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2027!谁来打响全固态电池量产第一枪?

作者:Leon 来源:NE时代新能源 390905/18

从质疑到扛旗,宁德时代对于固态电池态度的转变,让我们有理由相信,箭在弦上不得不发。全固态、小批量,落地时间2027年,这是宁德时代的最新规划。在这时间线附近,一众电池企业开始摩拳擦掌。2027 !固态电池量产倒计时 日韩企业全固态电池量产时

标签: 固态电池 储能技术 储能电池

从质疑到扛旗,宁德时代对于固态电池态度的转变,让我们有理由相信,箭在弦上不得不发。

全固态、小批量,落地时间2027年,这是宁德时代的最新规划。

在这时间线附近,一众电池企业开始摩拳擦掌。

2027 !固态电池量产倒计时

日韩企业全固态电池量产时间规划在2027年至2030年间。

这其中,速度最快、配置最全的当属三星SDI。

早在2023年4月份“下一代电池研讨会”上,三星SDI大型电池部门负责人就曾公开表示,2023年下半年开始小规模电池生产与验证,2025年开发大型电池,2027年量产全固态电池。

今年3月,三星SDI给出最新固态电池样品。

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虽然没有更新最新的参数信息,但整体应该是按照全固态电池量产路线图走。

按照全固态电池量产线路图的规划,PRiMX ASB电池能量密度分别在450Wh/kg、900Wh/L左右;材料体系上,采用硫化物路线,正极NCA体系(Ni 94%),新型负极(无负极锂金属);应客户要求,将采用方形电池形式;容量上,做大电芯。

三星SDI目前正在开发的固态电池温域拓展到180-190℃之间,给电池材料留有更多安全空间。同时,电压下降的温度线也从130℃左右提升至170/180℃左右。此外,电压区间也相应有所提升。

此外,三星SDI已经在韩国自行建立全固态电池试验线,配备专用设备(全固态电池专用电极板、电解质工艺设备、电芯组装设备等),干法和湿法搭配应对不同材料。同时,三星SDI将会在韩国本土建立供应链,减少对中国等国家的依赖。

与三星SDI大包大揽不同的是,LG化学在自有技术储备的前提下,联合外部力量共同开发。关于全固态电池的量产规划,以圆柱电池的形式,基于氧化物和硫化物路线,氧化物全固态电池预计在2028年落地,能量密度将超过750Wh/L,锂金属负极将超过1000Wh/L;硫化物全固态电池将在2030年左右量产,能量密度超900Wh/L。

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SKI则更为直接,除了自研,还对外投资美国固态电池企业Solid Power(硫化物电解质),近期与其签订研发与开发许可、组装线建设和固态电解质供应的协议,以此加速全固态电池的量产。

在面向全固态电池的终极量产产品上,日系、韩系等电池企业及车企,量产时间基本上在2027年及以后。

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对比宁德时代、清陶、卫蓝等国内主流电池企业,量产时间线极其默契地定在2027年。

单从规划来看,国内电池企业量产全固态电池的时间会比日韩企业早。但是谁能最早落地、大规模量产,直至与液态电池分庭抗礼,随着宁德时代的加入,应该会有新的答案。

纵观本土与日韩企业,有一个很明显的差异是,后者步伐一致地选择硫化物路线、高镍三元正极、匹配不同负极,前者路线则相对分化且有所调整。

路线分化,是阻碍还是更多可能性?

 鉴于我们目前没有国家级的全固态电池路线,主要以重量能量密度为核心目标,2025年350Wh/kg,2030年400Wh/kg,2035年500Wh/kg。

在能量密度目标的驱动下,国内全固态电池路线众多,电解质以氧化物、聚合物和硫化物为主,正极富锂锰基、三元,负极硅碳、硅氧、锂金属。

在摸索阶段,部分企业发现,各技术路线之间并非是二元对立的关系。

以氧化物路线为例,作为很多固态电池企业的起家路线,在经历一番研发、试验过程之后,部分企业发现这种单一路线无法走到全固态程度,所以开始将聚合物与氧化物结合,匹配不同的正负极及其他技术,向全固态靠近。

硫化物路线中,与卤化物的结合也是部分企业的选择。因为卤化物抗氧化特性非常好,可以适应高压,硫化物适应低电压,把两种材料配合起来可以做成电化学窗口很宽的电池,进一步提升电压。

有人在摸索中靠近目标,有人定完路线开始集中火力迎面攻坚。

宁德时代在转变态度之后,旗帜鲜明地走硫化物路线,并且坚信硫化物将率先突破瓶颈,走向量产,搭配锂金属负极,实现安全与能量密度的双重提升。与日韩企业站在同一赛道,面对大致相当的目标量产时间。

不同的技术路线,在走向全固态的过程中难易程度存在差异,投入的研发成本与回报比例也不尽相同。

在整个社会资源分配有限的前提下,是在共同的性能目标下百花齐放、多线并进还是瞄准一种路线共同攻坚?

中科院院士欧阳明高在2024年CIBF同期论坛上表示,参照液态锂离子技术的发展历史来看,确立全固态电池技术路线非常重要。

在国外选择三元锂电池的时候,国内以比亚迪为首的企业果断切换磷酸铁锂路线,大规模推广应用,迅速占领市场。同样,在日韩企业选择软包和圆柱电池路线,宁德时代借方形电池突围,国内国外市场一把抓。

面向2027年量产目标,留给电池企业犹疑的时间基本无。路线分化的结果,要么在不同的时间点、不同领域各美其美,要么被淘汰出局。是阻碍还是更多的可能性,目前似乎没有标准答案。

在固态电池技术路线尚未完全明朗之前,产业化是个未知数。至此,液态锂离子电池依旧是主流。

所以在今后很长一段时间里,多线并进将成为常态。一方面继续发挥液态锂离子电池的优势,另一方面在全固态电池领域攻坚。

两种产品形态最后会不会互斥?

欧阳明高表示,就算全固态电池研发出来,2030年产业化,要想替代液态锂离子电池50%市场份额,至少需要二十到三十年。

但是,要在全固态电池对现有锂离子电池的替代上保持高度警惕。

0到1的突破

借鉴新能源汽车对燃油车的替代过程,2016年新能源汽车市占率达到1%的时候,全球开始向电动汽车转向。

不需要到50%,1%已经具有突破性意义。

但是从0到1,前无模仿者,后有技术、工艺设备、产业链、成本等多重壁垒。为了完成“0”的突破,进而无线逼近“1”的目标,势必要经历漫长的验证过程。

验证过程中,根据不同需求,匹配不同的方案。

目前国内准备量产装车的主要是固液混合的产品,主要思路就是根据应用场景的需求,在不同指标上做平衡。

以卫蓝给蔚来供应的150kWh半固态电池包为例,单体350Wh/kg,整包260Wh/kg,体积能量密度745Wh/L,从能量密度的指标来看已经远超目前的液态电池产品,所以150kWh电池包较为容易实现,满足蔚来对于长续航的需求。

同时,该电池包比蔚来100kWh电池包还轻,这对于电车来说,无疑是巨大的诱惑。

但是,这款电芯有一个明显的短板,循环次数只有600次。

虽然从卫蓝2024CIBF曝光的信息来看,循环次数已经升级至1000次,但依旧是踩线的水平。

按照液态电池的标准来看,明显这款半固态电池还有提升的空间,但为什么就是能装车?

因为这款电芯主要场景是换电,循环次数这一指标对于消费者来说敏感度很低。蔚来的核心诉求是长续航,低能耗是附加值,由循环次数增加的电池成本,被蔚来后置。

而对于卫蓝来说,正极采用超高镍、负极用硅碳复合材料,电解质采用氧化物+聚合物混合方案,沿用湿法工艺的方案,也是在考量蔚来的需求,然后平衡性能、成本、制造等多种因素,最后能进行量产的结果。

简言之,卫蓝根据蔚来的需求,给了一个能落地的半固态电池方案。

基于目标调整方案,然后验证方案的可行性。

正如上海上汽清陶能源科技有限公司总经理李峥所言,全固态电池产业化不可能一夜之间实现,无论是材料、工艺还是装备都是逐步提升和创新的过程,所以选择“半固态-准固态-全固态”的产业升级技术路径,逐步完成全固态电池产业地图。

从0到1,不仅需要产品形态上的探索,同样也需要多领域验证其不同指标的优势和落地的可能性。

不同领域,对离子导电率、加工性、安全性、成本、稳定的指标要求不尽相同。

有企业将固态电池延伸3C领域、航空航天等领域。目前国内宣传较早量产固态电池的企业——高能时代,表示已经完成最大容量20Ah的硫化物全固态电池A样开发,计划2024年年底量产5Ah以内小电芯。首选示范应用领域选在3C,对电芯容量需求低,循环寿命要求不高,价格相对不那么敏感。

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量产落地到不同领域,由此验证材料的可靠性、各项指标的提升空间、工艺设备的开发与成熟度,再逐渐往其他领域延伸,就是大部分新技术、新产品落地和打开市场的普遍方式之一。

无论是从其他领域切入,还是满足现有需求的过渡产品形态,最终的目的都是高安全、高能量密度的全固态。

作为欧盟、日韩、中国、美国的发展战略下一代电池的首选方案,全固态电池对于现有液态锂电池市场的颠覆,不仅是产品,而是整个产业链层面,从电解质、正极、负极、隔膜,再到工艺、设备各个阶段。

这种颠覆最终能否形成,什么时候形成,国内企业能否借此再度弯道超车?

静待花开。


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