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蔚來發(fā)布的“固態(tài)電池"前景分析

2021-01-18 16:21  來源:每日財報  瀏覽:  

新能源汽車已經(jīng)成為造富的機器。根據(jù)胡潤最新發(fā)布的2020世界500強榜單,價值增長最快的前三家公司均來自中國,其中有兩家分別是蔚來、小鵬。具體來看,蔚來的價值增長了23倍,達到4039億元;小鵬汽車的價值增長了9倍,達到2488億元。除了中國的蔚來和小鵬,新能源車巨頭特斯拉的價值也增長了8倍,以3.6萬億元的總價值排名全球第九。

1月9日,國內(nèi)造車新勢力頭部企業(yè)之一的蔚來汽車在其舉辦的“2020 NIODAYS”活動上發(fā)布了旗下首款純電動轎車——蔚來eT7。除了發(fā)布新車外,蔚來汽車還發(fā)布了一款單體能量密度達360Wh/kg的150kWh固態(tài)電池包產(chǎn)品,并宣布將于2022年四季度將該款固態(tài)電池裝配到旗下的量產(chǎn)車上。消息一出,引發(fā)市場熱議。

什么是固態(tài)電池

《每日財報》注意到,蔚來發(fā)布新電池之后,A股的電解液、隔膜企業(yè)股價均出現(xiàn)大幅下跌,究竟是為什么呢?這還要從兩種電池的本質(zhì)說起。

傳統(tǒng)的鋰電池由正極、負極、電解液和隔膜組成,其工作原理是鋰離子在正負極之間往返脫嵌導(dǎo)致外電路電子定向移動形成電流,而電解液就是鋰離子電池的“血液”。電解液由溶劑、高純?nèi)苜|(zhì)和高純添加劑按照一定的比例配制而成,質(zhì)量占比分別為83%/12%/5%,目前電解液基本的組成體系已經(jīng)比較成熟,主溶質(zhì)以六氟磷酸鋰為主,主溶劑以碳酸酯類產(chǎn)品為主,新型鋰鹽和添加劑仍存在較大變化。雖然新型鋰鹽和新型溶劑已經(jīng)得到部分應(yīng)用,但是由于其自身存在各種缺陷,還無法完全取代六氟磷酸鋰和碳酸酯類溶劑,只能作為輔助產(chǎn)品來使用,實際上仍可以看作是添加劑。

固態(tài)電池和傳統(tǒng)鋰電池最顯著的區(qū)別在于電池內(nèi)部的電解質(zhì)的物理形態(tài)。與現(xiàn)今普遍使用的鋰離子電池和鋰離子聚合物電池不同,固態(tài)電池是一種使用固體電極和固體電解質(zhì)的電池,其并不需要鋰電隔膜與電解液。這也就是為什么這些領(lǐng)域的公司在蔚來發(fā)布新電池之后股價大跌,固態(tài)電池的核心是固體電解質(zhì),目前有三大技術(shù)路徑:聚合物、硫化物和氧化物全固態(tài)電池。

不過需要注意的是,固態(tài)電池并非新出現(xiàn)的概念,早在1978年Michel Armand首次報道了固態(tài)金屬鋰電池的相關(guān)研究,隨后40年內(nèi)固態(tài)鋰電池被全球廣泛研究。固體電解質(zhì)離子電導(dǎo)率低,界面相容性差等技術(shù)瓶頸制約了商業(yè)化進程,全固態(tài)鋰電池的研究停滯于20世紀末,2007年開始,全固態(tài)鋰電池的研究開發(fā)復(fù)蘇。

2019年末發(fā)布的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2021-2035)》首次將固態(tài)電池上升到了國家層面,提出了加強固態(tài)電池研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化進程的要求。但直到現(xiàn)在固態(tài)電池也沒能實現(xiàn)商業(yè)化,根本原因是固態(tài)電池的技術(shù)瓶頸尚未攻克,因此只能先用半固態(tài)電池。也就是在液態(tài)電解液中添加了固態(tài)電解質(zhì)的成分,保留了以前的電解液和隔膜,同時添加固態(tài)電解質(zhì)的成分。固態(tài)電池的商用路徑需要從半固態(tài)逐漸過渡到全固態(tài)電池,蔚來汽車此次發(fā)布的電池也是半固態(tài)電池。

最后,成本問題是固態(tài)電池技術(shù)商業(yè)化的最大挑戰(zhàn),從本質(zhì)上講,續(xù)航里程與使用成本(整車與更換電池成本)目前仍是電動車的薄弱環(huán)節(jié),任何新技術(shù)的成功都必須同時解決這兩大問題。據(jù)推算,同樣采用石墨負極的固態(tài)電池總成本為158.8$/kWh,要比液態(tài)電池總成本(118.7$/kWh)高出34%。

為什么要發(fā)展固態(tài)電池?

續(xù)航能力和安全性是動力電池追求的兩大主要方向,發(fā)展固態(tài)電池也正是為了解決這兩大問題。

新能源汽車最初發(fā)展的時候采用的是磷酸鐵鋰電池,這種能量密度較低但安全性好的技術(shù)路徑成為“初代”新能源汽車動力電池的首選。但伴隨著新能源汽車市場競爭的加劇,能量密度更高,成本效益比更好的三元鋰電池成為新寵,直到目前仍然是市場主流。但業(yè)內(nèi)專業(yè)人士指出,目前磷酸鐵鋰和三元鋰電池的能量密度都已經(jīng)接近理論極限,高鎳材料+硅碳負極單體能量密度極限在300Wh/Kg左右,目前寧德時代和國軒高科都已經(jīng)達到這個水平。

富鋰錳基+硅碳負極單體的能量密度極限在400Wh/Kg左右,中國提出的目標是在2025年達到這個水平,還有5年時間,能量密度要提升33%。但是越接近理論極限,研發(fā)投入的邊際產(chǎn)出就會越低,進步的速度就會越緩慢。在此背景之下,固態(tài)鋰離子電池被認為是最有可能的下一代鋰電技術(shù),固態(tài)電池能量密度具備突破500wh/kg的潛力,而更多的能量密度就意味著更長的續(xù)航里程。

其次,液態(tài)電解質(zhì)電池的安全性也不高,隨著充放電次數(shù)增加,一旦鋰枝晶穿透隔膜,很容易燃燒或者爆炸,而固態(tài)電解質(zhì)不可燃、無腐蝕、不揮發(fā)、不漏液,即使在高溫情況下,也無自燃爆炸風(fēng)險,因此,固態(tài)電池在安全性層面也具備優(yōu)勢。

事實上,國內(nèi)外的頭部企業(yè)早就著手固態(tài)電池的研究了,動力電池龍頭企業(yè)寧德時代早在2016年就正式宣布在硫化物固態(tài)電池上的研發(fā)路徑,目前寧德時代固態(tài)電池可實現(xiàn)300周循環(huán)以容量保持率82%,但全固態(tài)電池還在開發(fā)中,預(yù)計2030年后才能實現(xiàn)商品化。輝能推出的MAB固態(tài)電池包采用了BiPolar+(電芯內(nèi)部串并聯(lián)等)、S-Inlay(直線堆棧)與Logi-Pack(內(nèi)建偵測系統(tǒng))技術(shù),針對固態(tài)電池的高安全性、高散熱能力與機構(gòu)特性而開發(fā)出的一種全新封裝方式,并計劃在2022年以不犧牲安全性、具經(jīng)濟可行性的方案創(chuàng)造出續(xù)航里程與燃油車相當?shù)母吣芰棵芏入姵匕?/p>

此外,贛鋒鋰業(yè)一期項目固液混合的半固態(tài)鋰電池實現(xiàn)規(guī)?;a(chǎn)能力,公司與中科院許曉雄課題組合作,設(shè)立全資子公司浙江鋒鋰新能源科技有限公司,開展固態(tài)鋰電池方面的產(chǎn)業(yè)化工作。

根據(jù)SNE Researchd的測算,2030年全球固態(tài)電池需求有望接近500GWh,2025年固態(tài)電池全球市場空間有望達到60億元,而2025年我國固態(tài)電池市場空間有望達30億元,2030年有望達到200億元。綜合看下來,從長期的視角來看,固態(tài)電池具備廣闊的前景,而且很可能成為未來的主流電池,但從當下的情況來看,技術(shù)水平和成本問題都制約了其大規(guī)模商用化,液態(tài)電池依然是目前的必選項。

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