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一天爆涨43.09%，固态电池需要降降温了

时间:2024-01-16 09:42来源:读懂财经 作者:杨扬
点击: 次
       进入到2024年，动力电池板块在资本市场上仍然举步维艰。1月份以来，电池ETF跌了3.8%。
 
       虽然整个动力电池板块仍然萎靡不振，但固态电池板块却火了。金龙羽、三祥新材、恩捷股份等固态电池概念股均迎来股价大涨。其中，金龙羽在5个交易日内，收获4个涨停板。美股固态电池公司更是暴涨，固态电池公司QuantumScape单日股价涨超43.09%。
 
        固态电池板块火热，得益于1月份以来固态电池利好频发。先是，日本电池企业麦克赛尔开发出了圆柱形全固态电池。再是，QS的固态电池产品在实验室中通过了大众的耐久性测试。1月11日，哈佛大学也宣布使用新方法提高了固态电池的寿命。
 
        那么，应该如何理解固态电池的技术进展呢？固然电池走到商业化拐点了吗？
 
        本文持有以下观点：
 
        1、固态电池补齐了性能短板。相较液态电池，固态电池的不足是使用寿命短。但QS以及哈佛大学的技术突破解决了这一难题。尤其是哈佛大学开发的新技术，使将固态电池可充放电至少6000次，超过市面上所有的软包电池。
 
        2、固态电池遇到量产瓶颈。目前，固态电池只是在实验室中得到了验证，相当于概念产品，距离量产落地还有很长时间。参考只是改变了部分工序的4680电池，量产探索经历了3年左右。材料、配方、工序都需要改动的固态电池量产时间会更漫长。
 
        3、固态电池很难商业化。由于固态电池材料成本更高，固态电池成本数倍液态电池，仅一块150kWh的半固态电池价格就相当于一辆蔚来ET5。而商业世界的规律是，在性能够用的情况下，成本才是战争的胜负手。
 
 01 
 
固态电池补齐了性能短板
 
        固态电池是相对于现在的主流电池而言的。严格意义上讲，现阶段的锂电池应该称作液态锂电池，因为其核心电池材料之一是液态电解质(也称电解液)。而使用固态电解质的锂电池，就被称之为固态锂电池，简称固态电池。
 
        进入2024年，固态电池已成为最受投资人喜爱的板块之一。1月5日，美股固态电池QuantumScape爆涨43.09%，国内固态电池概念股也迎来爆发。比如，金龙羽在在5个交易日内收获4个涨停板。
 
        固态电池股股价爆发，得益于固态电池补齐了性能短板。开发固态电池的最大难点，固体与固体接触时，紧密程度低于固体与液体，导致电池的导电能力差、使用寿命短。丰田花30年研发的固态电池，充放电800次就要报废。而液态电池大多能达到数千次。
 
        但进入1月份后，先是大众宣布与美国公司QS的固态电池产品通过PowerCo（大众的电池子公司）的耐久性测试，在实验室中，QS研发出的固态电池经历了高达1000多次的充电循环测试，电池容量保持率仍高达95%以上。不久之后，美国哈佛大学工程与应用科学学院研究人员也称开发了一种使用新型锂金属电池制造固态电池的新方法，使用此方法，固态电池可充放电至少6000次，超过市面上所有的软包电池。
 
        补上最后一款性能短板后，固态电池已经在几乎所有的主要性能上已经吊打液态电池。
 
        比如，在能量密度上，目前行业普遍预计现在的主流电池理论上的能量密度上限为300Wh/kg，而亿纬锂能的4695大圆柱电池的能量密度均已达300Wh/kg。换言之，现在的传统电池已经达到能力密度的天花板。
 
        而与传统电池相比，300Wh/kg只是固态电池的起步级别，固态电池在材料上会用锂金属阳极取代石墨阳极。而锂金属阳极有更高的能量密度。SEAS材料科学副教授Xin Li表示，锂金属阳极电池的容量密度，可以达到商用石墨阳极电池的十倍，大幅提升电动汽车的续航里程。
 
        不仅能量密度更高，固态电池也更安全，常规的液态电解质（电解液）可燃性极高，只要开始燃烧基本没有停止的可能。而固态电解质将电解液取代，彻底解决了易燃的问题，因此固态电池也被视为电池安全的最高水平。
 
        按道理来说，性能全面领先的固态电池研发成功后很容易会取代现在的液态电池。但理想很美好，现实很骨感。
 
02 
 
遇到量产瓶颈
 
        1月11日，借着固态电池概念实现5天4板的金龙羽发布公告称：“公司关注到近期固态电池概念受市场关注度较高，但公司项目的技术研发及产业化的成功与否存在诸多不确定性。”
 
        金龙羽的公告意思很明确，固态电池距离产业化落地还有很长时间。从产品阶段看，就算是已经通过大众耐久性测试的固态电池产品也仅为A样。
 
        一款全新电池产品想要量产，需要经历A样、B样、C样、D样四个阶段。A样阶段主要用来验证电芯材料的体系，是还处于概念阶段的实验室产品，而B样才会开始进行电芯设计，确定电芯的规格、容量、封装形式等，并进入样车进行测试，C样为小批量生产，D样为大批量生产。如果一款量产装车的电池可以看做是成年人，那A样仅是步入小学阶段。
 
        固态电池想要从实验室走入生产线，还要有多重难关攻克。与传统的液态电池相比，固态电池的需要在极片、电解质、固固界面及封装技术等多方面进行改动。换句话说，液态电池生产流程很难全部复用到固态电池上，固态电池在材料、配方、制造工序等部分核心环节上需要重新探索。
 
        而每个环节都需要漫长的时间才能得以验证。以工序为例，电池生产过程涉及 50多道工序，而前一个工序的成品就是后一个工序的原料，改进一个工序，意味着也要修改前后工序，往往牵一发而动全身。
 
        举个例子，特斯拉的4680电池只是将传统的锂电池湿法工艺改为了干法工艺就涉及到至少7个步骤的改造。繁琐的工艺探索使4680电池的量产时间一拖再拖，特斯拉在2020年就已经研发出4680 电池，原本计划2021年大规模量产，但直到2023年底4680电池才实现了小规模交付，并且生产效率远不及预期。2024年初，4680 电池的生产效率约为85 个/分钟，远低于350 个/ 分钟的预期。
 
        考虑到固态电池改动工序的范围和难度比4680电池不只大上一层，固态电池在工序探索上花费的时间显然要更多。
 
        而从现在固态电池的量产阶段看，行业还远未走到生产工序阶段。目前，在更前端的电池配方上，行业仍有分歧，固态电池配方主要分为三大技术路线：硫化物、聚合物和氧化物。日韩企业，如丰田、三星SDI等，主要押注硫化物体系，技术积累深厚。欧洲则偏向聚合物路线，而中国以氧化物体系为主。但不论是哪种路线，都存在基础性的技术挑战和成本问题，行业最终将应用哪条路线也并不清晰。
 
        种种迹象表现，固然电池距离量产还有相当长的距离和时间。
 
03
 
商业化遥遥无期
 
        一位固态电池公司高管曾提到：“如果不考虑成本，美国橡树岭实验室早就做出了全固态电池，但只能在心脏起搏器这种完全可以承担高溢价的器材上应用。”这说明，高成本已经成为固态电池商业应用的拦路虎。
 
        固态电池比液态电池的成本要高出数倍，甚至一块固态电池的价格就相当于一辆车。比如，150kWh半固态电池，成本大约22万元-25万元，相当于一辆蔚来ET5，而全固态电池成本会更高，能达到30万左右。
 
        固态电池成本高既有阶段性的规模问题，也有刚性的材料成本问题。固态电池需要新建大量的厂房和产线，但固态电池早期产量比较低，无法形成规模效应，需要更高的售价摊薄成本。同时，由于固态电池生产工艺的不成熟，良率较低，也会转嫁到成本上。特斯拉的4680电池就遇到过良率问题，2022年末，4680电池生产良率只有92%。依照行业测算，4680电池的良率要超过 95%，才能压低成本。
 
        虽然，长期看固态电池可以通过批量生产平摊成本，以及生产工艺的成熟提高良率。但材料成本无法克服。固态电池需要用电解质替换电解液，而国联汽车动力电池研究院董事长熊柏青曾提到，固态电解质要比电解液贵好几倍。同时，由于电解质的导电性不及电解液，固态电池需要更高比能的正负极，也会进一步增加材料成本。
 
        从这个角度看，在更高的材料成本下，固态电池成本很难低于液态电池。而商业世界的规律是，在性能够用的情况下，成本才是商业战争的胜负手，典型案例是日本家电的兴衰。
 
        日本家电曾靠工匠精神在产品性能上精益求精，占领全球。而中韩企业则是走上了另外一条道路，在家电性能达到消费者基本要求的情况下，注重降低产品成本。最终日本家电性能仍然全球领先，但在终端市场上，被成本更低、售价更便宜的中韩企业击败。
 
        回到电池行业，虽然液态电池的能量密度即将到达天花板，但大部分新款纯电动车续航也达到了500公里以上，基本能覆盖用户绝大多数的出行场景。倘若固态电池成本居高不下，即使量产成功后，固态电池也很难取代液态电池。
 
        替换万亿级动力电池市场规模的故事固然宏大，但固态电池先要证明的是，自己能够脚踏实地地降低成本。
 
(责任编辑：子蕊)
文章标签： 固态电池
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