在人类探索电池技术的征途中,一系列革命性的突破引领了产业的巨大变迁与商业机遇。从早期的伏特电堆、丹尼尔电池,到后来的铅酸电池、干电池、镍镉电池、镍氢电池,直至现今的锂电池,每一次技术的革新都标志着能源存储领域的一次飞跃。
而今,固态电池这一新型电池技术正席卷全球,吸引了众多行业巨头的目光,包括华为、富士康、三星、LG、奔驰、宝马、宁德时代、比亚迪等。这些企业在固态电池领域的积极布局,不仅让这项技术成为了资本市场的宠儿,更预示着能源存储技术新时代的到来。
固态电池技术的终极目标在于用全固态电解质取代传统液态锂电池中的易燃易爆液态电解质,从而在提升电池安全性的同时,进一步增加能量密度及延长使用寿命。这一技术被业界公认为电池技术的终极形态。
据多方采访了解,目前全球已有近百家企业投身于固态电池的研发与布局,这些企业遍布加拿大、美国、欧盟、中国等多个国家和地区,固态电池产业链已初现雏形。然而,值得注意的是,当前已实现产业化应用的固态电池均为半固态电池,即仍含有少量(不足10%)的液态电解质,因此其性能尚无法与全固态电池相媲美。全固态电池的产业化之路仍面临成本、技术等多重挑战,预计大规模量产还需等到2035年。
近期,华为和宁德时代在固态电池领域的创新成果引发了市场的广泛关注。华为公布了一项关于硫化物固态电解质技术的发明专利,而宁德时代则宣布了三项固态电池专利,并已将固态电池研发团队规模扩大至1000人。这些消息一经公布,便迅速点燃了资本市场的热情,相关概念股一度集体大涨。
以有研新材为例,自固态电池概念受到市场高度关注以来,该公司股价在13天内实现了8次涨停。尽管该公司已向客户小批量供应动力电池用固态电解质材料,但该产品业务收入占公司主营业务收入的比例较小,预计不足1%,对公司短期业绩影响有限。然而,这仅仅是今年资本市场固态电池概念火热的冰山一角。据统计,自2024年9月24日至12月20日,A股固态电池指数累计上涨近60%,其中蓝海华腾累计上涨108%,有研新材、德方纳米、厦钨新能等个股累计涨幅均超过80%。
除了上述企业外,还有众多企业宣布入局固态电池领域,包括富士康、红豆股份、高乐股份等跨界企业,以及比亚迪、蔚来、吉利等车企,还有宁德时代、亿纬锂能等电池厂商,以及赣锋锂业、当升科技、厦钨新能等材料厂和隔膜领域龙头星源材质等。据统计,目前国内已有23家固态电池制造领域企业(含固态电池、固态电解质、正极材料等)共获得了73轮融资,预计2024年全年固态电池产业链融资项目数和融资金额都将再创新高。
深度科技研究院院长张孝荣表示,目前固态电池的火热主要是概念上的火热,距离真正的爆发还有一段时间。各路资本加速布局这一领域,表明固态电池技术和市场正处于快速发展阶段。
固态电池分为半固态、准固态、全固态三种类型。全固态电池不含有任何液体电解质,而半固态电池液体电解质含量小于10%,准固态电池液体电解质含量则小于5%。由于全固态电池中电解质全为固态电解质,因此会涉及电解质与正负极固态材料间的接触问题,即固固接触问题。使用不同的正负极材料将对电池的导电率等产生不同的影响,进而影响电池的能量密度、安全性、使用寿命等。半固态电池因仍含有液态电解质而保留隔膜,以防止正负极材料直接发生化学反应造成电池短路。
目前,全球固态电池产业链已初具雏形。当升科技、厦钨新能等公司已布局固态电池正极材料领域,赣锋锂业、道氏科技已布局电解质、负极材料等,星源材质已布局隔膜领域,华为、富士康已布局电解质领域,宁德时代、比亚迪、亿纬锂能等则涉及整装固态电池。红豆股份等则涉足固态电池的智能制造,海目星则发力固态电池设备制造、电池销售等。整体来看,入局固态电池领域的企业涉足整个产业链的一个或多个环节。
中国工程院院士陈立泉表示,我国固态锂电池的发展是从液态锂电池开始,经过原位固态技术逐步固态化,最终实现全固态锂电池。目前市面上大多数商用锂电池的能量密度在200—250Wh/kg之间,而半固态锂电池能量密度可达300Wh/kg以上,全固态电池能量密度则可达500Wh/kg以上。因此,固态锂电池被广泛认可为最有前景的技术之一。
在固态电池领域,技术路线之争已经出现。目前,固态电池有聚合物、氧化物、硫化物三种技术路线,以及一种较为小众的卤化物路线。聚合物固态电池容易加工,与现有的液态电解液的生产设备、工艺都比较兼容,但电导率低,且在高温下容易发生起火燃烧现象;硫化物固态电池在三种材料体系中电导率最高(能量密度最高),但热动力稳定性较差,且硫化物容易与空气中的水、氧气反应产生硫化氢剧毒气体;氧化物固态电池则具有较好的稳定性,但相对于硫化物电导率还是偏低。目前欧洲电池厂商主要看好聚合物路线,日韩则看好硫化物路线,而国内多数看好氧化物路线,如卫蓝新能源、清陶能源、赣锋锂业等,但宁德时代、比亚迪等龙头则看好硫化物路线。
对于未来哪条技术路线能成为主流,业内人士认为这需要结合具体应用场景而定。储能的应用对成本相对比较敏感,对能量密度的追求并不像动力电池那么高,因此低成本方案可能会成为储能领域主流方案,比如聚合物路线。而车用电池场景则不仅追求高能量密度,还追求快充性能,这就需要比较高的离子电导率。目前各个厂商的布局中,单一的电解质路线都比较少,大家走的都是复合路线,因为单一的电解质各有优缺点,不能达到综合的性能。
从产业化进展来看,目前氧化物、聚合物路线都已转向固液混合,特别是国内市场车用方面都已经在量产装车。这主要是因为固固接触特别是氧化物路线是比较难解的问题,加一点液态电解质可以对固固接触起到很好的作用,从而提升电导率进而提升能量密度等。而硫化物因为本身对水汽敏感,就不适合做半固态。