固態電池是有望突破電化學儲能技術瓶頸,滿足未來發展需求的新興技術方向之一,行至現階段,圍繞行業話語權的競爭日趨激烈。無論是產能還是技術,我國都已將液態鋰電池做到了極致,從而可以有底氣、有計劃地推動固態電池穩定發展,從容面對日本、韓國和美國在該領域的競爭壓力。
我國作為全球最大的新能源汽車和儲能市場,正通過政策扶持、技術攻關與產業鏈整合,加速搶占固態電池產業制高點。逐漸成為儲能系統主流選擇的固態電池多條技術路線產業化進程加速,固態電池領域的相關企業在各個細分賽道尋求突破,以實現“搶跑卡位”,但能否真切成為拍死液態電池的“后浪”,現有的固態電池仍需解決原材料成本高、產品良率低的核心矛盾,在技術突破與成本控制之間找到最佳平衡點,從而為新能源汽車、低空飛行器、人形機器人等新興領域帶來前所未有的技術變革。
可展望的技術路線與進度
固態電池的主要技術路線為氧化物、硫化物、聚合物、鹵化物等,每一種技術路線各有優勢,但尚不能滿足全固態電池的所有理想性能要求。硫化物目前“領跑”全固態電池量產進程,今年以來,硫化物技術路線進展迅速,硫化物固態電解質以在離子電導率上的領先優勢,逐漸被學界和產業界認可,從應用端到電池生產、電解質及其原材料生產,硫化物全固態電池的產業化進程出現多個積極信號,在融資、產能和市場拓展等多個維度均有較好表現。
根據車企、電池廠商、材料企業和研發機構在固態電池方面的布局,2027年固態電池產業化完成從“0”到“1”突破的預期目標未見變化,2030年商業化量產后應用場景將集中在電動飛行器,包括低空載人飛行器和無人飛行器,以及電動船舶等高價值領域。
國內企業已經在積極推動匹配eVTOL的固態電池開發。eVTOL等低空飛行器對電池能量密度的要求極為嚴苛,固態電池的技術方向契合低空飛行器場景需求。續航是現階段人形機器人的重要痛點,固態電池有望助力續航提升。現階段,國內外廠商公布的人形機器人續航時間通常在2-4小時,部分采用固態電池的產品續航相對更高。未來人形機器人進一步智能化,芯片功耗進一步提升,現有的電池能量密度難以滿足應用需求,迫切需要固態電池技術的持續發展以打破能量密度瓶頸。
主要經濟體的競爭加劇
全球固態電池產業主要分布在中國、日本、韓國、歐洲、美國等國家和地區。在固態電池領域的路線選擇上,我國和日韓更偏向硫化物體系,美國傾向于研發使用氧化物體系,歐洲則在研發使用聚合物體系。
各主要經濟體都相繼出臺了相關支持政策,設立了遠期戰略目標,以爭奪固態電池領域的先發優勢,搶占下一代技術風口。工信部、能源局等8部門近期聯合印發《新型儲能制造業高質量發展行動方案》提出重點布局儲能用固態電池、全氣候低衰減長壽命電池、高一致性電池系統等先進儲能型鋰電池產品,這為固態電池在儲能領域的應用提供了政策上的支持。
不同國家和地區的固態電池相關企業布局路線各有不同,歐洲車企主要與美國電池初創企業合作開發全固態電池技術,美國固態電池參與者以初創公司為主,實際上于各技術路線均有布局。以豐田、松下、日產和Maxell等為代表的日本固態電池相關企業數量僅次于我國,且因深耕多年實力較強。與之類似的是韓國,多個韓國巨頭企業旗下的材料領域子公司在固態電池方面投入大量資金進行研發。總體趨勢是,因為在液態鋰離子動力電池領域我國占據絕對優勢,美日韓等國在固態電池領域的布局更顯積極。
從國家能源戰略的角度來看,保留多種能源并列供給方可保障能源的安全與穩定,而且固態電池即便實現了顛覆性的技術突破,仍不能即時滿足100%的場景用能需求。這讓我國在加大固態電池相關研發和支持力度方面以企穩為主,傾向于固態電池的產業鏈建設是在現有電池產業鏈基礎上進行升級,以保障價格優勢,維持全球領先。但美國、歐盟的新能源汽車政策以及中國進口產品關稅稅率變化將為現有的動力電池產品、未來的固態電池產品帶來較大的不確定性。
鋰電池和半固態的價值
得益于系統性的戰略布局和全產業鏈的協同發展,我國在鋰電池時代占據行業主動。在上游原材料領域,我國企業通過海外并購和戰略合作,建立起覆蓋鋰、鈷、鎳等關鍵礦產的全球供應鏈網絡,涌現出贛鋒鋰業、天齊鋰業、華友鈷業、中偉股份等優秀企業。在技術路線的選擇上,我國采取多元化戰略布局,磷酸鐵鋰電池憑借安全性高、成本低廉的優勢市場占有率持續攀升,三元鋰電池在高端市場保持強勁競爭力,寧德時代、比亞迪等企業持續刷新能量密度紀錄。在鋰電池制造裝備上面,我國企業具備與國際頂尖企業競爭的實力,涌現出先導智能、聯贏激光、贏合科技等一系列優秀企業。
僅2022年,我國鋰電池相關專利申請量就占全球總量的60%以上,研發投入強度遠超其他國家和地區。龐大的國內市場為新技術提供了理想的試驗場,形成“研發-應用-反饋-優化”的良性循環。全產業鏈協同效應助力我國在鋰電池時代建立起了難以撼動的競爭優勢。
2023年以來至今,我國鋰電池領域的投資預算超過3萬億元,20多家動力電池企業的2025年產能規劃合計超過6000GWh,遠超2024年全球鋰電池1500GWh的總體出貨量,提前布局意圖明顯。也在一定程度上表明,未來數年里固態電池深度改變行業格局的可能不大,熱失控防護技術+4C快充的液態電池仍是市場主力產品,比如寧德時代和廣汽等企業的新技術產品都已能讓匹配的新能源汽車體驗質變。
我國在鋰電池產業上構筑起的護城河,可能只有全固態電池是唯一的突破口,而不是被寄予很大期望的半固態電池。
儲能系統對電池的高要求包括高能量密度、長循環壽命、高安全性和可靠性等,目前大部分電化學工程師的共識是:在現有材料條件下,難以做出能保持≥400Wh/kg的能量密度,又能在室溫下、常壓長循環使用的全固態電池。
在探尋固態電池技術將為產業鏈帶來哪些變化之前,需要厘清半固態電池到底是不是固態電池的問題。毫不夸張地說,全固態電池更像是實驗室里的“神仙打架”,而半固態電池的推動就是車企與電池廠商的“政治正確”——當全固態量產仍需時日,中國企業選擇以半固態(固液混合)作為過渡方案,既規避了全固態的工藝難題,又利用現有液態電池設備降低成本的半固態過渡策略很好地凸顯了“中國智慧”。
現有的半固態電池本質上仍是液態鋰離子電池體系的一部分。今年以來,已有多個車企計劃推出配備半固態電池的車型,續航里程均突破1000公里。當半固態電池的規模化裝車提上日程,全固態電池也迎來資金繼續涌入、AI技術助力材料研發、龍頭企業技術突破等好消息,“固液同價”有望在2027年實現。
中國產業界的進攻與防守
中國汽車動力電池創新聯盟的數據顯示,2024年我國動力和其他電池累計銷量為1039.5GWh,累計同比增長42.4%。其中,動力電池銷量為791.3GWh,占總銷量76.1%,累計同比增長28.4%;其他電池累計銷量為248.2GWh,占總銷量23.9%,累計同比增長118.8%。
2024年全球動力電池出貨前十企業中,中國占六位,并霸榜前兩位;全球儲能電芯出貨前十企業中,中國獨占九席,只把最后一名留給了韓國。我國動力電池產業超越日韓穩居全球出貨量第一,在全球競爭中呈現領先態勢,但也存在行業供需錯配、產能相對過剩等情況,外部面臨著國際貿易政策壁壘、日韓持續競爭、美國電池制造業重塑等不確定性,需要從技術端和生產端牢牢把握動力電池產業發展的核心制高點。動力電池是新能源汽車的核心零部件,占據整車成本的40%以上,高達萬億乃至十萬億級別的市場涉及大量的就業、稅收與GDP,使得關于行業話語權的競爭不容有失,這也是固態電池的研發與產業化進程備受各方關注的重要原因。
全固態電池的研發與產業化,事關中國企業的全球行業話語權,中國企業的強力競爭對手,以日本企業為主。在液態電池領域錯失機遇的日本業界將固態電池作為奪回產業主導權的希望所在,并對此推行了多年的技術積淀和專利積累。截至2024年末,日本在全球固態電池申請專利中的占比高達36%,中國和韓國分別為27%和18%,因此有“中國企業需要警惕日系企業專利陷阱”的說法。
我國領跑固態電池產業化的企業以具院校研發背景的新興企業為主,典型代表有清華大學南策文院士團隊創辦的清陶能源、依托中科院物理所成立的衛藍新能源等,傳統電池企業在固態電池方面有技術儲備與專利布局,但在產業化推進上相對保守。需要提防的是,在量產進度上,豐田、日產與韓國三星SDI等企業的全固態電池均已進入試制階段,我國企業并不具備先發優勢。日本鋰電池產業從數十年前占據全球九成以上市場份額,到10年前掉至70%左右,再到如今不足6%的全面退縮案例,或將為我國固態電池相關企業的發展提供警示。
從車企到電池企業,固態電池的車端應用正在加速。市場對固態電池有著超高的期望值,只是讓這個宣傳中的必爭技術高地踏實落地還需要一點時間。未來儲能領域的固態電池滲透率必然呈現上升趨勢,但速度會相對緩慢。
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