一天爆漲43.09%，固態(tài)電池需要降降溫了

時間:2024-01-16 09:42來源:讀懂財經 作者:楊揚
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       進入到2024年，動力電池板塊在資本市場上仍然舉步維艱。1月份以來，電池ETF跌了3.8%。
 
       雖然整個動力電池板塊仍然萎靡不振，但固態(tài)電池板塊卻火了。金龍羽、三祥新材、恩捷股份等固態(tài)電池概念股均迎來股價大漲。其中，金龍羽在5個交易日內，收獲4個漲停板。美股固態(tài)電池公司更是暴漲，固態(tài)電池公司QuantumScape單日股價漲超43.09%。
 
        固態(tài)電池板塊火熱，得益于1月份以來固態(tài)電池利好頻發(fā)。先是，日本電池企業(yè)麥克賽爾開發(fā)出了圓柱形全固態(tài)電池。再是，QS的固態(tài)電池產品在實驗室中通過了大眾的耐久性測試。1月11日，哈佛大學也宣布使用新方法提高了固態(tài)電池的壽命。
 
        那么，應該如何理解固態(tài)電池的技術進展呢？固然電池走到商業(yè)化拐點了嗎？
 
        本文持有以下觀點：
 
        1、固態(tài)電池補齊了性能短板。相較液態(tài)電池，固態(tài)電池的不足是使用壽命短。但QS以及哈佛大學的技術突破解決了這一難題。尤其是哈佛大學開發(fā)的新技術，使將固態(tài)電池可充放電至少6000次，超過市面上所有的軟包電池。
 
        2、固態(tài)電池遇到量產瓶頸。目前，固態(tài)電池只是在實驗室中得到了驗證，相當于概念產品，距離量產落地還有很長時間。參考只是改變了部分工序的4680電池，量產探索經歷了3年左右。材料、配方、工序都需要改動的固態(tài)電池量產時間會更漫長。
 
        3、固態(tài)電池很難商業(yè)化。由于固態(tài)電池材料成本更高，固態(tài)電池成本數倍液態(tài)電池，僅一塊150kWh的半固態(tài)電池價格就相當于一輛蔚來ET5。而商業(yè)世界的規(guī)律是，在性能夠用的情況下，成本才是戰(zhàn)爭的勝負手。
 
 01 
 
固態(tài)電池補齊了性能短板
 
        固態(tài)電池是相對于現在的主流電池而言的。嚴格意義上講，現階段的鋰電池應該稱作液態(tài)鋰電池，因為其核心電池材料之一是液態(tài)電解質(也稱電解液)。而使用固態(tài)電解質的鋰電池，就被稱之為固態(tài)鋰電池，簡稱固態(tài)電池。
 
        進入2024年，固態(tài)電池已成為最受投資人喜愛的板塊之一。1月5日，美股固態(tài)電池QuantumScape爆漲43.09%，國內固態(tài)電池概念股也迎來爆發(fā)。比如，金龍羽在在5個交易日內收獲4個漲停板。
 
        固態(tài)電池股股價爆發(fā)，得益于固態(tài)電池補齊了性能短板。開發(fā)固態(tài)電池的最大難點，固體與固體接觸時，緊密程度低于固體與液體，導致電池的導電能力差、使用壽命短。豐田花30年研發(fā)的固態(tài)電池，充放電800次就要報廢。而液態(tài)電池大多能達到數千次。
 
        但進入1月份后，先是大眾宣布與美國公司QS的固態(tài)電池產品通過PowerCo（大眾的電池子公司）的耐久性測試，在實驗室中，QS研發(fā)出的固態(tài)電池經歷了高達1000多次的充電循環(huán)測試，電池容量保持率仍高達95%以上。不久之后，美國哈佛大學工程與應用科學學院研究人員也稱開發(fā)了一種使用新型鋰金屬電池制造固態(tài)電池的新方法，使用此方法，固態(tài)電池可充放電至少6000次，超過市面上所有的軟包電池。
 
        補上最后一款性能短板后，固態(tài)電池已經在幾乎所有的主要性能上已經吊打液態(tài)電池。
 
        比如，在能量密度上，目前行業(yè)普遍預計現在的主流電池理論上的能量密度上限為300Wh/kg，而億緯鋰能的4695大圓柱電池的能量密度均已達300Wh/kg。換言之，現在的傳統(tǒng)電池已經達到能力密度的天花板。
 
        而與傳統(tǒng)電池相比，300Wh/kg只是固態(tài)電池的起步級別，固態(tài)電池在材料上會用鋰金屬陽極取代石墨陽極。而鋰金屬陽極有更高的能量密度。SEAS材料科學副教授Xin Li表示，鋰金屬陽極電池的容量密度，可以達到商用石墨陽極電池的十倍，大幅提升電動汽車的續(xù)航里程。
 
        不僅能量密度更高，固態(tài)電池也更安全，常規(guī)的液態(tài)電解質（電解液）可燃性極高，只要開始燃燒基本沒有停止的可能。而固態(tài)電解質將電解液取代，徹底解決了易燃的問題，因此固態(tài)電池也被視為電池安全的最高水平。
 
        按道理來說，性能全面領先的固態(tài)電池研發(fā)成功后很容易會取代現在的液態(tài)電池。但理想很美好，現實很骨感。
 
02 
 
遇到量產瓶頸
 
        1月11日，借著固態(tài)電池概念實現5天4板的金龍羽發(fā)布公告稱：“公司關注到近期固態(tài)電池概念受市場關注度較高，但公司項目的技術研發(fā)及產業(yè)化的成功與否存在諸多不確定性。”
 
        金龍羽的公告意思很明確，固態(tài)電池距離產業(yè)化落地還有很長時間。從產品階段看，就算是已經通過大眾耐久性測試的固態(tài)電池產品也僅為A樣。
 
        一款全新電池產品想要量產，需要經歷A樣、B樣、C樣、D樣四個階段。A樣階段主要用來驗證電芯材料的體系，是還處于概念階段的實驗室產品，而B樣才會開始進行電芯設計，確定電芯的規(guī)格、容量、封裝形式等，并進入樣車進行測試，C樣為小批量生產，D樣為大批量生產。如果一款量產裝車的電池可以看做是成年人，那A樣僅是步入小學階段。
 
        固態(tài)電池想要從實驗室走入生產線，還要有多重難關攻克。與傳統(tǒng)的液態(tài)電池相比，固態(tài)電池的需要在極片、電解質、固固界面及封裝技術等多方面進行改動。換句話說，液態(tài)電池生產流程很難全部復用到固態(tài)電池上，固態(tài)電池在材料、配方、制造工序等部分核心環(huán)節(jié)上需要重新探索。
 
        而每個環(huán)節(jié)都需要漫長的時間才能得以驗證。以工序為例，電池生產過程涉及 50多道工序，而前一個工序的成品就是后一個工序的原料，改進一個工序，意味著也要修改前后工序，往往牽一發(fā)而動全身。
 
        舉個例子，特斯拉的4680電池只是將傳統(tǒng)的鋰電池濕法工藝改為了干法工藝就涉及到至少7個步驟的改造。繁瑣的工藝探索使4680電池的量產時間一拖再拖，特斯拉在2020年就已經研發(fā)出4680 電池，原本計劃2021年大規(guī)模量產，但直到2023年底4680電池才實現了小規(guī)模交付，并且生產效率遠不及預期。2024年初，4680 電池的生產效率約為85 個/分鐘，遠低于350 個/ 分鐘的預期。
 
        考慮到固態(tài)電池改動工序的范圍和難度比4680電池不只大上一層，固態(tài)電池在工序探索上花費的時間顯然要更多。
 
        而從現在固態(tài)電池的量產階段看，行業(yè)還遠未走到生產工序階段。目前，在更前端的電池配方上，行業(yè)仍有分歧，固態(tài)電池配方主要分為三大技術路線：硫化物、聚合物和氧化物。日韓企業(yè)，如豐田、三星SDI等，主要押注硫化物體系，技術積累深厚。歐洲則偏向聚合物路線，而中國以氧化物體系為主。但不論是哪種路線，都存在基礎性的技術挑戰(zhàn)和成本問題，行業(yè)最終將應用哪條路線也并不清晰。
 
        種種跡象表現，固然電池距離量產還有相當長的距離和時間。
 
03
 
商業(yè)化遙遙無期
 
        一位固態(tài)電池公司高管曾提到：“如果不考慮成本，美國橡樹嶺實驗室早就做出了全固態(tài)電池，但只能在心臟起搏器這種完全可以承擔高溢價的器材上應用。”這說明，高成本已經成為固態(tài)電池商業(yè)應用的攔路虎。
 
        固態(tài)電池比液態(tài)電池的成本要高出數倍，甚至一塊固態(tài)電池的價格就相當于一輛車。比如，150kWh半固態(tài)電池，成本大約22萬元-25萬元，相當于一輛蔚來ET5，而全固態(tài)電池成本會更高，能達到30萬左右。
 
        固態(tài)電池成本高既有階段性的規(guī)模問題，也有剛性的材料成本問題。固態(tài)電池需要新建大量的廠房和產線，但固態(tài)電池早期產量比較低，無法形成規(guī)模效應，需要更高的售價攤薄成本。同時，由于固態(tài)電池生產工藝的不成熟，良率較低，也會轉嫁到成本上。特斯拉的4680電池就遇到過良率問題，2022年末，4680電池生產良率只有92%。依照行業(yè)測算，4680電池的良率要超過 95%，才能壓低成本。
 
        雖然，長期看固態(tài)電池可以通過批量生產平攤成本，以及生產工藝的成熟提高良率。但材料成本無法克服。固態(tài)電池需要用電解質替換電解液，而國聯汽車動力電池研究院董事長熊柏青曾提到，固態(tài)電解質要比電解液貴好幾倍。同時，由于電解質的導電性不及電解液，固態(tài)電池需要更高比能的正負極，也會進一步增加材料成本。
 
        從這個角度看，在更高的材料成本下，固態(tài)電池成本很難低于液態(tài)電池。而商業(yè)世界的規(guī)律是，在性能夠用的情況下，成本才是商業(yè)戰(zhàn)爭的勝負手，典型案例是日本家電的興衰。
 
        日本家電曾靠工匠精神在產品性能上精益求精，占領全球。而中韓企業(yè)則是走上了另外一條道路，在家電性能達到消費者基本要求的情況下，注重降低產品成本。最終日本家電性能仍然全球領先，但在終端市場上，被成本更低、售價更便宜的中韓企業(yè)擊敗。
 
        回到電池行業(yè)，雖然液態(tài)電池的能量密度即將到達天花板，但大部分新款純電動車續(xù)航也達到了500公里以上，基本能覆蓋用戶絕大多數的出行場景。倘若固態(tài)電池成本居高不下，即使量產成功后，固態(tài)電池也很難取代液態(tài)電池。
 
        替換萬億級動力電池市場規(guī)模的故事固然宏大，但固態(tài)電池先要證明的是，自己能夠腳踏實地地降低成本。
 
(責任編輯：子蕊)
文章標簽： 固態(tài)電池
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