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各国车企纷纷布局固态电池 eVTOL也成为固态电池发展新助推力

1锂电池逐渐进入技术瓶颈,固态电池有望成为电池升级方向

自1985年锂离子电池问世以来,大幅推进了可移动电子设备的规模化应用,不断推动着社会朝着智能化和清洁化方向发展。自1985年锂离子电池问世以来,大幅推进了可移动电子设备的规模化应用,不断推动着社会朝着智能化和清洁化方向发展。但是当前的液态锂离子电池体系,逐步发展到了本身材料体系所能达到的瓶颈:1)能量密度难以突破350Wh/kg的极限;2)有机物液态电解质带来的安全性问题。3)电池服役过程中电解液的挥发、干涸、泄露等现象,影响电池寿命。液体电解质成为了锂离子电池进一步发展最大的制约因素。

采用固态电解质代替液体电解质,有望使用更高比容量的正、负极材料,同时可彻底解决电池的安全性问题,是获得高能量密度、安全性和长循环寿命的全固态锂电池的根本途径。因此固态电池将会是锂离子电池升级的方向。

锂电池技术发展路径

<strong>锂电池技术发展路径</strong>

资料来源:公开资料整理

各类锂电池对比

电池类型 液态 半固态 固态
能量密度上限 较低(<300Wh/kg) 中等(>400Wh/kg) 较高(>500Wh/kg)
隔膜 需要 需要 不需要
当前生产成本 较低 中等 较高
电解质化学窗口上限 较窄(<4.3V) 中等 较高(>5V)
锂金属负极兼容性 抑制锂结晶力度弱 抑制锂结晶力度强
液体含量 >10% <10% 0
安全性(热稳定,抗针刺) 热极限140-180℃,针刺即燃 热极限>180℃ 热稳定>300℃,免疫针刺甚至剪切

资料来源:观研天下数据中心整理

根据固态电解质的不同,目前固态电池有聚合物、氧化物、硫化物三种技术路线。

聚合物:聚合物固态电解质以欧美企业技术最为成熟,商业化难度较小,未来有望率先实现大规模量产,但是其电导率低、能量密度低。

氧化物:氧化物固态电解质综合性能好。

硫化物:硫化物固态电解质的电导率最高,延展性更好,潜力最大。但是其机械性能差,生产工艺复杂,且硫化物固态电解质中的硫元素具有一定的活性,如何保持高稳定性是一大难题。

2主流车企纷纷上马规划固态电池,全固态电池有望普及

据不完全统计,截止2023年底,国内半固态电池产能规划累计超过298GWh,落地产能接近15GWh;同期半固态电池出货突破GWh级别,有望在2024年实现5GWh级别出货。考虑到当前锂离子动力电池的复合增速与固态电池相对高成本的车型适配范围,预计2030年,量产全球锂离子固态/半固态电池商业化产能有望初见规模,届时固态锂电池对应的续航里程或可达到液态锂电池的2-3倍,追平燃油车续航力。

据不完全统计,截止2023年底,国内半固态电池产能规划累计超过298GWh,落地产能接近15GWh;同期半固态电池出货突破GWh级别,有望在2024年实现5GWh级别出货。考虑到当前锂离子动力电池的复合增速与固态电池相对高成本的车型适配范围,预计2030年,量产全球锂离子固态/半固态电池商业化产能有望初见规模,届时固态锂电池对应的续航里程或可达到液态锂电池的2-3倍,追平燃油车续航力。

资料来源:公开资料整理

根据观研报告网发布的《中国固态电池行业现状深度研究与发展前景分析报告(2024-2031年)》显示,固态电池是全球公认的下一代电池,被列入中国、美国、欧盟、日韩等主要国家的发展战略。全球企业都在积极布局固态电池,固态电池成为下一代电池技术竞争的关键制高点。

各国固态电池发展战略

主要国家和地区 发展战略 固态电池相关规划
日本 《电池产业战略》 加快技术开发,率先实现全固态电池等;下一代电池技术商业应用,稳占下一代电池市场。
韩国 《2030二次电池产业发展战略》 2023-2028年投入2.33亿美元,争取提前实现固态电池、锂硫电池、锂金属电池商用化。
美国 《锂电池2021-2030年国家蓝图》 实现示范和规模化变革性电池技术,加大固态锂电池方面的研发布局,加快产业化进程。
欧盟 《电池战略研究议程》 明确2030年研究和创新优先事项,确定关键技术主题,包括第4代锂离子电池(固态锂离子电池、固态锂金属电池、现金固态电池)。
中国 《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》 “加快固态动力电池技术研发及产业化”已列为“新能源汽车核心技术攻关工程”。

资料来源:公开资料整理

从全球固态电池产业布局来看,中国参与的企业最多,包括传统电池企业、初创电池企业、整车企业等;其次是日本,技术实力最强;美国以一些初创企业为主;欧洲主要是车企和美国的初创企业合作;韩国企业不多,但实力也强。

各国固态电池发展战略

主要国家和地区 固态电池领域主要企业
中国 卫蓝新能源、清陶能源、赣锋锂电、国联、一汽、东风、上汽、辉能科技、宁德时代、比亚迪、中创新航、蜂巢能源、远景动力、国轩高科、孚能科技、亿纬锂能、马车动力、有研稀土、中汽创智、SEVC
日本 丰田、日产、本田、日立、松下、物质材料研究机构、日立造船、出光兴产、三井金属、东丽、汤浅
韩国 LG新能源、三星SDI、SKOn
美国 QuantumScape、SolidPower、SEEOInc、Sakit3、IonicMaterials、SolidEnergy
欧盟 大众、宝马、奔驰、Bosch、Bollore、BatScap

资料来源:公开资料整理

由于整车厂普遍具备更强的议价能力,这就使得产业链进程主动权在整车厂手里。从整车厂规划来看,2023年,蔚来ES6、ET7、东风E70、岚图追风、赛力斯SERES5等车型已搭载半固态电池,上汽、广汽、长安等车企也计划将于2024-2026年上市搭载半固态电池车型。丰田、本田、大众、宝马等日本、欧洲车企计划启动搭载固态电池车型量产上市的时间在2026-2030年。

随着固态电池技术不断进步,成本逐渐呈下降趋势,尤其是国内半固态电池产业化进程已开启,固态电池的市场规模将得以快速增长。预计到2030年全球固态电池的出货量将达到614.1GWh。

随着固态电池技术不断进步,成本逐渐呈下降趋势,尤其是国内半固态电池产业化进程已开启,固态电池的市场规模将得以快速增长。预计到2030年全球固态电池的出货量将达到614.1GWh。

资料来源:观研天下数据中心整理

3eVTOL对于固态电池需求迫切,低空经济首次被写入政府工作报告

固态电池产业链上游为基础材料及设备,包括原材料矿产、电芯材料和生产设备;中游为电池包加工制备,包括电池封装、电池管理系统等;下游为应用领域,包括新能源汽车、消费电子、储能、eVTOL等,除了新能源汽车外,eVTOL产业是固态电池发展很重要的一个新增驱动力。

固态电池产业链上游为基础材料及设备,包括原材料矿产、电芯材料和生产设备;中游为电池包加工制备,包括电池封装、电池管理系统等;下游为应用领域,包括新能源汽车、消费电子、储能、eVTOL等,除了新能源汽车外,eVTOL产业是固态电池发展很重要的一个新增驱动力。

资料来源:观研天下数据中心整理

eVTOL飞行器主要由机体子系统、导航通讯与飞控子系统、动力子系统和能源子系统构成。eVTOL的动力系统采用分布式推进系统(DEP,DistributedElectricPropulsion),该设计使其能够提升动力系统的安全性冗余、有效降低本机噪音(降低约10%~15%)和最大限度提升动力系统的能源使用效率。

对于eVTOL飞行器来说,电池有两项关键性能指标与eVTOL综合性能紧密相关,一是能量密度,一是功率密度。相比较来说,电池功率密度(单位质量电池的放电功率大小)是eVTOL飞行器更关键的性能指标,因为它决定了eVTOL是否可以安全起飞和着陆。而另一方面,能量密度(电池平均质量所释放出的电能)大致上决定了eVTOL的航程范围,目前300Wh/Kg能保证200~300公里航程。

能量密度方面,eVTOL垂直起飞所需要的动力是地面行驶的10-15倍,商用门槛高达400Wh/kg,且未来能量密度要求将会达到1000Wh/kg,远高于当前车用动力电池的能量密度。充放电倍率方面,eVTOL的飞行需要经历起飞、巡航、悬停等阶段,其中起降阶段要求电池的瞬间充放电倍率在5C以上。安全性能、循环寿命等方面,eVTOL对电池的要求也极为严苛。

政策上,2024年3月27日,工信部等四部门印发《通用航空装备创新应用实施方案(2024-2030年)》,明确提出推动400Wh/kg级航空锂电池产品投入量产,实现500Wh/kg级航空锂电池产品应用验证。鉴于传统液态锂电池能量密度限制和eVTOL对电池性能的高要求,固态电池有望率先在eVTOL市场放量。

作为国家五年规划中重要子领域,低空经济涉及的装备制造和服务业备受重视。2021年2月25日党中央、国务院出台《国家综合立体交通网规划纲要》,“低空经济”概念首次写入国家规划,成为“十四五”时期谋划的新兴经济形态。近两年,交通部、科技部、工信部等中央部委相关部署已经将产业政策细化到无人机、飞行汽车等具体领域,推动相关行业的商业化、规模化应用。同时,除国家级的政策法规推动外,有条件的地方政府也在加速布局无人驾驶垂直起降航空器产业的发展。2024年“低空经济”首次被写入政府工作报告,带动电动垂直起降飞行器(eVTOL)引起广泛关注。(YM)

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我国锂电池回收行业:“白名单”再次扩容下市场及规模或更加规范和壮大

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2021年-2022年受动力电池原材料价格影响,2022年底发布的第四批年“白名单”企业数量出现翻倍增长,2023年11月发布的第五批次“白名单”企业数量更是一次增加27家。

2024年06月17日
固态电池产业技术全面进步 行业量产可期

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固态电池的最大优势在于高安全性和高能量密度,此外在轻量化、循环寿命和工作温度范围等方面也具备优势,但是锂枝晶生长影响安全、离子传输困难导致动力性能差。目前材料成本约为1.5-2.5元/wh,产线仍需改造。

2024年05月22日
各国车企纷纷布局固态电池  eVTOL也成为固态电池发展新助推力

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考虑到当前锂离子动力电池的复合增速与固态电池相对高成本的车型适配范围,预计2030年,量产全球锂离子固态/半固态电池商业化产能有望初见规模,届时固态锂电池对应的续航里程或可达到液态锂电池的2-3倍,追平燃油车续航力。

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我国光伏运维行业:光伏装机量增长带动需求增加 集中式占比最大

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累计并网容量超过30GW的省、市、区有4个,江苏省3928万千瓦排名第三,河南省装机量3731.4万千瓦排名第四,浙江省装机量3356.6万千瓦排名第五,安徽省累计并网容量3223.1万千瓦排名第六。

2024年05月16日
我国硅基负极材料行业市场规模呈爆发式增长 未来或将迎来量价齐升局面

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得益于动力电池、消费电池市场需求的驱动,以及紧平衡下硅基材料价格的上涨,硅基负极材料市场将呈现量价齐升的局面,我国硅基负极材料行业市场规模进入爆发式增长。2019-2023年,行业市场规模从3.71亿元增长至76.38亿元,复合增长率达到83.12%。

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我国航煤行业:仍未恢复到疫情前水平 “双碳”背景下生物航煤未来可期

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生物航煤是近年来发展最快的生物液体燃料与可持续航空燃料。生物航煤政策的实施起源于全球民航业每年排放的大量温室气体。根据国际航空运输协会(IATA)统计,当前全球航煤消费量约为 2.7亿吨/年,对应排放温室气体超过 9亿吨,占全球排放总量的 3%。

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新一代信息技术融合推动我国电磁屏蔽材料市场扩大 填充复合类占比最高

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消费电子市场经过多年的高速发展,在受到宏观经济形势、市场饱和等影响下,市场整体需求量放缓,逐渐处于存量市场。但随着 5G、AI、大数据、云计算、新能源汽车等新一代信息技术的融合,为国内电磁屏蔽材料行业的市场需求添了动力。2023年国内电磁屏蔽材料销量约为837.91亿件,

2024年02月28日
我国新型储能行业发展迅猛  锂离子电池储能占比最大 压缩空气储能潜力十足

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尽管压缩空气储能存在一些缺点,但仍然是一种十分有潜力的储能发电技术,可以为能源转型和节能减排作出重要贡献。压缩空气技术市场规模占比较小,但近年来,随着新型储能产业的发展,压缩空气技术路线市场规模也保持快速增长,2022年市场规模达到3.90亿元。

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