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《白皮書》深度解析:半/全固態(tài)電池技術(shù)及市場前景

2024-12-17 10:26:04 來源:電池網(wǎng)
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簡介:《固態(tài)鋰電池技術(shù)發(fā)展白皮書》深入探討了半固態(tài)和全固態(tài)電池技術(shù)的最新進(jìn)展及其在新能源汽車等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力,預(yù)測半固態(tài)電池將率先實現(xiàn)商業(yè)化,而全固態(tài)電池技術(shù)將在2027年左右開始示范性裝車應(yīng)用,到2030年后進(jìn)入商業(yè)化階段,標(biāo)志著電池技術(shù)的重大突破。

《固態(tài)鋰電池技術(shù)發(fā)展白皮書》發(fā)布,揭示半/全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)進(jìn)展。近期,由重慶太藍(lán)新能源有限公司、長安汽車(000625)、中關(guān)村新型電池技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟、真鋰研究聯(lián)合發(fā)布的《固態(tài)鋰電池技術(shù)發(fā)展白皮書》(以下簡稱《白皮書》)深入分析了半固態(tài)電池技術(shù)的優(yōu)勢及其在新能源汽車等領(lǐng)域的應(yīng)用前景。


《白皮書》強調(diào),半固態(tài)電池技術(shù)以其高安全性、與現(xiàn)有液態(tài)電池產(chǎn)線的高兼容性、簡單的工藝流程和較低的成本,成為全固態(tài)電池技術(shù)成熟前的產(chǎn)業(yè)化方案。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和市場需求的增長,半固態(tài)電池有望在新能源汽車等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。


全固態(tài)電池技術(shù)的發(fā)展背景是追求更高的能量密度、更高的安全性以及更寬的工作溫度范圍。全固態(tài)電池通過使用固態(tài)電解質(zhì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋰離子電池中的液態(tài)電解質(zhì),有望極大提高安全性能,并提供更高的能量密度和功率密度。


國內(nèi)外半固態(tài)電池領(lǐng)域典型企業(yè)進(jìn)展 目前,半固態(tài)電池電解質(zhì)路線主要包含氧化物、聚合物以及復(fù)合型電解質(zhì)技術(shù)路線。國內(nèi)方面,中國半固態(tài)電池制造商包括寧德時代、億緯鋰能、贛鋒鋰業(yè)、國軒高科、蜂巢能源等鋰電巨頭,同時還包括太藍(lán)新能源、清陶能源、衛(wèi)藍(lán)新能源、輝能科技等固態(tài)電池企業(yè),側(cè)重方向主要為氧化物路線。據(jù)各公司官網(wǎng)或官微等披露,國內(nèi)固態(tài)電池已有/在建/規(guī)劃產(chǎn)能達(dá)數(shù)百GWh,國內(nèi)總體產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展趨勢較快。


從車企來看,國內(nèi)車企以自主研發(fā)或合作方式推進(jìn)半固態(tài)電池陸續(xù)裝車,布局半固態(tài)電池技術(shù)的車企包括傳統(tǒng)燃油車及新能源汽車巨頭,蔚來、賽力斯、上汽等車企紛紛與固態(tài)電池廠商展開合作致力于半固態(tài)電池的量產(chǎn)裝車。


國際方面,日韓集中于硫化物全固態(tài)電池方向,除LG外,其他企業(yè)在半固態(tài)電池領(lǐng)域暫無明確布局計劃。歐美各企業(yè)固態(tài)電池路線各異,主要以新興固態(tài)電池公司為主,代表性公司有Quantum Scape和Solid Power。而在半固態(tài)電池領(lǐng)域,目前只有美國的Quantum Scape,F(xiàn)actorial Energy以及24M Technologies企業(yè)有明確布局,其他企業(yè)均以全固態(tài)電池技術(shù)路線為主。


半固態(tài)電池發(fā)展趨勢以及市場預(yù)測 針對半固態(tài)電池發(fā)展趨勢,《白皮書》分析稱,技術(shù)趨勢方面,半固態(tài)電池技術(shù)的發(fā)展趨勢主要集中在提高能量密度、降低成本、提高生產(chǎn)效率、增強安全性和改善循環(huán)壽命。生產(chǎn)工藝發(fā)展趨勢方面,為提升半固態(tài)電池生產(chǎn)效率、降低成本并增強市場競爭力,半固態(tài)鋰電池的生產(chǎn)工藝需從多個維度進(jìn)行深度優(yōu)化。


性能發(fā)展趨勢方面,半固態(tài)電池下一步的性能研究提升方向主要集中在提升電池能量密度、增強安全性以及改善循環(huán)壽命?,F(xiàn)有的量產(chǎn)半固態(tài)電池經(jīng)過測試,能量密度達(dá)到300Wh/kg的電池壽命可達(dá)到900次以上,溫度適應(yīng)范圍為-30°C~60°C,長壽命、超寬溫度適應(yīng)范圍的半固態(tài)電池在未來也將成為主流電池技術(shù)。


針對半固態(tài)電池市場前景與需求預(yù)測,《白皮書》指出,半固態(tài)電池作為液態(tài)電池與全固態(tài)電池之間的一種技術(shù)方案,已經(jīng)引起了業(yè)界的廣泛關(guān)注。其基于高安全性、與現(xiàn)有產(chǎn)線的高兼容性、工藝簡單、成本較低等優(yōu)點,先于全固態(tài)電池實現(xiàn)量產(chǎn)。半固態(tài)電池的商業(yè)化進(jìn)程正在加速,多家企業(yè)和研究機構(gòu)都在加速布局,搶占先機。


2024年被視為半固態(tài)電池裝車元年,目前來看,蔚來、上汽、廣汽等車企均已發(fā)布半固態(tài)電池方案并部分實現(xiàn)裝車。通過中國汽車動力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟統(tǒng)計的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),2024年初以來,我國半固態(tài)電池的裝車量公布的數(shù)據(jù)顯示,半固態(tài)電池6月份的裝車量為532.9MWh,環(huán)比增長10.4%;1-6月累計裝車量為2154.7MWh。半固態(tài)裝車產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程正在加速進(jìn)行,各整車企業(yè)與電池廠均已開始積極布局相關(guān)技術(shù)以促進(jìn)半固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化。


隨著新能源汽車產(chǎn)銷量的持續(xù)上升,我國半固態(tài)電池行業(yè)需求規(guī)模也在穩(wěn)定地增長。依據(jù)相關(guān)機構(gòu)數(shù)據(jù)統(tǒng)計,2022年中國半固態(tài)電池在新能源汽車領(lǐng)域需求量為0.2GWh,滲透率為0.1%,隨著半固態(tài)電池技術(shù)不斷發(fā)展以及新能源汽車需求的不斷增加,預(yù)計到2026年半固態(tài)電池需求量將增長到23.75GWh,滲透率將接近5%,增長勢頭迅猛。半固態(tài)電池的前景預(yù)測較為樂觀,預(yù)計將在未來幾年內(nèi)實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用,半固態(tài)電池以其獨特的優(yōu)勢和未來技術(shù)的不斷進(jìn)步,其在未來的動力電池市場中將占據(jù)重要地位,有望成為新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵推動力量。


國內(nèi)外全固態(tài)電池領(lǐng)域典型企業(yè)進(jìn)展 全固態(tài)電池基于電解質(zhì)體系的不同進(jìn)行分類,可以分為氧化物全固態(tài)電池、硫化物全固態(tài)電池、聚合物全固態(tài)電池;鹵化物固態(tài)電解質(zhì)近幾年也受到了廣泛關(guān)注,基于鹵化物固態(tài)電解質(zhì)的電池已經(jīng)成為全固態(tài)電池的第四個研發(fā)方向。全固態(tài)電池是下一代電池技術(shù)發(fā)展的重要領(lǐng)域,被世界各主要國家和地區(qū)列為重要的戰(zhàn)略研發(fā)方向,如中國、美國、歐盟、日本、韓國等均對固態(tài)電池的發(fā)展進(jìn)行了戰(zhàn)略規(guī)劃。


氧化物全固態(tài)電池方面,當(dāng)前氧化物固態(tài)電解質(zhì)商業(yè)化技術(shù)路線尚未明確,各大公司正不斷增加研發(fā)投入,氧化物固態(tài)電解質(zhì)規(guī)?;钠髽I(yè)主要有天目先導(dǎo)、藍(lán)固新能源、贛鋒鋰業(yè)、上海洗霸等。


硫化物全固態(tài)電池方面,全球企業(yè)正積極投身于硫化物基全固態(tài)電池的開發(fā)與推進(jìn)中,視全固態(tài)電池技術(shù)為下一代電池技術(shù)競爭的核心焦點與戰(zhàn)略高地,競相搶占這一領(lǐng)域的先機。從全球固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)的布局視角審視,中國展現(xiàn)出最為活躍的參與態(tài)勢,匯聚了眾多傳統(tǒng)電池巨頭、新興初創(chuàng)企業(yè)以及整車制造商等多元化力量。緊隨其后的是日本,以其深厚的技術(shù)底蘊在固態(tài)電池領(lǐng)域占據(jù)技術(shù)領(lǐng)先地位。美國方面,則以一系列富有創(chuàng)新精神的初創(chuàng)企業(yè)為主導(dǎo)力量。歐洲則呈現(xiàn)出車企與美國初創(chuàng)企業(yè)緊密合作的特色模式。至于韓國,盡管參與企業(yè)數(shù)量相對較少,但每一家都展現(xiàn)出強大的競爭力與實力。


聚合物全固態(tài)電池方面,法國Bolloré子公司Blue Solutions最早將聚合物基全固態(tài)電池量產(chǎn),應(yīng)用于其母公司Bolloré的共享電動汽車Blue Car,隨后在2019年與法國戴姆勒公司簽訂固態(tài)電池PACK開發(fā)協(xié)議。但由于其全固態(tài)電池需要加熱至50-60℃時才能夠使用,因此難以在乘用車上使用。太藍(lán)新能源開發(fā)了氧化物-聚合物復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)獨有制備工藝,通過工藝優(yōu)化迭代,實現(xiàn)了聚合物固態(tài)電解質(zhì)與氧化物固態(tài)電解質(zhì)的協(xié)同作用,制備出超薄復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)膜,并成功應(yīng)用于全固態(tài)電池的開發(fā),改善了電池的循環(huán)性能。國內(nèi)衛(wèi)藍(lán)新能源布局固液混合電池,如無人機電池、儲能電池、汽車動力電池等,且以打造核心技術(shù)平臺為基礎(chǔ),主要集中于原位固態(tài)化技術(shù)、復(fù)合金屬鋰技術(shù)、固態(tài)電解質(zhì)技術(shù)等領(lǐng)域的研究。根據(jù)對其專利分析推測,衛(wèi)藍(lán)新能源全固態(tài)電池技術(shù)以有機/無機復(fù)合路線為主,通過聚合物固態(tài)電解質(zhì)原位聚合的方法增強正極內(nèi)部界面接觸。清陶能源以有機/無機復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)為技術(shù)路線,其中無機部分采用氧化物或者鹵化物材料,與聚合物材料復(fù)合,制備具有較高室溫鋰離子電導(dǎo)率的復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)膜材料,根據(jù)其專利分析正極采用的是氧化物包覆活性材料方案,其采用的生產(chǎn)工藝為轉(zhuǎn)印法。


鹵化物全固態(tài)電池方面,有研廣東院固態(tài)電池研發(fā)中心致力于創(chuàng)新與突破,專注于鹵化物固態(tài)電解質(zhì)體系和干法成膜技術(shù)的研究。該中心成功開發(fā)了一系列成本效益高、電壓平臺高、離子導(dǎo)電性能優(yōu)異的鹵化物電解質(zhì)材料。通過建設(shè)鹵化物固態(tài)電解質(zhì)生產(chǎn)線和干法電極中試線,實現(xiàn)了高活性物質(zhì)含量、高負(fù)載干法正極極卷以及超薄鹵化物電解質(zhì)膜的量產(chǎn)。此外,該中心正致力于開發(fā)基于鹵化物的高能量密度全固態(tài)軟包電池,具備從5至60 Ah全固態(tài)電池軟包的制備能力。億緯鋰能公司則采取了硫化物和鹵化物復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)的策略,預(yù)計到2026年將實現(xiàn)生產(chǎn)工藝的重大突破,并推出新一代全固態(tài)電池。該公司的目標(biāo)是在2028年推出能量密度達(dá)到400 Wh/kg的全固態(tài)電池。弗迪電池公司則從終端用戶的實際需求出發(fā),研發(fā)了結(jié)合硅基負(fù)極與硫化物全固態(tài)電池的技術(shù)方案,旨在實現(xiàn)高能量密度與高安全性能的結(jié)合。對于目前存在的技術(shù)短板,弗迪電池已經(jīng)制定了明確的解決方案,顯示出一定的商業(yè)化潛力。在技術(shù)路線的選擇上,弗迪電池考慮將鹵化物復(fù)合電解質(zhì)作為其技術(shù)儲備之一。


全固態(tài)電池發(fā)展趨勢以及市場預(yù)測 針對全固態(tài)電池發(fā)展趨勢,《白皮書》顯示,現(xiàn)階段全固態(tài)電池技術(shù)仍未實現(xiàn)量產(chǎn),不同路線的技術(shù)均有公司進(jìn)行布局開發(fā),不同的技術(shù)均有各自的發(fā)展前景。近年來,在新能源汽車市場的推動下,全球固態(tài)電池出貨量正持續(xù)增長。2023年全球固態(tài)電池出貨量約為1GWh,主要以半固態(tài)電池為主。在全固態(tài)電池實現(xiàn)規(guī)?;慨a(chǎn)之前,半固態(tài)電池的漸進(jìn)式路線將率先走向商業(yè)化。由于短期內(nèi)材料與成本依然較高,我們預(yù)計車規(guī)領(lǐng)域一些高端或特定需求的電動車型會接受一定溢價,搭載(半)固態(tài)電池,到2030年動力電池中固態(tài)電池滲透。

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