固态电池深度:日韩/欧美/中国企业技术路线及产业化最新进展汇总

科技界繁星雨 2024-05-16 10:52:41

导 读

各国推出相关政策和计划,明确固态电池主要发展目标。各国对电池能量密度的规划逐渐提高,比如,我国《节能与新能源汽车技术路线图》指出,到 2025/2030 年,我国动力电池单体能量密度需要分别达到 400Wh/kg 和 500Wh/kg。当前液态锂电池体系较难实现能量密度超过 300Wh/kg,因此各国计划以固态电池为重点发展目标,来提高电池的能量密度并降低其成本。预计 2025 年后固态电池将全面发展。

2024 年,工信部就《锂电池行业规范条件(2024 年本)》修订征求意见,新增固态电池相关要求。修订版新增对固态单体电池产品的性能要求,包括单体电池能量密度≥300Wh/kg,电池组能量密度≥260Wh/kg。循环寿命≥1000 次且容量保持率≥80%。在行业层面,由于固态电池的优势在于安全和续航,预计未来在飞行端、新能源车端、消费电子端以及储能端都会有所应用。

➢ 飞行端:对续航和安全需求较高,且对成本较不敏感,所以有可能会成为最先放量的方向。之前 NASA 表明其所研发成功的固态电池的能量密度已达到 500Wh/kg;宁德时表明凝聚态电池正在进行民用电动载人飞机项目合作开发;亿航智能宣布完成对锂金属固态电池公司欣视界的战略投资,二者将合作开展适用于亿航智能自动驾驶飞行器产品的固态锂电池研发与生产。

➢ 新能源车端:岚图追光已搭载半固态电池;卫蓝 360Wh/kg 锂电池半固态电芯已交付与蔚来;Solid Power 向宝马交付全固态动力电池 A 样;智己发布了搭载半固态电池的 L6。

➢ 消费电子端:vivo 发布了搭载半固态电池手机。

➢ 储能端:海博思创已联合卫蓝开发了半固态锂电池储能产品。到 2030 年固态电池有望超 200GWh 市场场规模。

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日韩主攻硫化物体系,欧美多为氧化物和聚合物体系

海外企业积极布局下一代技术,日韩企业主攻硫化物技术路线。在液态锂电池阶段,通过在电池技术以及低成本供应链建设抢先导入客户端,目前全球主要市场份额主要为中国电池企业所把持。海外企业为在锂电池领域实现弯道超车,积极布局固态电池技术。

从目前海外企业布局的技术路线来看,主要集中于聚合物、氧化物以及硫化物路线,其中日韩企业在硫化物技术路线布局较多,LG、三星 SDI 等电池企业均选择布局锂硫固态电池;车企端,丰田、本田均提出在 2030 年前将硫化物固态电池装车生产的目标。

欧洲企业偏向聚合物电解质路线,美国多技术路线推进。目前在固态电池领域布局的欧美企业玩家主要包括车企、电池初创企业,诸如福特、通用、大众、宝马、雷诺等主流国际车企,他们主要通过投资固态电池初创企业或自行设立研发中心的方式进行布局。

欧美企业固态电池技术路线覆盖硫化物、聚合物以及氧化物等,而欧洲初创型企业布局聚合物电解质路线较多,而美国初创型电池企业则技术多样,在氧化物、硫化物等技术路线均有布局。

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国内以氧化物路线为主,固态电池材料体系初具规模

2.1 电池企业

目前国内布局固态电池技术的企业中,除了包括清陶能源、卫蓝新能源等初创企业外,亦包括赣锋锂业、孚能科技、国轩高科等液态锂电企业。卫蓝新能源已与蔚来汽车合作,计划基于 ET7 车型,推出单次充电续航 1000 公里的混合固液电解质电池,电池包达到 150 度电,能量密度为 360Wh/kg。此外,智己汽车于今年 3 月 25 日公布的 L6则是搭载清陶能源的半固态电池。

2.2 电池材料企业

从固态/半固态电池材料端来看,电解质、添加剂、正极材料、负极、隔膜、铝塑膜等均有企业布局。其中三祥新材已向清陶能源提供锆基材料;瑞泰新材 LiTFSI 在固态电池中已形成批量销售;翔丰华已与清陶能源签署战略合作协议;上海洗霸固态电解质粉体材料处于吨级至十吨级/年工业化标准产线阶段;当升科技和容百科技正极材料已导入锂电头部客户。

正极材料方面,固态电池相较于液态锂电池迭代相对较少,主要以三元正极材料为主,且通过导入高镍三元提升能量密度,目前容百科技、当升科技等三元材料企业均与固态电池企业进行了协同开发合作。

2.3 车企布局

固态电池具备安全性、能量密度优势,为提升新能源汽车产品动力性能表现,车企端导入固态/半固态电池意愿较为旺盛,2023 年以来以造车新势力为代表的高端新能源车企加速在产品端导入搭载半固态电池的车型。

1)蔚来汽车

率先发布 150kWh 固态电池,续航里程突破 1000km。作为造车新势力头部企业,蔚来汽车于 2021 年发布了 150kWh 半固态电池,搭载该固态电池的车型可实现超 1000km的续航里程。通过从固液电解质、负极、正极材料到制造工艺等进行了全面创新,突破了原位固化、高性能硅碳负极和纳米级包覆超高镍正极等多项核心技术,实现了360Wh/kg 的超高能量密度。

原位固化、高性能硅碳负极与纳米级包覆技术实现电池性能全面提升。蔚来在材料与制造工艺端导入原位固化固液电解质、无机预锂化硅碳负极以及纳米级包覆超高镍正极三大技术,其中:(1)原位固化固液电解质:在电解质和正负极材料之间建立了安全稳固的界面,相较于蔚来 100kWh 电池提升了 50%能量密度,并提供更优安全保障;(2)纳米级包覆超高镍正极:使用超高镍正极材料正极的能量得以大幅跃升,并利用纳米级包覆技术改善正极材料与固液电解质的界面,从而突破液态电解质电池的能量密度极限;(3)均质包覆、无机预鲤化硅碳复合负极材料:对比传统石墨材料,采用能量密度更高的硅碳复合负极材料,利用创新的均质包覆和无机预锂工艺实现高能量密度。

2)岚图汽车

东风岚图首款轿车追光发布,搭载首个量产半固态电池。2022 年 12 月,东风岚图发布首款轿车追光,为岚图首个岚图首个搭载“ESSA+SOA”智能电动仿生体的量产车型,在性能、智能、豪华、安全等各维度表现均达到同级顶尖水平。并采用自研的“云母”电池系统,搭载的 82kWh 电池包采用了行业首个量产装车的半固态电池,并在行业首个 8系三元锂软包电芯针刺试验中,实现不冒烟、不漏液、不起火、不爆炸的优异成绩。

3)日产汽车

预计 2025 生产第一批低成本固态电池,无钴路线推动电池成本降低。根据盖世汽车,日产汽车预计将于 2025 年生产第一批低成本固态电池,并计划于 2028 年生产一款由固态电池提供动力的全新电动汽车。公司于 2021 年宣布处于电动汽车固态电池开发,并于一年后开始原型电池开发,预计在 2025 年前实现固态电池的限量试点生产,在 2026年前完成初始技术的工程设计,并在 2028 年前推出第一款搭载固态电池的量产版电动汽车。公司预计在 2028 年推出无钴电池,实现电池成本降低。

4)智己汽车

携手清陶能源,智己推出行业首个搭载准 900V 超快充半固态电池的汽车。2024 年 3 月25 日,智己公布旗下 L6 为行业首个准 900V 超快充半固态电池,并兼具安全、续航、快充三项特性。其中“安全”为固态电池整包可实现无热蔓延不起火。“续航”为采用纳米尺度固态电解质包覆超高镍正极材料+新一代高比能复合硅碳负极,能实现超 1 千公里续航。“快充”为行业首创干法固态电解质层议题成型技术,大大降低了正极和电解质之间的阻抗,能实现准 900V 超快充。

5)广汽埃安

4 月 12 日 2024 广汽科技日上,广汽埃安推出了自研的高全大容量全固态动力电池,计划 2026 年实现装车搭载。该全固态电池采用了第三代海绵硅负极片技术(新型纳米硅复合负极)、高面容量固态正极、以及高强致密复合电解质膜技术。全固态电池的能量密度可达 400Wh/kg 以上,整车续航里程可超过 1000km。公司表示全固态电池预计于2026 年实现装车搭载,率先应用于昊铂车型中,并逐步普及埃安车型。

1)第三代海绵硅负极片技术:通过活性纳米硅的非晶化、高强度 3D 多孔支撑体、快离子导体包覆等技术的应用,负极可逆容量达到 1500mAh/g,为现有石墨材料的 4 倍;较常规硅负极材料膨胀率下降 37.5%,循环稳定性提升 140%。

2)高面容量固态正极技术:通过正极材料、极片设计以及制造工艺的三重突破,实现了5mAh/cm2 以上的高面容量。

3)高强致密复合电解质膜技术:降低了负极锂枝晶和机械滥用对电解质膜的破坏,不仅在针刺、裁切、-78°C 干冰环境、90°C 高温热水浸泡等极端条件下测试中保持性能稳定,甚至在 200°C 热箱测试中也不会发生爆炸,从本质上解决了电池的安全风险。

精选报告来源:银创智库

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