中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：固態(tài)電池近期消息不斷，一系列進(jìn)展都讓人感覺，其商業(yè)化腳步越來(lái)越近了。
2月7日，贛鋒鋰業(yè)(002460.SZ)控股子公司贛鋒鋰電宣布，搭載三元固液混合鋰離子電池的純電動(dòng)SUV賽力斯SERES 5計(jì)劃于2023年上市。
目前重慶贛鋒20GWh新型鋰電池科技產(chǎn)業(yè)園項(xiàng)目正在建設(shè)中，規(guī)劃建成國(guó)內(nèi)最大的固態(tài)電池生產(chǎn)基地；清陶能源15GWh動(dòng)力固態(tài)電池儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)基地落地成都市郫都區(qū)，首批半固態(tài)電池也將于近期正式下線。
海外來(lái)看，日產(chǎn)歐洲研發(fā)高級(jí)副總裁David Moss近日表示，日產(chǎn)已經(jīng)成功開發(fā)出全固態(tài)電池，目標(biāo)是2025年開始試生產(chǎn)，2028年生產(chǎn)一款由固態(tài)電池驅(qū)動(dòng)的全新電動(dòng)汽車。
固態(tài)電池真的香嗎？其成熟量產(chǎn)將對(duì)現(xiàn)行鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)生何種影響？又將催生哪些新興細(xì)分領(lǐng)域的機(jī)會(huì)？
固態(tài)電池真的香嗎？
大家為什么特別關(guān)注固態(tài)電池？究其原因，繞不開液態(tài)電池幾個(gè)不容忽視的瑕疵：第一，安全性沒有100%地解決；第二，冬天續(xù)航顯著下降；第三，充電耗時(shí)較長(zhǎng)。
而固態(tài)電池把容易燃燒的液態(tài)電解質(zhì)轉(zhuǎn)換為不易燃燒的固態(tài)電解質(zhì)，擁有更為穩(wěn)定的電解質(zhì)機(jī)械和化學(xué)特性，靜態(tài)及循環(huán)壽命大幅提升。相比傳統(tǒng)鋰電池250Wh/kg的能量密度，固態(tài)電池能量密度目前已經(jīng)接近400Wh/kg，優(yōu)勢(shì)顯著。
美國(guó)固態(tài)電池初創(chuàng)公司QuantumScape曾稱，其研發(fā)的固態(tài)電池未來(lái)量產(chǎn)后最高續(xù)航達(dá)到2000公里，15分鐘可以充滿80%，使用壽命超過(guò)100萬(wàn)公里。簡(jiǎn)而言之，戰(zhàn)斗力持久，回血快，壽命長(zhǎng)。
目前，全球企業(yè)都在加大固態(tài)鋰電池方面的研發(fā)布局。據(jù)中研普華研究報(bào)告顯示，豐田、寶馬、大眾、三星等巨頭企業(yè)都投入了大量資金用于固態(tài)電池研究，望其成為電動(dòng)汽車取代燃油汽車的制勝利器。市場(chǎng)需求方面，據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，到2030年，全球固態(tài)電池需求有望達(dá)到500GWh，保守估計(jì)將形成3000億元以上的市場(chǎng)規(guī)模。
半固態(tài)電池商業(yè)化轉(zhuǎn)折點(diǎn)漸至
依據(jù)電解質(zhì)分類，鋰電池可分為液態(tài)、半固態(tài)、準(zhǔn)固態(tài)和全固態(tài)四大類，其中半固態(tài)、準(zhǔn)固態(tài)和全固態(tài)三種統(tǒng)稱為固態(tài)電池。
光大證券電新首席分析師殷中樞認(rèn)為，固態(tài)電池在迭代過(guò)程中，液態(tài)電解質(zhì)含量將從20wt%降至0wt%，電池負(fù)極的鋰含量逐步增加直至替換為金屬鋰片，電池密度有望逐步提升至500Wh/kg。
目前，全固態(tài)電池尚有技術(shù)難點(diǎn)有待突破，比如固態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率遠(yuǎn)低于液態(tài)電解質(zhì)，這使得電池內(nèi)阻明顯增大、電池循環(huán)性變差、倍率性能變差等。另一方面，高昂的成本也是制約全固態(tài)電池商業(yè)化的因素，當(dāng)前液態(tài)鋰電池的產(chǎn)業(yè)鏈非常成熟，可以用低廉的成本生產(chǎn)出性能較好的鋰電池。
半固態(tài)電池由此成為液態(tài)電池向全固態(tài)電池過(guò)渡的產(chǎn)品。與液態(tài)電池相比，半固態(tài)電池的材料體系變化較小，仍然會(huì)使用隔膜與液態(tài)電解液，僅通過(guò)減少液態(tài)電解質(zhì)含量在一定程度上提升電池比能量和安全性，其制備方法大部分沿用傳統(tǒng)鋰離子電池工藝與裝備技術(shù)。
公開資料顯示，2022年以來(lái)一批領(lǐng)先的半固態(tài)電池企業(yè)先后發(fā)布車規(guī)級(jí)電池，隨后蔚來(lái)發(fā)布ET7、東風(fēng)發(fā)布E70、嵐圖發(fā)布追風(fēng)等搭載半固態(tài)電池的車型，市場(chǎng)普遍預(yù)計(jì)半固態(tài)電池的商業(yè)化轉(zhuǎn)折點(diǎn)會(huì)在2024~2025年。
“半固態(tài)-固態(tài)”推動(dòng)關(guān)鍵材料體系創(chuàng)新
從終局來(lái)看，固態(tài)電池會(huì)是鋰電池的最終迭代產(chǎn)品，其對(duì)鋰電池中游產(chǎn)業(yè)鏈的格局影響較大，固態(tài)電解質(zhì)的應(yīng)用將會(huì)取代隔膜以及電解液環(huán)節(jié)。
作為固態(tài)電池的核心，固態(tài)電解質(zhì)主要分為三種：聚合物、氧化物與硫化物。三種體系各有優(yōu)劣勢(shì)，目前國(guó)內(nèi)和歐美多為氧化物電解質(zhì)體系，而日韓則專攻硫化物。
據(jù)某固態(tài)電池領(lǐng)域?qū)＜医榻B，聚合物固態(tài)電池在生產(chǎn)設(shè)備上與目前電池存在一定兼容性，但在電導(dǎo)率、機(jī)械強(qiáng)度等各類指標(biāo)上均弱于氧化物和硫化物電池，只能作為添加材料與氧化物和硫化物做復(fù)合類電解質(zhì)。無(wú)機(jī)物(氧化物+硫化物)固態(tài)電池具備更大的開發(fā)潛力。
公開資料顯示，清陶能源、衛(wèi)藍(lán)新能源、贛鋒鋰業(yè)、QuantumScape均以氧化物固態(tài)電解質(zhì)體系為主(按重量占比)。
氧化物固態(tài)電解質(zhì)由快離子導(dǎo)體、粘結(jié)劑和鋰鹽組成：快離子導(dǎo)體最常見的是鋰鑭鋯氧(LLZO)、鋰鑭鋯鈦氧(LLZTO)，晶體結(jié)構(gòu)為石榴石型，快離子導(dǎo)體約占固態(tài)電解質(zhì)總質(zhì)量的80%；粘結(jié)劑常見為PVDF、PTFE等，約占固態(tài)電解質(zhì)總質(zhì)量的5%，鋰鹽常見為L(zhǎng)iTFSI(雙三氟甲基磺酰亞胺)，約占固態(tài)電解質(zhì)總質(zhì)量15%。
根據(jù)高工鋰電的數(shù)據(jù)，1Gwh半固態(tài)電池LiTFSI的用量為214噸，LLZTO的用量約為43噸。值得注意的是，這是固態(tài)電池里純新增的物質(zhì)。
LLZO由氫氧化鋰、氧化鑭、氧化鋯混合燒結(jié)成的，氧化鋯約占LLZO燒結(jié)前質(zhì)量的25%，氧化鑭約占45%，氫氧化鋰約占35%。以此推算，氧化鋯約占氧化物固態(tài)電解質(zhì)的質(zhì)量為20%。不過(guò)，前述固態(tài)電池領(lǐng)域?qū)＜抑赋?，由于絕大部份氧化物半固態(tài)電池都需要構(gòu)建一層陶瓷隔膜，材料還是LLZO，所以綜合來(lái)看，整個(gè)固態(tài)電池中氧化鋯的用量絕不僅于此。
但考慮到從鋯礦到電池級(jí)氧化鋯，加工過(guò)程并沒有什么技術(shù)難度，擴(kuò)產(chǎn)難度較低，氧化鋯的加工環(huán)節(jié)很難在固態(tài)電池量產(chǎn)的過(guò)程中獲得超額利潤(rùn)。
參考鋰電池。在電動(dòng)汽車爆發(fā)的過(guò)程中，從整車廠到鋰電池，整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈條都在給最上游鋰礦打工——也由此產(chǎn)生了天齊鋰業(yè)這樣的巨頭。以同樣的邏輯來(lái)看固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)鏈，未來(lái)的核心大概率會(huì)集中到最源頭的鋯礦。畢竟，加工廠可以隨意擴(kuò)產(chǎn)，但鋯礦是有限的，漲價(jià)也是一定的。
上市公司中，東方鋯業(yè)(002167.SZ)2021年收購(gòu)布局高附加值鋯產(chǎn)品維納科技。公司在2022年10月接受機(jī)構(gòu)調(diào)研時(shí)表示，高純超細(xì)二氧化鋯出貨量從2019年度的100多噸到2020年400多噸、2021年度的780噸，已實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定供貨并逐年增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)2022年度銷量達(dá)到1000噸左右。
瑞泰新材(301238.SZ)則是目前A股市場(chǎng)唯一可以量產(chǎn)LiTFSI的公司，鋰離子電池電解液添加劑現(xiàn)有產(chǎn)能共計(jì)487.5噸。
固態(tài)電池封裝有望推升鋁塑膜需求
在3C消費(fèi)電子領(lǐng)域，軟包可謂一枝獨(dú)秀。而在新能源汽車領(lǐng)域，鋰離子電池目前還是以方殼與圓柱為主，全球范圍內(nèi)動(dòng)力電池中軟包占比只有20%左右，國(guó)內(nèi)僅有10%不到，然而隨著未來(lái)固態(tài)電池的發(fā)展，軟包將會(huì)徹底扭轉(zhuǎn)這一趨勢(shì)。
無(wú)機(jī)物(氧化物+硫化物)固態(tài)電池更適用軟包封裝，也是目前企業(yè)主流選擇。
與傳統(tǒng)液態(tài)鋰離子電池相比，固態(tài)電池去掉了PE/PP隔膜等柔性膜，極組整體硬脆且缺乏彈性。若采用圓柱或方形這類金屬硬質(zhì)外殼的封裝方式，硬殼與固態(tài)極組之間容易擠壓、碰撞而導(dǎo)致極組碎裂，鋁塑膜軟包作為能量密度最高的封裝方式，跟固態(tài)鋰電芯高能量密度的特點(diǎn)完美契合。
數(shù)據(jù)顯示，鋁塑膜占整個(gè)軟包電池總成本的10%左右，目前1GW動(dòng)力電池需120萬(wàn)平米的鋁塑膜。業(yè)內(nèi)普遍預(yù)計(jì)，固態(tài)電池的發(fā)展將會(huì)大幅提高鋁塑膜的需求。
由于技術(shù)壁壘高，2020年日韓廠商占據(jù)全球70%以上的鋁塑膜市場(chǎng)份額，國(guó)產(chǎn)廠商份額低于30%，且由于動(dòng)力領(lǐng)域?qū)Π踩砸蟾?、?yàn)證周期更長(zhǎng)，目前國(guó)內(nèi)廠商銷售普遍集中于中低端消費(fèi)電子領(lǐng)域，動(dòng)力領(lǐng)域仍有待國(guó)產(chǎn)突破。
公開數(shù)據(jù)顯示，2021年新綸新材(002341.SZ)動(dòng)力類鋁塑膜國(guó)內(nèi)市占率約75%，鋁塑膜現(xiàn)有產(chǎn)能800萬(wàn)方/月，規(guī)劃產(chǎn)能1400萬(wàn)方/月；紫江企業(yè)(600210.SH)現(xiàn)有鋁塑膜產(chǎn)能3700萬(wàn)方/年，規(guī)劃產(chǎn)能13000萬(wàn)方/年，動(dòng)力電池鋁塑膜占總產(chǎn)能55%；海順新材(300501.SZ) 2022年10月發(fā)行可轉(zhuǎn)債投資鋁塑膜項(xiàng)目，規(guī)劃產(chǎn)能12000萬(wàn)方/年，動(dòng)力電池類6000萬(wàn)方/年。公司預(yù)計(jì)2022年實(shí)現(xiàn)營(yíng)收10億元，未來(lái)動(dòng)力類鋁塑膜占營(yíng)收比例超過(guò)50%。
本文不構(gòu)成任何投資建議，投資者據(jù)此操作，一切后果自負(fù)。市場(chǎng)有風(fēng)險(xiǎn)，投資需謹(jǐn)慎。
