近日,辉能科技宣布固态电池生产线已正式投产,其固态电池的样品已发到各大新能源车企进行测试、开发模块。
此前,中国全固态电池产学研协同创新平台已在北京揭牌,中国电动汽车百人会(下简称百人会)理事长陈清泰指出,没有电池方面的领先地位就不可能有新能源汽车的领先地位。固态电池技术具有较高理论能量密度和高安全性,是最具前景的下一代电池技术。目前,各国均在积极布局以期抢占先机。辉能科技投产的固态电池生产线,为全球首条,意义非凡。
单就市场潜力方面来看,固态电池可谓未来 “风口”。华泰证券研报称,2030年全球固态电池市场空间将超3000亿元。百人会副理事长兼秘书长张永伟也指出,固态电池等新一代电池的竞争格局远未形成,各市场主体仍有新的发展机会。
如何看待固态电池的地位,如何掘金3000亿元的未来市场风口?车百智库近期发布的调研报告《全固态电池有望引领新一轮电池革命》(下简称百人会研报)给出了充分分析与论证。
或颠覆整个行业
据百人会研报,固态电池是指电池单体中只含有固体电极和固态电解质,不含有任何液态电解质、液态溶剂、液态添加剂的锂二次电池。
相较于液态锂离子电池,全固态电池具有如下优势:
高安全性:固态电池采用无机不可燃电解质,热稳定性好;高能量密度。固态电池可以采用双极板结构,兼容金属锂等高容量正负极材料,能量密度有望突破 500Wh/kg。
高功率特性:固态电解质具有的离子跳跃输运机制,使得离子电导率和锂离子迁移数高,从而可以提升快充性能,匹配电动汽车需求。据媒体报道,辉能科技此次生产的固态电池是大型锂陶瓷电池(LLCB),其在性能方面可做到充电12分钟可达80%的电量,且在充满电状态下,可实现电动汽车超1000km的续航里程。
好的温度适应性:在-30℃~100℃宽温域内,固态电解质不凝固不气化。固态电解质的稳定性可以减缓电池中的失活和退化过程,不仅可以延长电池的使用寿命,还能阻止金属锂的电极枝晶生长,减少电极的体积膨胀和损坏,提高电池的循环稳定性。辉能科技此次生产的固态电池充放电循环寿命超1000次,就算在-30℃极寒天气下也不惧影响,能保持电量的出色续航。
材料选型范围广:电压窗口宽、耐高电压稳定性好,可以匹配高电压正极等材料。
对于固态电池的地位,百人会研报指出,其在产品性能上具备“技术颠覆”的潜力。
具体来看,当前液态锂离子电池能量密度已接近上限(约 350Wh/kg),且由于有机电解液存在热失控风险,已难以满足社会对动力电池不断提高的性能要求。而固态电池技术具有的较高理论能量密度和高安全性,具有解决目前液态锂离子电池技术瓶颈的潜力,是动力电池产业发展的重要方向之一,已经被很多专业人士视为最具前景的下一代电池技术。工信部装备工业一司副司长郭守刚表示,以全固态电池为代表的新一代动力电池已成全球动力电池产业未来发展的重要方向。而国联证券则认为,固态电池是电池“终极形态”。
目前已有的四种固态电池技术路线:硫化物固态电池、氧化物固态电池、聚合物固态电池、卤化物固态电池。
硫化物固态电池由于具有离子电导率高、固固接触好等优点,成为国际上固态电池研发的主要技术路线;氧化物和聚合物固态电池由于离子电导率偏低,研发重心逐渐转向固液混合;卤化物固态电池耐高电压、能量密度高,有一定潜力,但还在实验验证阶段。
成为竞争制高点
固态电池技术路线,对于中国的新能源汽车发展意义重大。
陈清泰表示,十多年来,我国在新能源汽车领域一直处于全球领先地位,其中一个重要的原因是我国储能电池技术和产业方面处于领先地位,换言之,没有电池方面的领先地位就不可能有新能源汽车的领先地位。“固态电池的突破带有很强的颠覆性,我国能否能够顺利闯过固态电池技术和量产的关口,这是确保我国实现汽车强国、保持全球领先地位的关键一战。” 百人会研报也认为固态电池正成为新一代电池产业竞争制高点。
中长期来看,日、韩、欧、美等国,都在加速固态电池的研发布局。张永伟表示,美国计划到2030年实现固态电池和锂金属电池规模化量产;日本计划到2030年实现全固态电池量产;韩国将在2023-2028年投入3066亿韩元,争取提前实现固态电池、锂硫电池、锂金属电池商业化应用;欧盟已批准向参与电池项目的7个成员国提供32亿欧元援助,以支持电池技术研究和项目创新。
相较于日韩全固态电池专利布局全球领先,我国固态电池的竞争力并不强。根据全球全固态电池专利统计数据,前三名均由日本企业占据,其中丰田高居首位,专利申请数超过 1200 件,是第二名松下控股的3 倍左右;韩国三星电子和 LG 化学也在迅速追赶,其专利数与第三名出光兴产相差不大。
我国对固态电池产业进行了一系列推动。自2020 年起,我国首次将固态电池列入行业重点发展对象并提出加快研发和产业化进程,2023年则进一步提出加强固态电池标准体系研究。而且,近年来,我国的锋锂新能源、清陶能源、蜂巢能源等多家电池企业都在加强投入。
但是,我国与国际领先企业相比仍有较大差距。截至 2023 年 10 月,我国全固态电池专利数排名前五的企业,专利数量合计约为丰田的 1/4,需要加大追赶力度。
掘金3000亿市场
我国发展固态电池,真正的“敌人”是我们自身。
从供给角度看,我国已基本构建了完整的液态锂离子电池产业生态,涵盖从上游矿产资源、材料制造、电池生产、整车应用到回收利用等各个环节。液态锂离子电池主要供应链已实现自主可控。若发展固态电池,将对现有电池全生命周期产业链造成不小的冲击,从核心固态电解质原材料的供应,到与之适配的各种应用终端,均需行业形成新的共识。
而且,国内电池企业这两年盈利压力增大,研发投入力度下滑,因此更关注渐进性技术,对固态电池产业化的投入不大。
从需求侧来看,面对 2023 年激烈的市场竞争,电池的需求方——新能源汽车企业大多增收不增利。在此背景下,对占整车成本约 40%、决定整车关键性能的动力电池,大多数车企更倾向于采用技术成熟、性价比高的产品,推动全新电池技术(如固态电池)装车应用的动力和余力均不足。
简而言之,我国的电池行业、整车制造行业都对液态锂离子电池技术路线产生了“路径依赖”,有可能沿着该技术路线一直发展下去,并且不断自我强化,而且轻易走不出去。
“路径依赖”的危害巨大,斯坦福大学教授保罗.戴维在其著作《技术选择、创新和经济增长》中讲述了“路径依赖”的理论:当有更为优良的技术出现时,很难割舍原有技术带来的丰厚利润,最终陷入恶性循环,难以自拔,被竞争对手超越。
因此,我国应居安思危,积极迎接国际新一轮电池技术挑战,做好固态电池的研发布局,防范因技术变革而导致的被赶超风险,以保持产业竞争领先地位。
陈清泰呼吁客观认识固态电池的特征,有针对性地加大研发投入是非常必要的。他指出,固态电池具有跨多学科的特征,需要跨领域、跨学科、跨产业链的协同攻关合作才能产生实质性效果。从某种意义上说,协同与合作是成功的关键。郭守刚也认为,固态电池急需产学研各方、上下游企业通力合作,以创新联合体、创新联盟等形式研究突破。
我国从现在开始大力发展固态电池,并不算晚。张永伟此前就曾表示,目前,固态电池等新一代电池的竞争格局远未形成,各市场主体仍有新的发展机会。而且,据中国电动汽车百人会副理事长、中国科学院院士欧阳明高,固态电池产业化突破的时间或将在2020年。因此,我国电池行业依然拥有参与竞争的窗口期。
发展固态电池,除了行业层面的重视外,关键在于企业家群体的创新。熊彼特认为经济发展的根本动力来自于企业家的创新,企业家就等于创新。如果停止了创新,企业还能够活着,是因为前面创新的惯性所致;不过,当企业家停止了创新,就不能称之为企业家。所以只有创新才有可能突破“路径依赖”,找到长足发展的第二条增长曲线。
包括电池行业在内的我国新能源汽车行业,不能有丝毫懈怠。如张永伟所言,新能源汽车行业只能越跑越快,它不给你提供停下来、慢下来、喘口气的机会。
固态电池的未来市场潜力巨大,十分值得广大企业进入该产业,并大力投入。中信证券的研报就表示,伴随着产业链降本和产业化程度提升,固态电池产业各环节将充分受益。华泰证券研报称,预计2030年全球固态电池市场空间将超3000亿元。
总之,广大企业家们掘金3000亿固态电池市场空间,不仅能获得较高的经济利益,更关系到我国新能源汽车产业的世界地位。