新能源汽車漸成趨勢，動力電池的進(jìn)展也吸引著越來越多的關(guān)注。日前，包括大眾、三星、寶馬、寧德時代在內(nèi)的巨頭都在尋求固態(tài)電池領(lǐng)域的突破。
相較于傳統(tǒng)的鋰離子電池，固態(tài)電池能提供更好的續(xù)航能力和安全性，但目前而言，固態(tài)電池迫于技術(shù)和成本的雙重制約，距離產(chǎn)業(yè)化仍然需要很長時間。
光大證券認(rèn)為，固態(tài)電池有望成為下一代高性能鋰電池。目前中國大部分的汽車廠商和新能源廠商也在參與固態(tài)電池的研發(fā)。
固態(tài)電池的不同技術(shù)路徑
2019年12月，工信部發(fā)布《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》（征求意見稿），在“實施電池技術(shù)突破行動”中，加快固態(tài)動力電池技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化被列為“新能源汽車核心技術(shù)攻關(guān)工程”。這意味著固態(tài)電池有望上升至國家戰(zhàn)略層面。
固態(tài)電池是以固體材料來代替現(xiàn)有鋰離子電池中使用的液體成分，固態(tài)電解質(zhì)的厚度僅3~4微米，非常輕薄，不僅減小了體積，也降低了重量。
固態(tài)電池的技術(shù)發(fā)展采用逐步顛覆策略，液態(tài)電解質(zhì)含量逐步下降，全固態(tài)電池是最終形態(tài)。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。
不過，固態(tài)電池的技術(shù)路線目前仍有很大分歧。
固體電解質(zhì)可大致分為三類：無機電解質(zhì)、固態(tài)聚合物電解質(zhì)、復(fù)合電解質(zhì)。目前業(yè)內(nèi)比較看好的材料包括固態(tài)聚合物、硫化物、氧化物、薄膜等。
光大證券認(rèn)為，聚合物固態(tài)電解質(zhì)將率先實現(xiàn)應(yīng)用，但存在高成本和低電導(dǎo)率兩個致命問題。
目前主流的聚合物固態(tài)電解質(zhì)是聚環(huán)氧乙烷（PEO）電解質(zhì)及其衍生材料。相比之下，氧化物固態(tài)電解質(zhì)綜合性能好，進(jìn)展最快。硫化物固態(tài)電解質(zhì)電導(dǎo)率最高，研究難度最大，開發(fā)潛力最大，但如何保持高穩(wěn)定性是一大難題。高能聚合物體系仍處于實驗室研究階段，LiPON薄膜型全固態(tài)電池已小批量生產(chǎn)，非薄膜型已嘗試打開消費電子市場。
近年來多家中國企業(yè)建立氧化物固態(tài)電池生產(chǎn)線。
蘇州清陶新能源在江蘇昆山建成投產(chǎn)的固態(tài)鋰電池生產(chǎn)線，單體能量密度達(dá)400Wh/kg以上，擬于2020年進(jìn)入動力電池應(yīng)用領(lǐng)域。
輝能科技與南都電源（300068.SZ）合作建立的國內(nèi)首條1GWh規(guī)模的固態(tài)電池生產(chǎn)線也將于2020年建成，公司今年4月剛完成D輪融資，用于加速固態(tài)電池商業(yè)化落地和工廠建設(shè)，輝能在氧化物固態(tài)電池方面取得了一定的成果。
日韓和歐洲企業(yè)則投入了大量資金進(jìn)行硫化物固態(tài)電解質(zhì)的研究。
2020年日本豐田計劃推出搭載硫化物固態(tài)電池的新能源汽車，計劃于2022年實現(xiàn)量產(chǎn)。十幾年前豐田已開展固態(tài)電池研發(fā)工作，不僅獲得了固態(tài)電解質(zhì)材料、固態(tài)電池的制造技術(shù)等方面的專利，還研發(fā)了一整套的正極材料和硫化物固態(tài)電解質(zhì)材料回收的技術(shù)路線和回收工序。三星和寶馬也都在研發(fā)硫化物固態(tài)電池的技術(shù)。中國的寧德時代（300750.SZ）也在這一方向上發(fā)力。
全固態(tài)電池商業(yè)化還要5~10年
今年3月初，三星高等研究院（SAIT）與三星日本研究中心（SRJ）在《自然-能源》介紹了其在固態(tài)電池領(lǐng)域的最新進(jìn)展，稱已經(jīng)開發(fā)出一種高性能全固態(tài)電池。這種電池的循環(huán)壽命超過1000次，可以讓電動汽車在單次充電的情況下行駛800公里。
豐田也在聯(lián)手松下開發(fā)固態(tài)電池領(lǐng)域技術(shù)；寶馬于2017年開始牽手Soild Power開發(fā)固態(tài)電池，福特和三星也于去年投資了Solid Power；大眾也表示將在歐洲建廠生產(chǎn)固態(tài)電池，有望在2024~2025年間實現(xiàn)量產(chǎn)。
另一家瞄準(zhǔn)動力電池市場的是戴森。戴森創(chuàng)始人詹姆斯·戴森表示，向其他車企出售固態(tài)電池是一個進(jìn)入汽車行業(yè)的選項。
光大證券稱，固態(tài)電池領(lǐng)域已經(jīng)進(jìn)入“軍備競賽”階段，各企業(yè)期望搶占先機以贏得市場份額。固態(tài)電池領(lǐng)域市場參與者眾多，車企、電池企業(yè)、投資機構(gòu)、科研機構(gòu)等在資本、技術(shù)、人才三方面進(jìn)行博弈。隨著越來越多的企業(yè)加入，固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程不斷加速，按照目前的發(fā)展情況，2021~2025年固態(tài)電池將實現(xiàn)初步應(yīng)用。
不過全固態(tài)電池的商業(yè)化還需要很長時間。去年底，寧德時代一位電池開發(fā)負(fù)責(zé)人曾表示，全固態(tài)電池實現(xiàn)商品化要到2030年以后。
光大證券研報顯示，固態(tài)電池的工藝路線尚不成熟，降本仍需過程，全面產(chǎn)業(yè)化預(yù)計需要5~10年。例如三星的固態(tài)電池雖然能夠達(dá)到長續(xù)航，但生產(chǎn)環(huán)境要求苛刻，銀碳層大規(guī)模生產(chǎn)所需的貴金屬納米銀成本較高，短期產(chǎn)業(yè)化并不現(xiàn)實。
國內(nèi)固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程正在不斷加速。
國軒高科（002074.SZ）2019年推出了半固態(tài)電池的試生產(chǎn)線；贛鋒鋰業(yè)（002460.SZ）年產(chǎn)億瓦時級第一代固態(tài)鋰電池研發(fā)中試生產(chǎn)線已建成試產(chǎn)，不久將正式投產(chǎn)；比亞迪（002594.SZ）也曾表示正在積極推進(jìn)固態(tài)電池項目商用；寧德時代的全固態(tài)電池還在開發(fā)中，預(yù)計2030年后實現(xiàn)商品化。
此外，天齊鋰業(yè)（002466.SZ）2018年開始布局固態(tài)電池，其參股公司美國Solid Energy主要開發(fā)和生產(chǎn)具有超高能量密度、超薄鋰金屬電池，開發(fā)電解液和負(fù)極材料。中天科技（600522.SH）2018年宣布與中科院等機構(gòu)進(jìn)行固態(tài)電池技術(shù)合作，目前尚處于實驗試制階段。鵬輝能源（300438.SZ）固態(tài)電池處于研發(fā)階段，計劃在未來2~3年內(nèi)推出固態(tài)電池產(chǎn)品。
近兩年內(nèi)固態(tài)電池生產(chǎn)線迎來一輪不小的投產(chǎn)潮，清陶、衛(wèi)藍(lán)新能源、輝能科技等企業(yè)將建固態(tài)電池生產(chǎn)線，雖然目前各企業(yè)均未公布固態(tài)電池成本，但此前已有預(yù)測，固態(tài)電池成本將遠(yuǎn)高于鋰離子電池，未來固態(tài)電池若想實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，降本則成必然。
光大證券認(rèn)為，固態(tài)電池的生產(chǎn)可組合傳統(tǒng)鋰離子電池產(chǎn)業(yè)鏈。與傳統(tǒng)鋰離子電池相比，固態(tài)電池電芯制備不存在革命性創(chuàng)新，只是電極和電解質(zhì)制造環(huán)境要求更高，需要在惰性氣體保護下或在干燥間內(nèi)進(jìn)行，這與制造超級電容器、鋰離子電容器等空氣敏感儲能器件的生產(chǎn)環(huán)境相似。
