固态--氧化物&聚合物固态电池专家
-·2024-11-15 00:32

一、纪要涉及的行业与公司 - 行业为固态电池行业,未明确提及特定公司名称[1]。 二、纪要提到的核心观点和论据 (一)氧化物与硫化物固态电池对比 - 电解质方面 - 氧化物是陶瓷材料,绝缘性能好且稳定,但电导率低、接触界面不佳,半固态电池多为氧化物,因为硫化物电导率高不需要做半固态。氧化物要解决电导率和接触界面问题[2]。 - 硫化物电解质与锂金属接触界面不稳定,且为粉末状较软物质,在锂金属生长时会聚集,美国QuantumScape(QES)验证锂金属能穿过硫化物固体电解质层[4]。 - 发展速度方面 - 氧化物在2028年之前一定会推出产品,硫化物要到2030年,个人认为硫化物发展会比氧化物慢[3]。 (二)正极材料发展方向 - 整体研发方向往高能量密度走,目前匹配的正极有9系的高镍或者科蒙里基,未来可能会有富力锰基,且富力锰基已在做相关项目,与6系三元对打,应用于中低端车型,其成本比6系三元低15%左右,能量密度比铁锂高,价格估算在4毛5左右每瓦时[3][9][21][22][23]。 (三)负极材料相关情况 - 锂金属负极 - 从实验室测试情况看,锂金属不稳定,2028年之前还是会以硅碳为主,虽然电芯厂想上锂金属负极,但目前存在不稳定问题,短期内难以解决,如华为公布硫化物专利也是为解决硫化物固态电解质与锂金属反应界面不稳定问题[5][37]。 - 锂金属负极成本高,制造成本和原材料成本都高,与硅碳相比,从材料端看要贵7倍,能量密度虽高(能达到3800毫安时每克,硅碳最高600毫安时每克),但主要用于高端车型,以QVS为例,其用锂金属做负极、钢镍三元做正极、氧化物做固态电解质的电芯成本约三块多每瓦时[38][39]。 - 硅碳负极 - 在动力上有应用,如L6车上的半固态电池有用到,宁德也有在用,目前在负极中的参比不超过5%,主要是因为硅的膨胀问题,且不是终极解决方案,最终还是会往锂金属负极发展,但锂金属负极目前不稳定[30][32]。 (四)氧化物固态电池发展路径及相关技术 - 解决氧化物问题的技术路线 - 一是做复合电解质,在氧化物基础上添加聚合物,在正极材料做垂直通道灌入聚合物浆体,然后微波固化来解决氧化物电导率低和接触界面问题;二是像QS走的做固态隔膜路线,一面是高分子材料一面是陶瓷材料,采用锂金属集流,QS技术已卖给大众,但电芯较小,电量小,做大电芯性能可能会下降[6][7]。 - 国内主要走复合电解质路线,因为锂金属负极不稳定,QS的技术虽然发布数据但实物没人见过,且一直未上车应用,大家还在观察[8]。 - 全固态电池发展规划 - 技术迭代不是一蹴而就,首先会搞出无隔膜电池(如清桃可能很快发布,泰莱已搞出),先取代隔膜,再慢慢取代电解液。预计2025年发布无隔膜电池,2026年发布全固态样品,2028年实现全固态产品(如20安时的)上市[17][18]。 (五)半固态电池相关情况 - 半固态电池项目情况 - 智捷L6有130多电的半固态版本,已量产但交付遇到问题,今年出货量可能在500辆左右;荣威等车型对应的富力锰基项目计划2025年上市,产能可匹配10万台车辆,是跑量项目,但目前未量产,明年量产能走多少辆较难预测,客户需求是10万台[13][14]。 - 智捷L6半固态电芯倍率低(1.6C,充电速度慢)、负极硅碳设计薄易从铜箔脱落、针刺不能百分之百通过等原因导致出货量小[15][16]。 - 半固态电池成本情况 - 半固态电池比普通锂电池多15%的成本,固态电解质主要成分是氧化铝,其中氧化钙占15%、氮化镧占5%,在整体材料里,碳酸锂占20%、氧化铝占60%,氧化钙一G瓦时大概对应18吨用量[11][12][50][51]。 - 半固态电池在正极干燥滚压后会多涂一层固态电解质层,有湿发和干发两种工艺,滚压用的滚压机是特制的,且半固态电池生产追求能量密度,整体材料的密度、面密度、厚度等工艺要求比三元高[46]。 (六)固态电池在不同应用场景的情况 - 汽车领域 - 上车的固态电池要求价格便宜,目前半固态电池存在倍率低(充电速度慢)、循环差(频繁充放电后衰减厉害)的缺点,主机厂对能量密度要求高,在高能量密度前提下提升循环和倍率是半固态电池需要解决的问题,目前半固态电池能量密度最多能做到320瓦时每公斤、循环寿命能做到800次、倍率最多能做到2倍、针刺不是100%能通过,预计明年在循环和倍率方面会有所提升[41][43][44]。 - 低空飞行器领域 - 低空飞行器企业对半固态或固态电池非常感兴趣,因为航空用电池对安全性要求高于汽车,且对快充不敏感(大不了换电),半固态电池性能与低空飞行器对电池的需求契合度高。企业对半固态电池的性能要求为能量密度达到350瓦时每公斤、循环至少1000圈、单元至少跑1500、倍率至少达到2倍、针刺要100%通过、虚底问题100%解决,全固态电池要求能量密度达到500瓦时每公斤、倍率至少达到5倍[42][43]。 (七)供应链相关情况 - 正极材料供应商 - 清桃在内蒙古乌海投厂做正极材料,合作较多的正极材料供应商是当生,当生和荣百在材料标准和供货水平上差不多,都算国际领先[24][25]。 - 硅碳负极供应商 - 合作的硅碳负极供应商是一个较小的供应商叫蓝锡之歌[16]。 - 设备相关情况 - 半固态电池产线比液态电池产线多了涂布设备(有湿发和干发两种工艺),滚压机是特制的,且未来往干法电极方向发展,干法电极技术能解决施法电极密度做不大的问题,目前已在往这个方向走,虽然还未大量应用。干法热转印与干法电极不同,热转印已应用,干法比施法成本低且可节省设备投入,公司为保密电解质相关的设备都自己做,有自己的工厂[46][47][48][49]。 三、其他重要但是可能被忽略的内容 - 氧化物电解质的上游材料有碳酸锂、氮化镧、氧化钙、氮化锂,配方掌握在自家电池企业手上,涉及钙化工和镧化工[11]。 - 对于富力锰基材料,其高温性能不太好,需要从材料上做优化,且电压比较高对绝缘性能要求高,但半固态电池的固态电解质层(陶瓷材料)对高温、绝缘、高电压的承载能力更强,所以在半固态电池中使用问题不大,在全固态或硫化物路线也能用[26][27]。 - 集流端使用的导电剂是碳纳米管,且是单壁的,在负极混料时会放入导电剂,使用情况与三元无差别[33][34]。 - 在负极中参硅的比例不会有很大变化,因为富力锰基体系对能量密度需求没有那么高,不需要提升负极克容量[35]。 - 目前与低空飞行器厂家的合作还处于项目阶段,还未放量,每个项目应用体系会有调整[42]。