从 Fisker 宣称开发充电 1 分钟行驶 500 公里的固态电池,到宝马已与 SolidPower 进行合作开发下一代电动车用固态电池,再到丰田又宣称将在 2025 年前实现全固态电池的实用化。

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随着全球电动车浪潮席卷,关于固态电池的新闻越来越多:从 Fisker 宣称开发充电 1 分钟行驶 500 公里的固态电池,到宝马已与 SolidPower 进行合作开发下一代电动车用固态电池,再到丰田又宣称将在 2025 年前实现全固态电池的实用化。作为下一代电池技术的代表,固态电池引发市场高度关注。

本期的智能内参,我们推荐来自华创证券的研究报告,阐述固态电池的原理、发展历程以及产业现状。

固态电池——后锂电时代必经之路

固态电池具有发展的必然性。 固态电池采用不可燃的固态电解质替换了可燃性的有机液态电解质,大幅提升了电池系统的安全性, 同时能够更好适配高能量正负极并减轻系统重量, 实现能量密度同步提升。在各类新型电池体系中, 固态电池是距离产业化最近的下一代技术,这已成为产业与科学界的共识。

固态电池产业化阶段尚处早期,但有望在未来超速发展。 我们对固态电池各体系的开发进度进行了详细的梳理并比较了不同的技术路径现状。 当前已实现小部分商业化的固态电池产品对比传统锂电暂未形成足够的竞争优势,而未来固态电池将走阶段发展的路线,从特殊领域逐渐往动力电池过渡, 并且随着国际巨头的加速布局,固态电池将进入发展的快速轨道。

2018 年, 政策持续调整, 新能源汽车产业链正逐渐进入比拼硬实力的健康成长通道。新能源车的出现,一开始便是作为替代者的身份存在,支撑它发展是其足够与传统行业竞争的商品属性。 固态电池, 则是新能车发展蓝图上的必经阶段, 它有望作为一项关键技术为行业的未来保驾护航,他的产业化进程也值得我们重点跟踪关注。

传统液态锂电不会是动力电池的技术终点

1、传统动力电池体系难以满足 10 年后的能量密度需求

众所周知,动力电池直接对应新能车产品的性价比,而能量密度是动力电池的关键指标。我国电动车市场正经历由“政策驱动”向“政策助跑”的转换,政策对于锂电产业能量密度提升的导向已经明确,补贴直接与能量密度挂钩并不断提高门槛。工信部颁布的《中国制造 2025》指明:“到 2025 年、 2030 年,我国动力电池单体能量密度分别需达到 400Wh/kg、 500Wh/kg。” 指标分别对应当前乘用车动力电池单体平均水平 170Wh/kg 的 2-3 倍。

固态电池

▲当前动力电池单体能量密度与各项政策指标仍有较大差距

为了理清 400-500Wh/kg 对于动力电池能量密度的概念,我们对锂离子电池技术的迭代路径进行了梳理,我国正位于第二代向第三代锂电发展的过程中。正极材料的选择上,我国已由磷酸铁锂转向三元,并逐渐向高镍三元发展。负极材料当前产业化仍集中于石墨材料,未来也在向硅碳负极进行过渡。据推算,当前采用的高电压层状过渡金属氧化物和石墨作为正负极活性材料所组成的液态锂离子动力电池的重量能量密度极限约为 280Wh/kg 左右。引入硅基合金替代纯石墨作为负极材料后,锂离子动力电池的能量密度有望做到 300Wh/kg 以上,其上限约为 400Wh/kg。

2、安全问题关乎行业健康发展,难以彻底根除

可燃的液态有机电解液是电池自燃的幕后元凶。 新能源汽车销量逐年增长却伴随着安全事故的增加,其中, 电池自燃占比事故原因的 31%。自燃的原因是由于锂电池发生内部或者外部短路后,短时间内电池释放出大量热量,温度极剧升高,导致热失控。而易燃性的液态电解液在高温下会被点燃,最终导致电池起火或者爆炸。

固态电池

▲国内新能源汽车安全事故年发生次数(例)

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