2021年中国固态电池行业市场现状及发展前景分析 蔚来“ET7”再燃起固态电池火热度

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20 蔡志濠 • 2021-01-14 09:00:53  来源:前瞻产业研究院 E8180G1

固态电池是是未来锂电的发展方向,2021年1月9日,蔚来汽车发布的新型电动轿车车型ET7采用了高能量密度360wh/kg的固态电池,引起业界关注。

蔚来新车型燃起固态电池火热度

2021年1月9日,蔚来汽车发布了新型电动轿车车型ET7,其中一大亮点在于ET7采用了固态电池技术,具备超高能量密度360wh/kg,续航超过1000公里。蔚来“ET7”新车型号采用的固态电池能量密度超过北汽EU260、北汽样车、哪吒U等。蔚来“ET7”新车型再度燃起固态电池的火热度。

图表1:蔚来ET7固态电池密度与北汽、哪吒U对比(单位:wh/kg)

固态电池是未来锂电的发展方向

固态电池是指采用固态电解质的锂离子电池,其本质上仍是锂电池,仅将电解液与隔膜替换为固态电池质。与传统锂电池相比,固态电池具备更高的能量密度以及更强的安全性,同时能够克服稳定性差和充电效率低的问题。

图表2:固态电池较传统锂电池的优势

从锂电池技术发展的路径来看,全固态是未来锂电的发展方向。目前液态锂电池能够实现的能量密度已近极限。而使用全固态锂电池能量密度具备突破500wh/kg的潜力。

图表3:动力锂电池发展路径

目前处在的阶段

目前,全固态电池分为三大技术路径,分别是聚合物全固态电池、氧化物全固态电池和硫化物固态电池。聚合物全固态电池耐受高电压、安全性好,但是电解质片易脆裂、界面电阻高、大容量电芯制造难度大。氧化物全固态电池基本适应高电压离子,导电率最高,但是固固接触持续变差、空气敏感(成本高)。硫化物固态电池易于加工,可制备大容量电芯,但是温度范围较窄,一般在60-85摄氏度。

旺财锂电 图表4:三大全固态电池优劣势对比分析

固态电池商业化仍需时日

不过,目前全球固态电池技术还不成熟,固态电池存在固-固界面接触难题,内阻较大,循环性能、倍率性能差。与液态电解液相比,固态电解质的电导率/锂离子迁移率低1-2个数量级,电导率低,全电池阻抗大,导致循环性能、倍率性能差。电极材料在充电时膨胀,放电时受挫,液态电解液一电极(液体一固体)接触相对较好,而固态电解质一电极(固体一固体)难以保持长期稳定的接触,并加大了固体电解质破裂或分离的可能,电池内阻较大。

图表5:固态电解质与液态电解液的电导率对比

同时,固态电池加工工艺流程较多,存在加工工艺难度大的问题。硫化物固态电解质对生产环境要求苛刻,需隔绝水和氧气,加工工艺和大规模量产技术尚未解决。另一方面,固态电池生产成本多为生产过程成本。根据国际新能源网数据显示,固态电池生产过程成本占比超50%,而锂离子电池的生产过程成本仅为20%-30%;银碳层大规模生产所需的贵金属纳米银成本较高。因此,要实现固态电池商业化仍需时日。

图表6:固态电池工艺流程

图表7:固态电池存在的问题分析

全球参与主体较多

目前,中国、美国、日本、韩国、英国等国家的研究机构和企业都在积极研发固态电解质。布局的固态电池企业分为三大类,一类为创业型企业,如QuantumScape、Solid Power、辉能等,电池企业CATL、三星SDI等,车企如丰田等,这些企业选择的技术体系也不相同,Bollore、IMEC选择固态聚合物;TDK(MLCC)、辉能选择氧化物体系;QuantumScape兼顾三大技术体系;CATL则选择硫化物体系。但是,整体来看,全球范围对全固态电池的量产时间预计至少在2025年以后。

图表8:全球参与开发固态电池技术的企业及机构一览

图表9:固态电池部分参与者固态电池技术路径及量产情况

车企通过注资锂电池制造企业入局

近年来,我国车企通过注资锂电池制造企业布局固态电池,如北汽、上汽、广汽均先后参与了清陶能源的融资,而一汽在2020年4月参与辉能科技D轮融资。

图表10:车企投资锂电池制造厂商重点事件汇总

无论如何,蔚来发布的新车型ET7让固态电池的关注度进一步提升。锂电池制造厂商在2025年后实现固态电池量产值得大众期待。

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