固態電池是什么?簡單說,它是用固態電解質替代液態電解質的新一代電池技術。目前主流使用的鋰電池用的是液態電解質,液態電解質有幾個短板,就是能量密度有上限,而且存在一定的安全隱患,碰撞容易爆炸起火,這也是讓很多新能源汽車車主比較忌憚的。
固態電池就是為了解決這些痛點而生。從技術原理上來看,固態電池的優勢是顯而易見的,第一,能量密度更高,理論上比液態鋰電池高出一大截,意味著同樣體積能存更多電,續航里程就有望明顯提升。第二,安全性更好,固態電解質不可燃,從根本上降低了熱失控的風險。也就是說,如果用固態電池,新能源汽車碰撞不容易爆炸起火。第三,循環壽命更長,可以多次反復充電使用。
新技術要替代舊技術,必須在關鍵維度上有代際優勢。固態電池在能量密度、安全性這兩個維度上確實有代際優勢,但它也有自己的技術難題需要攻克。固態電池的產業鏈跟傳統鋰電池有部分重疊,也有新的環節。
上游是原材料,包括鋰、鋯、鑭等金屬材料還有固態電解質的前驅體。中游是電芯制造,這是技術壁壘最高的環節。下游是應用場景,包括新能源汽車、儲能、消費電子、機器人、無人機等。同時,固態電池產業鏈有幾個值得關注的新環節,比如固態電解質材料,這是一個全新的市場,傳統鋰電池是沒有的。再比如制備工藝,固態電池需要新的涂布、燒結、封裝設備,這些新環節的出現意味著產業鏈在重構。固態電池屬于替代型技術,替代型技術在產業鏈上往往會出現一些新版圖,也會讓一些舊環節的價值重新分配。
從公開信息來看,各家企業的量產時間表普遍集中在明年到后年。日本企業在硫化物路線上走得比較靠前,而中國企業在氧化物路線上有自己的特色。看一個早期技術,不是看它什么時候量產這個時間點,而是看它的技術成熟度曲線。從實驗室突破到小批量試產、再到規模化量產,每個階段之間都隔著很多技術難題和工程化挑戰。量產是一個關鍵的里程碑,但從量產到大規模替代,中間還有一段路要走,成本要降下來,良率要提上去,供應鏈要建起來,這些都是產業發展中必須經歷的過程。根據規劃,明年我國將有4000臺電動車裝上固態電池,行駛里程超過1萬公里。根據某大型鋰電池企業創始人的說法,現在量產的條件已經具備,明年可能就是一個重要的時間節點。
固態電池替代液態鋰電池,不是歷史上第一次技術替代。一個是智能手機替代功能手機,2007年iPhone發布,但智能手機全面替代功能手機用了差不多五六年的時間,關鍵節點是產業鏈配套的完善和成本的下降。另一個是單晶硅替代多晶硅,光伏行業里面的單晶硅在能量轉換效率上有優勢,但一開始成本太高,后來隨著工藝成熟和規模效應,單晶硅的成本降下來了,才逐步完成了替代。固態電池對液態鋰電池的替代跟這個案例有很多相似之處。還有一個是三元鋰電池替代磷酸鐵鋰電池的過程,早期三元鋰因為能量密度高,在乘用車領域快速替代了磷酸鐵鋰,后來,磷酸鐵鋰通過技術進步,在安全性上鞏固了優勢,又奪回了一部分市場。這說明技術替代不是單向的,它可能會反復。
固態電池作為新一代的儲能技術,在政策層面受到了很多關注。多個國家都把它列為重點支持方向,我國國內多個省市也發布了固態電池的產業發展規劃。從應用場景來看,固態電池一旦技術成熟,它的應用范圍會非常廣,新能源車是最主要的下游,因為消費者對續航和安全性的需求一直在提升。除此以外,儲能、消費電子、人形機器人、無人機也都是強大的應用方向。我們分析一個新技術的時候,一個重要的維度就是應用場景的廣度,應用場景越廣,技術一旦突破,它的產業空間就越大。固態電池的應用場景從交通到能源再到消費電子,覆蓋面是比較廣的。
固態電池目前面臨的技術挑戰是客觀存在的,界面接觸、離子電導率、設備工藝、成本控制,每一個都是需要攻克的難題。這些挑戰不是一兩天能解決的,需要持續的技術積累和工程化突破。還有一個需要關注的點,就是液態鋰電池本身也在進步,固態電池在追趕,液態電池也沒停下。如果液態電池的能量密度和安全性不斷提升,那固態電池的替代緊迫性可能就沒那么強了。
所以綜合來看,固態電池作為儲能領域的一場技術革命,它一旦實現技術突破,在量產之后,成本可能會出現大幅下降,這樣會加速固態電池對傳統液態鋰電池的一個替代,但是這個替代的過程不是一蹴而就的,也不是一兩年的事情,可能要持續5到6年的時間。這既給相關的企業帶來發展的機會,同時也可能面臨著很多挑戰,反映在投資上也可能會出現比較大的波動,這一點的話大家要密切地關注。
但是當一個新的技術出現,它也會帶來新一輪的機遇。那在這個新的技術出現之后,傳統的鋰電池龍頭企業具有資金優勢、技術優勢、渠道優勢、客戶優勢,可能有一定概率還是行業的龍頭企業,當然是否會出現一些新貴,在技術進步之后崛起為新的行業龍頭,這個問題值得我們拭目以待。
責任編輯: 張磊