界面的接触问题,尤其是在氧化物路线中,需要改善离子率和固固接触界面。尽管已经提出了多种解决方案,但技术突破需要逐步积累。
Q:全固态电池的未来发展前景如何?
A:全固态电池在实验室中已经存在,预计在2025至2026年会推出市场。其发展将对供应链产生颠覆性影响,尤其是材料和设备制造商。设备公司如先导科技已经开始转型,出售全套全固态电池设备,以应对未来技术迭代带来的挑战。
Q:氧化物路线在固态电池行业中的前景如何?对上游原材料的需求有什么影响?
A:氧化物路线在固态电池行业中被认为是有前途的方向。随着行业向半固态和固态电池的迭代,对上游原材料如氢氧化锂、氧化锂、氯化锂、氧化铝等的需求将大幅增加,预计需求量会增加到5到8倍。此外,PVDF胶的用量也会增加。主要供应商包括东方锆业、三祥、凯盛、北方稀土和盛和资源。
Q:在1000瓦时的半固态电池中,氧化物电解质的成分比例如何?
A:在1000瓦时的半固态电池中,氧化物电解质的主要成分是三氧化二铝(陶瓷材料),其中氧化锆或氯化锆的用量约占10%,氢氧化镧的用量约占4%。
Q:聚合物PEO材料在固态电池中的应用前景如何?
A:聚合物PEO材料需要与氧化物结合使用,因为聚合物本身是凝胶状,无法阻止锂枝晶的形成。当前的方案多为聚合物与氧化物结合的形式。PEO材料价格较高,纯聚合物方案成本较高。奥克股份是PEO材料的龙头企业。```


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