固態電池是鋰電池未來的發展方向,而軟包是固態電池確定性的包裝技術。
Through chances various, through all vicissitudes, we make our way.
這是格雷厄姆《聰明的投資者》一書扉頁上的話,來源於維吉爾(Virgil)未完成的古羅馬史詩《埃涅伊德(Aeneid)》。
“千載難逢,歷經滄桑,一路前行”。
特洛伊陷落後,流亡的埃涅伊德王子帶領族眾四處遷徙流浪,試圖尋找一塊福地。經歷無數跋涉、快抵達時,他們又遭遇風暴和誘惑考驗,甚至走過地獄,信念仍然如“蒲葦紉如絲,磐石無轉移”。最後如願以償,開啟羅馬帝國的建國偉業。
聰明的投資者,理應像埃涅伊德,在邁向信念目標的路途中,守得住繁華,也耐得住寂寞。
價值投資奉行長期主義,企業經營更有甚於此。
保持初心、堅守不移從不是一件簡單的事。外界質疑、發展變化,以及自我懷疑,都是考驗,且最後不一定行滿功圓。
但在這個過程中,有一個先決條件——是否探究到事物的本質。如果做到了,便有望守得雲開見月明。
鋰電池的技術發展,是一項看誰跑得久、跑得遠的比賽。掌握了關鍵技術,方能御風而起,乘浪而行。
如今,這場賽事正進入下半場。固態電池備受矚目,有望引領下一次鋰電池浪潮。而軟包電池無疑是最為匹配的包裝技術。
傳說中的“軟包之王”孚能科技(688567.SH),將迎來高增長時刻。
01 下一站,固態電池
說起固態電池,各位讀者可能略感陌生。嚴格意義上講,現階段的鋰電池應該稱作液態鋰電池,因為其核心電池材料之一是液態電解質(也稱電解液)。
那麼使用固態電解質的鋰電池,就被稱之為固態鋰電池,簡稱固態電池。很明顯,二者構造不同。
傳統鋰電池構成包括正極、負極、電解液、隔膜四大材料。而固態電池則將電解液和隔膜換成了固態電解質,其餘類似。
對於鋰電池而言,安全是排在第一位的。可是,傳統液態鋰電池的安全性卻長期被市場質疑。
近日,市場監管總局公佈《關於2021年全國汽車和消費品召回情況的通告》,報告顯示,2021年實施新能源汽車召回59次,涉及車輛83萬輛,佔全年召回總數量的9.5%;新能源汽車召回次數和召回數量,同比上年,分別增長31.1%和75.9%。
其中,新能源汽車缺陷線索報告3033例,反映動力電池、電機、電控系統問題的,佔新能源汽車缺陷線索的52.5%。“動力電池過熱起火”和“電控系統故障”依舊佔比較大,是新能源車的首要安全隱患。
鋰電池導致起火的主要原因便是電解液。在現有技術條件下,電解液提供了鋰離子在電池內“暢遊”的場所。
不過,電解液對溫度十分敏感。它在高溫下極易分解,腐蝕性強、易燃易洩漏。尤其是析鋰反應,極易造成短路。
短路一旦發生,區域性溫度大幅上升,達到鋰電池內部的液態電解液燃點,進而起火甚至發生爆炸。
雖然各廠商也曾嘗試新增阻燃劑、或使用耐高溫薄膜的方法,解決安全性問題,但仍舊沒有成功。可以說,從根本上,液態電池技術難以杜絕安全隱患。
相較而言,固態電池最突出的優點便是安全性。它使用幾乎不可燃的固態電解質作為傳導介質,降低了電池組對溫度的敏感性,杜絕了析鋰枝晶增加的短路機率,亦能憑藉良好的絕緣性,有效阻隔正負極。
除了安全性的天然優勢,固態電池另一大看點便是效能。
長期以來,續航和快充是新能源車的阿克琉斯之踵,里程焦慮是令人尷尬的“常態”。因此,新能源車一直朝著高續航的路徑發展:從200公里到500公里,即將進入1000公里的目標範圍。
達成這一目標,需要更高能量密度的鋰電池。在業界,通常用Wh/kg標定能量密度。
根據國家2020年10月釋出的《節能與新能源汽車技術路線圖2.0》,我國純電動汽車動力電池的能量密度,2025年目標為400Wh/kg,2030年目標為500Wh/kg。
這對於現在的液態鋰電池技術來講是困難重重。
在液態電池領域,三元軟包是能量密度最高的技術。根據2021年4月的《自願性披露新技術研發進展公告》,孚能科技研發成功的新一代動力電池,能量密度可達330Wh/kg,而其餘廠家正在努力突破300Wh/kg。
鋰電池的能量密度主要取決於工作電壓和正負極材料比(克)容量。也就是說,電壓越大,能量密度越大;比容量越高,能量密度越高。
簡單來講,鋰電池在工作的時候,電池電壓會隨著電量的降低而下降。假設其他條件不變,同等電流下,高電壓的工作時間就比低電壓長。
打個比方,高一點的蓄水池可以裝更多的水,所以使用相同的水龍頭排水,時間肯定更長。
然而,4.3V以上電壓會加劇電解液分解。因此,受目前液態鋰電池的材料和使用安全性所限,鋰電池的工作電壓一般在4.2V以內,很難有所提升。
比(克)容量的意義是每克鋰電池材料含多少mAh(毫安時)電量。從液態鋰電的正負極材料來看,負極石墨365m A·h/g,8系三元高鎳正極220mA·h/g。現有正負極材料的比容量難以大幅提升。
液態鋰電技術與生俱來的瓶頸制約下,實現未來的能量密度目標困難重重。而固態電池如果只是替換了電解液進而提升安全性,那也不可能被視為一項顛覆性技術。
最為關鍵的是,固態電解質的使用,可以改變現有正負極體系,採用更高比容量材料作為正負極。
透過採用負極金屬鋰,正極高電勢材料,電化學視窗可以達到5V以上。而鋰的比容量高達3860mA·h/g,是石墨的10倍以上,三元高鎳正極的17.5倍。
從鋰電池未來高能量密度的技術發展路徑來看,固態電池無疑更加適合大規模應用。
技術大規模推廣最重要的前提之一是成本。雖然目前固態電池的成本遠高於液態鋰電池,但降本路徑已經逐步清晰。
首先,固態電池使用電解質,替換出的電解液和隔膜,合計佔鋰電池成本30-45%。
目前在使用中、或接近商用的固態電池電解質,有聚合物、硫化物和氧化物三種。近期,中科大合成了一種新型固態電解質——氯化鋯鋰,使成本降低94%。
液態鋰電池除了鋰外,還大量用到鈷、鎳等稀缺金屬,價格高昂。而固態電池正極可以使用錳、硫等常見的材料,客觀上保證了未來固態電池的成本競爭空間。
現階段的三元電池,其每千瓦時成本已經超過1000元。
而據日產汽車(7201.T)的規劃,到2028財年,全固態電池能夠將電池組的成本降至每千瓦時75美元(摺合人民幣約477元),未來會將成本進一步降低至每千瓦時65美元(摺合人民幣約414元)。
安全、效能、成本是鋰電池推廣的核心三要素,在這三方面,固態電池已經展現出巨大的優勢。毫無疑問,未來鋰電池的主流技術路徑屬於固態電池。
目前固態電池技術尚處於一片藍海。電解質、正極等材料均沒有出現顛覆性替代的產品,沒有形成產業基礎。此時,是先行者獲取優勢的最好時機。
但,如何辨識出具有發展前景與潛力的企業,對投資者是一道難題。
02 確定的未來,屬於軟包電池
在現階段固態電池的技術認知裡,有一個方向是確定性較高的,那便是包裝方式。
傳統的鋰電池和固態電池包裝,有軟包、方形和圓柱三種工藝。
製造過程按順序可分為前段、中段、後段三個環節。簡單來講,前段就是正負極生產的過程,後段則是檢測組裝的環節。
中段就是電池製作的過程,包含疊片/卷繞、入殼、焊接、乾燥、注液等五道工序,最核心的環節便是疊片/卷繞工序,在整個中段工藝中價值量最高,佔比約為70%。
不同包裝方式製作工序也不同。圓柱電池主要採用卷繞工藝(可以想象成製作多種食材的捲餅),方形電池多數也以卷繞為主,而軟包電池採用的是疊片工藝(可以想象成製作三明治)。
由於氧化物及硫化物電解質柔韌性較弱,採用疊片工藝的軟包電池是最適合的。不僅於此,相較於圓柱電池和方形電池,軟包電池在能量密度上也有顯著優勢。
疊片工藝生產的軟包電池,內部變形、彎曲或斷裂的機率低。另外,軟包電池的鋁塑膜外殼並不堅硬。電池一旦發生熱失控,一般會先脹氣衝破鋁塑膜封裝,帶走大量的熱量,避免電池發生爆炸。
而質量較輕的鋁塑膜外殼,在同等容量下,使得整個電池重量較鋼殼鋰電池輕40%,較鋁殼鋰電池輕20%。因而,軟包電池的能量密度會比鋼殼三元鋰電池高出40%。
軟包電池獲得了下游汽車廠商的青睞,大眾、賓士、通用、現代、福特等車企,紛紛使用其配置多款主流車型。
2020年歐洲最暢銷Top20新能源乘用車中有15款搭載軟包電池。而高階配置型新能源車更多采用的也是軟包電池技術。
相比於海外,國內軟包電池卻顯得較為落寞。國內車廠更傾向於產業鏈條完備、供給保障充足的方形電池。目前而言,軟包電池相關產業基礎薄弱,在推進新能源汽車的歷史程序中,暫時落後於方形和圓柱電池。
國產化替代一直是國內軟包電池需要攻克的難題。以孚能科技為代表的軟包電池企業多年深耕,已打破各項技術瓶頸,產品品質達到國際先進水準,成功進入了戴姆勒A供體系。
2021年國內動力電池裝機電量排名中,孚能科技排名第七。在國內軟包電池以及三元軟包電池裝機量上,孚能連續保持第一名。
生產方面,鎮江工廠一期完成產能爬坡,二期已陸續投產,三期建設再提速,蕪湖專案蓄勢待發。屆時到2023年底,公司將實現26Gwh軟包電池的產能規模。
在固態電池技術逐步落地過程中,孚能科技有望獲取先發優勢,迎來高增長時刻。
03 結語
在國內外固態電池技術推進上,上至政府、下至企業皆不遺餘力。
海外企業紛紛丟擲大手筆投資,大眾集團董事會成員Thomas Schmall表示,公司計劃花費高達300億歐元(約合人民幣2162億),用於歐洲電芯工廠,並確保重要原材料供應。
包括寶馬、賓士、大眾、現代、豐田、本田、日產等在內的汽車集團,均將固態鋰電池作為其下一代電動車電池的技術方向。
政府層面,歐盟多國共同出資32億歐元,同時從私人投資方募集50億歐元,用於發展固態電池。美國、日本、韓國也都宣佈了發展固態鋰電池相關支援政策和補貼。
我國《新能源汽車產業發展規劃》中提出了加強固態電池研發和產業化的要求。東風汽車與贛鋒鋰業合作開發的首批50輛東風-贛鋒高比能固態電池車,在江西省新餘市完成交付。
在此背景下,固態電池未來的確定性毋庸置疑,甚至已開始提速。
中國鋰電技術從模仿者、追趕者的角色,逐步成長為引導者和創新者。滄海橫流,方顯英雄本色。
在固態電池的競爭上,以寧德時代(300750.SZ)、比亞迪(002594.SZ)、孚能科技為代表的中國鋰電軍團,將在這個舞臺上大展宏圖,大顯身手,爭奪鋰電池下半場的話語權。