從 Fisker 宣稱開發充電 1 分鐘行駛 500 公里的固態電池,到寶馬已與 SolidPower 進行合作開發下一代電動車用固態電池,再到豐田又宣稱將在 2025 年前實現全固態電池的實用化。

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隨著全球電動車浪潮席卷,關于固態電池的新聞越來越多:從 Fisker 宣稱開發充電 1 分鐘行駛 500 公里的固態電池,到寶馬已與 SolidPower 進行合作開發下一代電動車用固態電池,再到豐田又宣稱將在 2025 年前實現全固態電池的實用化。作為下一代電池技術的代表,固態電池引發市場高度關注。

本期的智能內參,我們推薦來自華創證券的研究報告,闡述固態電池的原理、發展歷程以及產業現狀。

固態電池——后鋰電時代必經之路

固態電池具有發展的必然性。 固態電池采用不可燃的固態電解質替換了可燃性的有機液態電解質,大幅提升了電池系統的安全性, 同時能夠更好適配高能量正負極并減輕系統重量, 實現能量密度同步提升。在各類新型電池體系中, 固態電池是距離產業化最近的下一代技術,這已成為產業與科學界的共識。

固態電池產業化階段尚處早期,但有望在未來超速發展。 我們對固態電池各體系的開發進度進行了詳細的梳理并比較了不同的技術路徑現狀。 當前已實現小部分商業化的固態電池產品對比傳統鋰電暫未形成足夠的競爭優勢,而未來固態電池將走階段發展的路線,從特殊領域逐漸往動力電池過渡, 并且隨著國際巨頭的加速布局,固態電池將進入發展的快速軌道。

2018 年, 政策持續調整, 新能源汽車產業鏈正逐漸進入比拼硬實力的健康成長通道。新能源車的出現,一開始便是作為替代者的身份存在,支撐它發展是其足夠與傳統行業競爭的商品屬性。 固態電池, 則是新能車發展藍圖上的必經階段, 它有望作為一項關鍵技術為行業的未來保駕護航,他的產業化進程也值得我們重點跟蹤關注。

傳統液態鋰電不會是動力電池的技術終點

1、傳統動力電池體系難以滿足 10 年后的能量密度需求

眾所周知,動力電池直接對應新能車產品的性價比,而能量密度是動力電池的關鍵指標。我國電動車市場正經歷由“政策驅動”向“政策助跑”的轉換,政策對于鋰電產業能量密度提升的導向已經明確,補貼直接與能量密度掛鉤并不斷提高門檻。工信部頒布的《中國制造 2025》指明:“到 2025 年、 2030 年,我國動力電池單體能量密度分別需達到 400Wh/kg、 500Wh/kg?!?指標分別對應當前乘用車動力電池單體平均水平 170Wh/kg 的 2-3 倍。

固態電池

▲當前動力電池單體能量密度與各項政策指標仍有較大差距

為了理清 400-500Wh/kg 對于動力電池能量密度的概念,我們對鋰離子電池技術的迭代路徑進行了梳理,我國正位于第二代向第三代鋰電發展的過程中。正極材料的選擇上,我國已由磷酸鐵鋰轉向三元,并逐漸向高鎳三元發展。負極材料當前產業化仍集中于石墨材料,未來也在向硅碳負極進行過渡。據推算,當前采用的高電壓層狀過渡金屬氧化物和石墨作為正負極活性材料所組成的液態鋰離子動力電池的重量能量密度極限約為 280Wh/kg 左右。引入硅基合金替代純石墨作為負極材料后,鋰離子動力電池的能量密度有望做到 300Wh/kg 以上,其上限約為 400Wh/kg。

2、安全問題關乎行業健康發展,難以徹底根除

可燃的液態有機電解液是電池自燃的幕后元兇。 新能源汽車銷量逐年增長卻伴隨著安全事故的增加,其中, 電池自燃占比事故原因的 31%。自燃的原因是由于鋰電池發生內部或者外部短路后,短時間內電池釋放出大量熱量,溫度極劇升高,導致熱失控。而易燃性的液態電解液在高溫下會被點燃,最終導致電池起火或者爆炸。

固態電池

▲國內新能源汽車安全事故年發生次數(例)

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