隨著全球電動(dòng)車?yán)顺毕恚P(guān)于固態(tài)電池的新聞越來越多：從 Fisker 宣稱開發(fā)充電 1 分鐘行駛 500 公里的固態(tài)電池，到寶馬已與 SolidPower 進(jìn)行合作開發(fā)下一代電動(dòng)車用固態(tài)電池，再到豐田又宣稱將在 2025 年前實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池的實(shí)用化。作為下一代電池技術(shù)的代表，固態(tài)電池引發(fā)市場(chǎng)高度關(guān)注。
本期的智能內(nèi)參，我們推薦來自華創(chuàng)證券的研究報(bào)告，闡述固態(tài)電池的原理、發(fā)展歷程以及產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀。
固態(tài)電池——后鋰電時(shí)代必經(jīng)之路
固態(tài)電池具有發(fā)展的必然性。 固態(tài)電池采用不可燃的固態(tài)電解質(zhì)替換了可燃性的有機(jī)液態(tài)電解質(zhì)，大幅提升了電池系統(tǒng)的安全性， 同時(shí)能夠更好適配高能量正負(fù)極并減輕系統(tǒng)重量， 實(shí)現(xiàn)能量密度同步提升。在各類新型電池體系中， 固態(tài)電池是距離產(chǎn)業(yè)化最近的下一代技術(shù)，這已成為產(chǎn)業(yè)與科學(xué)界的共識(shí)。
固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化階段尚處早期，但有望在未來超速發(fā)展。 我們對(duì)固態(tài)電池各體系的開發(fā)進(jìn)度進(jìn)行了詳細(xì)的梳理并比較了不同的技術(shù)路徑現(xiàn)狀。 當(dāng)前已實(shí)現(xiàn)小部分商業(yè)化的固態(tài)電池產(chǎn)品對(duì)比傳統(tǒng)鋰電暫未形成足夠的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，而未來固態(tài)電池將走階段發(fā)展的路線，從特殊領(lǐng)域逐漸往動(dòng)力電池過渡， 并且隨著國(guó)際巨頭的加速布局，固態(tài)電池將進(jìn)入發(fā)展的快速軌道。
2018 年， 政策持續(xù)調(diào)整， 新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈正逐漸進(jìn)入比拼硬實(shí)力的健康成長(zhǎng)通道。新能源車的出現(xiàn)，一開始便是作為替代者的身份存在，支撐它發(fā)展是其足夠與傳統(tǒng)行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的商品屬性。 固態(tài)電池， 則是新能車發(fā)展藍(lán)圖上的必經(jīng)階段， 它有望作為一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)為行業(yè)的未來保駕護(hù)航，他的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程也值得我們重點(diǎn)跟蹤關(guān)注。
傳統(tǒng)液態(tài)鋰電不會(huì)是動(dòng)力電池的技術(shù)終點(diǎn)
1、傳統(tǒng)動(dòng)力電池體系難以滿足 10 年后的能量密度需求
眾所周知，動(dòng)力電池直接對(duì)應(yīng)新能車產(chǎn)品的性價(jià)比，而能量密度是動(dòng)力電池的關(guān)鍵指標(biāo)。我國(guó)電動(dòng)車市場(chǎng)正經(jīng)歷由“政策驅(qū)動(dòng)”向“政策助跑”的轉(zhuǎn)換，政策對(duì)于鋰電產(chǎn)業(yè)能量密度提升的導(dǎo)向已經(jīng)明確，補(bǔ)貼直接與能量密度掛鉤并不斷提高門檻。工信部頒布的《中國(guó)制造 2025》指明：“到 2025 年、 2030 年，我國(guó)動(dòng)力電池單體能量密度分別需達(dá)到 400Wh/kg、 500Wh/kg。” 指標(biāo)分別對(duì)應(yīng)當(dāng)前乘用車動(dòng)力電池單體平均水平 170Wh/kg 的 2-3 倍。
▲當(dāng)前動(dòng)力電池單體能量密度與各項(xiàng)政策指標(biāo)仍有較大差距
為了理清 400-500Wh/kg 對(duì)于動(dòng)力電池能量密度的概念，我們對(duì)鋰離子電池技術(shù)的迭代路徑進(jìn)行了梳理，我國(guó)正位于第二代向第三代鋰電發(fā)展的過程中。正極材料的選擇上，我國(guó)已由磷酸鐵鋰轉(zhuǎn)向三元，并逐漸向高鎳三元發(fā)展。負(fù)極材料當(dāng)前產(chǎn)業(yè)化仍集中于石墨材料，未來也在向硅碳負(fù)極進(jìn)行過渡。據(jù)推算，當(dāng)前采用的高電壓層狀過渡金屬氧化物和石墨作為正負(fù)極活性材料所組成的液態(tài)鋰離子動(dòng)力電池的重量能量密度極限約為 280Wh/kg 左右。引入硅基合金替代純石墨作為負(fù)極材料后，鋰離子動(dòng)力電池的能量密度有望做到 300Wh/kg 以上，其上限約為 400Wh/kg。
2、安全問題關(guān)乎行業(yè)健康發(fā)展，難以徹底根除
可燃的液態(tài)有機(jī)電解液是電池自燃的幕后元兇。 新能源汽車銷量逐年增長(zhǎng)卻伴隨著安全事故的增加，其中， 電池自燃占比事故原因的 31%。自燃的原因是由于鋰電池發(fā)生內(nèi)部或者外部短路后，短時(shí)間內(nèi)電池釋放出大量熱量，溫度極劇升高，導(dǎo)致熱失控。而易燃性的液態(tài)電解液在高溫下會(huì)被點(diǎn)燃，最終導(dǎo)致電池起火或者爆炸。
▲國(guó)內(nèi)新能源汽車安全事故年發(fā)生次數(shù)（例）
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