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最强逻辑|固态电池专家交流纪要(20230209)

日期: 来源:逻辑驱动交易收集编辑:


1、行业进展:动力方面,以北京卫蓝、清陶、赣锋为代表,主推氧化物固态电解质(或聚合物复合)+NCM半固态体系(5-20%wt液态)。其中卫蓝360wh/kg产品有望2023H1装车蔚来,循环>800次。卫蓝以氧化物为基础(磷酸铝钛锂LATP),原位固态化技术解决离子导电率低的问题,聚合物复合解决氧化物脆的问题,同步硫化物研发储备。现有溧阳产能0.2GWh,湖州2GWh调试,淄博20GWh在建,目前验证进展到C样。

清陶在乘用车用得比较少,在消费电子,有小批量。以氧化物为主,添加了聚合物形成了复合电解质,再加上浸润液体,形成一种半固态电池的体系,实现260-300Wh/kg规模化量产。现有宣春产能1GWh,昆山10GWh项目开工建设,哪吒、北汽合作测试,预计Q3车端,和电池厂有合作。

宁德、孚能、国轩今年可能都会开始装车,岚图的追光者,最高版本应该用的是宁德的凝胶态电池;赣锋据说在跟东风小批量做试点,跟东风E70合作,是因为拿了一个国家的重点专项在做,实际商业化的进展好像还没有确定在哪里装车。

目前来看基本上都是倾向于把半固态先做出来,然后把它推向量产。包括宁德、孚能、国轩、蜂巢,基本上已经有产品开始慢慢出来了,应该在2023年年底就会有在车上应用的消息,目前可能亿炜和比亚迪稍微慢一点点。

2、固态电解质:依据固态电解质材料的不同,固态电池主要可分为聚合物、氧化物、硫化物固态电池。硫化物电解质当前工艺上存在较大难点:品质与良率偏低,且全流程管控、和惰性氛围要求导致成本高昂;氧化物+聚合物复合电解质方向,短期内具有更佳的应用前景。

(1)成本从目前来看,硫化物体系成本是相对来说比较高的,但是它的性能是目前最好的。所以要看这个体系什么时候能够量产的话,其实就是硫化锂的价格和产能如果说能够做起来,并且价格也会往下做的话,是一个关键的产业化节点;(2)而像锂镧锆氧或者氧化物这种体系,就是看怎么把电解质做薄,只有做薄了之后,能量密度才能做起来;(3)聚合物。聚合化物现在最大的一个挑战是怎么做出来,现在从实验室可以做出来,但要考虑怎么大量稳定的生产出来。因为它的吸湿性和空气稳定性相对来说会差点。

硫化物固态电池的优劣势。优势:(1)离子电导率比较高,可以做到液态差不多的水准,并且它整体的材料相对来说比较软,所以它跟负极接触相对来说比较好;(2)目前不考虑成本的话,仅仅从技术上讲这是最有希望量产的固态电解质。劣势:(1)在潮湿空气里面不稳定,会产生硫化氢气体,硫化氢是一种比较毒的气体;(2)整体的成本会比较贵,因为要合成这个硫化物电解质的话,就会用到硫化锂前驱体。硫化锂前驱体成本是非常贵的;(3)整体的倍率性在后面会有明显的衰减。

氧化物固态电池的优劣势。优势:(1)电导率是适中的;(2)相对比较便宜,和硫化物比便宜很多了,因为它基本上是锂、镧、锆、钛、氧这些元素,相对来说是比较便宜的。劣势:(1)电导率低了之后,带来的面电阻比较大,同时氧化物类似于是一个陶瓷体,所以要把它做得很薄的话,目前还是比较难。做不薄的话,整体的能量密度和体积电阻就会非常大;(2)做成陶瓷之后,因为陶瓷本身的硬度比较大,所以它跟正极负极接触不会很好,特别是在微观下会有很多个气孔,有气孔之后没有填充电解质就没办法传导锂离子的,所以这时候整体的性能也会非常差。

聚合物固态电池的优劣势。结合了硫化物和氧化物的一些优势:(1)电导率基本上比氧化物高,跟硫化物比会差一点;(2)整体的元素,一般像氯、锆这些元素相对来说成本还是比较可控的,合成相对来说也是比较简单。劣势:跟负极的接触不太稳定。
3、半固态技术路线:作为过渡路线,短期驱动因素为安全性改善,电解液的减少使得外部加热、冲击,以及内部短路造成热失控风险降低;同时半固态路线生产制造与现有软包产线兼容性高,切换方便,具备快速起量条件。工艺上增加原位固化工艺(将电解液凝胶化),关注相关标的【瑞泰新材】
4、全固态的开发,有望实现安全、体系及工艺方向的三重迭代,关注相关标的【高乐股份】【中自科技】。安全方面,根除软包胀气、极耳漏液两大痛点,软包铝塑膜有望受益【明冠新材】、【新纶新材】;体系方向,短期内半固态依旧沿用石墨或硅碳负极,预锂化处理可提高电池整体性能【天齐锂业】,全固态使用金属锂负极,倍率性能不再需要被特殊考虑;工艺方面,干电极技术的使用对粘结剂提出更高要求,关注PTFE厂商【东岳集团】

5、固态电池路线下的需求大增领域

①硅氧负极:负极这一侧往更高能量密度走,硅氧的添加比例也是逐渐走高,利好硅氧需求,特斯拉的4680也是利好负极硅基企业。硅材料分为纳米硅和氧化亚硅,对应硅基负极两条路线:硅碳负极和硅氧负极。硅碳负极采用纳米硅和石墨材料混合,通过降低硅基材料粒径至纳米级别,生产工艺核心难点在于纳米硅粉的制备。硅氧负极采用氧化亚硅(SiOx)和石墨材料混合,相比于硅材料,氧化亚硅材料在嵌锂过程中的体积膨胀大大减小,因此循环性能也得到了极大的提升。硅氧负极的核心是制备SiOx。大部分的企业是将纯硅和SiO2合成SiOx,形成硅氧负极前驱体。

②铝塑膜:目前液态电池封装已经是圆柱形为主流,其实是利空铝塑膜。但固态电池封装主要是软包为主,方形、圆柱形较少见,软包相比之下增加铝塑膜需求。软包电池采用叠片工艺,圆柱和方形电池多采用卷绕工艺,由于无机固态电解质膜柔韧性较 差,无法卷绕,只能采用软包叠片工艺;2、锂离子在迁徙过程中会形成整体的涨缩,铝塑膜的延展性优于铝壳,与软包路线较为适配;3、软包较轻,有利于提升电池能量密度,和发展固态电池的初衷较为契合。

【最强逻辑系列】回顾:
最强逻辑|芯片板块又到了关注时刻(20220228)
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