固态电池不同生产路线之原材料产业链梳理分析

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关于固态电池,上一篇文章我们说过电解质是固态电池的核心创新点。从液态电池转变到固态电池生产的主要变量在于电解质的改变:从液态电解质变为固态电解质。

因此,固态电池主要生产路线也是按照使用的不同电解质材料来划分的。

根据电解质材料类型的不同,目前固态电池生产只要有三大技术路线:聚合物、氧化物和硫化物电解质。

(一)氧化物电解质:

国内目前主要走氧化物路线。

  优点:

1、离子电导率居中,耐受高压电,有最好的电化学稳定性、力学稳定性及热稳定性,可适配高电压正极材料、可适配金属锂负极;

2、电子传导性和离子选择性优异;

3、综合性能优秀,同时设备沿用程度和制造成本也有很大优势。氧化物电解质的成本明显低于硫化物电解质。适中的成本使其更适合大规模的生产和应用,因此也吸引了众多新进入者和国内企业选择这一路线。

缺点:

还原稳定性略低,易碎、可能产生裂纹。

(二)硫化物电解质:

因为理论上能够提供更高的能量密度和更快的充电速度,在电动汽车领域适用性极高,具备较大的商业化潜力。一旦在工艺上取得突破,有望成为未来的主流技术路线。

  优点:

1、离子电导率最高、晶界电阻小;

2、延展性较好,离子选择性很好。

  缺点:

化学稳定性差,会与锂金属发生反应、易与潮湿空气发生反应;

成本较高,机械性能差;目前生产还需要在手套箱里进行,难以规模化量产。

(三)聚合物电解质:

率先在欧洲实现商业化运用,已开始小规模量产。但其电导率低、电化学窗口窄,仅能和铁锂正极匹配且性能上限较低,也制约了其大规模应用。

  优点:安全性好、具备良好的柔韧性和界面接触性、易成膜;

  缺点:室温下离子电导率很低,热稳定性差。

各国技术路径的选择:

日韩企业:硫化物体系,丰田主导了硫化物全固态电池的量产推进。

美国:

Solid Power:硫化物电解质和电池厂商,已经向BMW交付了60Ah样品,BMW计划24年装车测试;获得Skon电解质订单,在韩国合作建厂;第二代产品已有30吨产能,第三代产品在选址建厂;

Quantum Scape:氧化物固态电池厂商,最近传出他们在大众集团旗下子公司PowerCo的测试结果非常给力,1000 多次充放循环后仍然保持了超过 95% 的原始容量,按照 WLTP 标准的续航里程可以达到 500-600 公里,而实际驾驶中,行驶 50 万公里几乎不会出现明显的续航衰减。

欧洲:以聚合物电解质为主流。

国内:

宁德时代:凝聚态电池。这种电池是把氧化物、聚合物和电解液混在一起变成果冻状的电池,能量密度可达到500WH/KG。

清陶能源:2023年8月第一代固态电池已完成装车试验,单体能量密度达368Wh/kg,测试车辆最大续航里程达到1083公里,充电10分钟续航增加400公里,成本与三元电池相当。量产半固态电池已经用于上汽智己新车型中。2025年预计在上汽实现固态电池车型十万量规模销售。

赣锋锂业以无机锂镧锆氧和无机硫化物为主的固态电池;

东驰科技以聚合物固态电解质为主的聚合物固态电池。

比亚迪:2016年就将固态电池确定为未来发展方向,主要是硫化物电池路径,传言过几年可上车,消息真假未知;

卫蓝能源:氧化物固态和半固态电池厂商,2026年计划产能20GWh,深度绑定蔚来汽车

辉能科技:氧化物锂陶瓷路线,台湾省企业。最近开设了全球首家千兆级固态锂陶瓷厂,计划27年在法国大规模量产汽车固态电池;

因为氧化物这个路线的难度最低,短时间可以实现对锂电池性能的大幅提升,所以目前国内厂家的半固态电池以氧化物方案作为主流路线。

据机构预计,2025年全球半固态电池的市场规模将达到86亿元,2030年半固态电池、固态电池的市场规模将分别达到991亿元、172亿元。


国内市场预计:

到2025年前后:主要应用集中在聚合物固态电池与无机锂镧锆氧等半固态锂电池。

到2027年:准固态电池开始产业化,应用领域为无人机领域、储能领域、新能源车动力领域等,

2030年后:全固态锂电池大规模产业化。

氧化物路线中,固态电池的电解质里最大增量是锂镧锆氧,其中锆所占的比例是20%。因此氧化物电解质里最大的增量物质是氧化锆。固态电池一旦量产,二氧化锆的需求将爆发增长。

锆储量:国内储量低,产量较少,多依赖于进口。2022年全球锆矿处理6800万吨,同比减少3%。澳大利亚和南非分别占了全球储量的70.6%和8.7%。中国储量为50万吨,占比仅为0.7%。

锆产量:2022年全球锆产量约140万吨,其中国内产量仅占全球的10%。2022年国内锆矿砂及其精矿进口量为121.58吨。

国内主要锆生产企业

锗储量及生产企业:

国内主要硫生产企业:

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以上仅为个人观点,不构成投资依据。

$三祥新材(SH603663)$ $东方锆业(SZ002167)$ $当升科技(SZ300073)$

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